Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд состоит из: источника ЭМИ; милливольтметра; звукового генератора; экранов из различных материалов.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Измерить интенсивность ЭМИ при удалении от источника. Выбрать частоту ЭМ излучения согласно варианту задания (табл 5).

Таблица 5

Варианты задания

Варианты	1	2	3	4	5	6
Частота	50 кГц	0,5 кГц	1 кГц	100 кГц	0,5 МГц	1 МГц

Сравнить полученные значения с нормативными на рабочих местах. Построить графики зависимости напряженности от расстояния до источника ЭМИ Е = Kf(r).

Задание 2. Исследовать эффективность экранирования ЭМИ экранами из различных материалов: парамагнетик, диамагнетик, ферромагнетик, проводник, диэлектрик, сетчатые экраны. Построить графики зависимостей Кэ = f(μ, σ, h). Объяснить графики. Сделать вывод. Измерения производить в диапазоне частот от 50 Гц до 1 МГц.

Задание 3. Исследовать эффективность экранирования ЭМИ экранами с различной толщиной стенок, сетчатого экрана. Частоту для опыта взять согласно заданию 1. Построить графики зависимости коэффициента экранирования экранами с различной толщиной стенок в зависимости от расстояния.

Задания 4. Рассчитать экран для защиты от ЭМИ по заданию преподавателя. Варианты приведены в табл. 6.

Таблица 6

Исходные данные

Вариант	1	2	3	4	5	6
Частота	50 кГц	10 кГц	60 кГц	400 кГц	900 МГц	1 МГц

Сделать выводы.

Контрольные вопросы

1. Что называется электромагнитным излучением?

2. Какие зоны образует электромагнитное излучение вокруг источника?

3. Какие источники электромагнитного излучения вам известны?

4. Как проявляется воздействие электромагнитного поля на организм человека?

5. Какие вещества относятся к ферро-, диа- и парамагнетикам?

6. Какие способы защиты человека от воздействия электромагнитного излучения вы знаете?

7. Какие виды экранов в зависимости от поляризации электромагнитной волны вам известны?

8. Какие требования предъявляются к электростатическому и магнитостатическому экранам?

Лабораторная работа № 3

Исследование статического электричества Цель работы

Исследовать статическое электричество, определить значение пробивного напряжения в зависимости от различных климатических условий.

При подготовке к выполнению лабораторной работы студент должен изучить следующие вопросы:

– статическое электричество;

– виды статического электричества; грозовой разряд;

– меры безопасности при грозовом разряде;

– способы защиты от статических электрических разрядов.

Краткие теоретические сведения

Статическое электричество (СЭ) охватывает все процессы, ведущие к образованию и разделению положительных и отрицательных электрических зарядов в результате механической деформации, имеющей место при столкновении или контакте поверхности двух твёрдых тел, поверхностей твёрдого и жидкости, а также при разрыве или отдалении поверхностей твёрдых тел или жидкости, газами или каким-либо другим агентом, в частности ионизированными газами. Сюда следует отнести такие процессы, как контактная электризация, явление трибоэлектричества (возникает в результате трения), электризация при разбрызгивании, электризация порошков, снега и, наконец, электризация, происходящая во время грозы.

Эти явления имеют большое значение для промышленности. Так как они являются причиной крайне разрушительных взрывов на сахарных и серных заводах, в зернохранилищах и при транспортировке угля. Эти явления являются причиной взрывов при обработке, фильтрации и переливании летучих, воспламеняющихся жидкостей, таких как нефть и её фракции.

Явление СЭ легло в основу ряда ранних конструкций генераторов высокого напряжения. С внедрением некоторых новых пластиков, обладающих высокими изоляционными свойствами, СЭ превратилось в серьезнейшую промышленную проблему. Бумажная и текстильная промышленность испытывают серьёзные трудности в связи с проблемой устранения статических зарядов. Снаряды при полёте также приобретают статические заряды. Более серьёзным и опасным эффектом является осаждение статических зарядов на корпусе самолёта во время его полёта, что ведёт к образованию коронного разряда с уровнем электрических шумов, достаточным для полного прекращения связи. Заряжение порошков находит полезное применение при быстром воспроизведении печатных или рентгеновских изображений с помощью процесса, названного ксерографией. Наконец, с точки зрения метеорологии нельзя переоценить роль, которую играют статические процессы в заряжении капелек воды и порошков.

Разработка методов устранения СЭ – это одна из наиболее важных практических задач, которая требует конкретного анализа и решения. В связи с этим могут быть высказаны некоторые общие положения. Накопление больших зарядов на металле при высоких опасных потенциалах возможно только при наличии больших металлических аккумуляторов. Такими аккумуляторами являются движущие детали машин, где одна или обе совместно работающие части обычно металлические. Поэтому все металлические детали, на которых может возникать или накапливаться заряд, должны быть электрически соединены между собой или заземлены. При перекачивании бензина из цистерны автомобиля или, наоборот, в его бак следует все металлические части, соприкасающиеся с бензином, а также детали, на которые могут попасть брызги бензина и заземлить. Автомобили и другие виды транспорта на резиновом ходу хорошо изолированы от земли. В сухую погоду они приобретают значительные статические заряды. Особые трудности возникают в том случае, когда одна часть системы, в которой накапливается заряд, выполнена из металла и заземлена, а другая часть изготовлена из пластмассы, ткани или любого другого диэлектрика. В этом случае детали, изготовленные из диэлектрика, могут заряжаться до высокого потенциала относительно металлических деталей системы. Это в свою очередь может приводить к искрению, прилипанию деталей, отталкиванию волокон (в прядильной промышленности), накоплению пыли на продукции в результате электростатического осаждения, воспламенению паров и других нежелательных явлений. Для борьбы с этим диэлектрики увлажняют, однако в некоторых случаях работа оборудования при повышенной влажности недопустима, и применять какие-либо проводящие агенты также не представляется возможным, поэтому наносят плёнки специальных веществ. К ним относятся полупроводниковое керамическое покрытие, плёнки оксида олова и хлорида олова, тонкие металлические плёнки, краски, эмали, содержащие углерод, чистый фарфор. Нельзя не отметить такое природное явление, как грозовой разряд (молния), которое может привести к возникновению пожаров, разрушению зданий.

Рис. 8. Грозовой разряд

Рис. 9. Защита объекта отдельно стоящим стержневым молнеотводом: 1 – защищаемый объект; 2 – молниеотвод; 3 – металлические коммуникации.

Для эффективной работы молниеотвода необходимо, чтобы он обладал высокой проводимостью, находился на достаточном возвышении над защищаемым объектом и был надежно зазёмлен. Железобетонный фундамент зданий, сооружений, наружных установок, опор молниеотводов следует, как правило, использовать в качестве заземлений молниезащиты при условии обеспечения непрерывной электрической связи по арматуре и присоединения её к закладным деталям с помощью сварки.

Поэтому необходимы меры защиты, для уменьшения последствий грозового разряда. Молниезащита зданий выполняется при установке стержневых и тросовых молниеотводов.

В заключение можно указать на меры предосторожности, которые следует соблюдать во время грозы:

1. В грозу нельзя стоять на открытом месте. Если нет безопасного убежища, в котором можно укрыться, следует ложиться ничком на землю.

2. Нельзя искать убежище под деревьями.

3. В помещении во время грозы следует закрывать окна, не следует прикасаться к трубам, телефону, радиоприёмнику, телевизору, осветительной арматуре, металлической мебели и т. д.

В данной лабораторной работе применена следующая методика измерения статического электричества. На значение напряжения пробоя влияют напряженность поля и её изменение вдоль кратчайшей силовой линии, а также физические характеристики газа, от которых зависит электрическая прочность газа Напряженность, при которой происходит пробой, зависит, прежде всего, от геометрии, размеров и расположения сферических электродов и металлических элементов, служащих для их механического крепления. Два измерительных шара могут быть установлены по горизонтальной оси, как показано на рисунке 10. Приведенные на них соотношения размеров для держателя шара, приводного механизма и подвода высокого напряжения продиктованы необходимостью обеспечить независимость распределения электрического поля, особенно в области кратчайшего расстояния между шарами, от их геометрических форм. Это же относится и к выбору расстояния от пола до точки разряда Р, а также к радиусу сферического пространства, в пределах которого не должно находиться никаких металлических предметов, за исключением подвода высокого напряжения, который должен располагаться выше плоскости X. В то время как требования в отношении геометрических размеров выполняются, как правило, изготовителем шарового разрядника, потребитель обязан позаботиться о соблюдении его точной установки. Собственно, при измерениях необходимо следить за тем, чтобы поверхность шара была всегда чистой и гладкой.

Рис. 10. Шаровой измерительный разрядник с горизонтальным расположением электродов: 1 – изолятор, 2 – держатель шара, 3 – устройство для измерения расстоянии между шарами, 4 – подвод высокого напряжения через демпферное сопротивление

Однако даже при достаточно тщательной очистке поверхности очень трудно избавиться от пыли, которая влияет на распределение электрического поля у поверхности шара и может сильно снижать разрядное напряжение. Поэтому для очистки поверхности от пыли перед измерениями необходимо произвести несколько разрядов. Если выполнить все эти условия, то при постоянной плотности газа будут существовать однозначные зависимости между разрядным напряжением и расстоянием между электродами для каждого значения диаметра шаров. Зависимости U = f(s) были установлены на основе сравнительных измерений максимальных значений разрядных напряжений, и, основываясь на их результатах, оказалось возможным использовать шаровые разрядники в качестве измерительных.