Причины образования электромагнитного смога в помещениях

Причины образования смога во внешней среде и в помещениях различны. Так, на местности электромагнитные поля создаются радиотехническими объектами, линиями электропередач и пр. Источник излучений в помещениях – это элементы осветительной сети и приборы (розетки, выключатели, компьютеры, газоразрядные лампы и пр.).

Существует стандарт, определяющий требования к подаваемой энергии [8]. Его соблюдение, также как правил эксплуатации электроустановок [15,16], должно гарантировать безвредность и безопасность различных электроприборов – от осветительных лампочек до холодильника и микроволновой печи. Действительно, при измерениях общепринятыми в нашей стране, штатными токоизмерительными клещами, отклонений от требований не находим.

На деле необходимы другие приборы, которые могли бы регистрировать передаваемую избыточную энергию. Используемый двухфазный осветительный ток, несёт в себе "паразитарные добавки" (дополнительную энергию), которые возникли из-за изменений в структуре потребления, происшедших в течение последних 30-50 лет. Промышленно-развитые страны уже сталкивались с этой проблемой. Она возникает из-за внедрения новых приборов и устройств. Её общее решение заключено в полном пересмотре и переработке технических регламентов эксплуатации, норм проектирования и разработки соответствующей базы стандартов.

Техническая подоплека вопроса состоит в следующем. В недалеком прошлом большая часть электрической энергии потреблялась линейными нагрузками. С конца 90-х годов резко возросла доля нелинейных электропотребителей.

Линейные потребители – это электрические плитки, ламповые приёмники, телевизоры, утюги и пр. Они нагреваются медленно и медленно остывают. В них не используют блоки, которые потребляют энергию нелинейно (импульсно). К нелинейным устройствам следует отнести персональные компьютеры и файл-серверы, компьютерные периферии, мониторы, лазерные принтеры, блоки бесперебойного питания (UPS), разного рода офисное оборудование (копировальные аппараты и факсы), а также газоразрядные лампы.

В перечисленном оборудовании используются встроенные импульсные источники питания, представляющие собой устройства, сопротивление которых меняется в короткие промежутки времени.

Образно, данное явление можно представить, как падающие с заданной частотой капли воды в какую-то емкость. От места падения капель на гладкой водной поверхности расходятся круговые волны. Так по капелькам увеличивается обьём воды в воображаемой ёмкости. В конце 60-х годов появились газоразрядные лампы, которые образовывали импульсные возмущения (волны) на гладких поверхностях синусоид электрического тока. Они, конечно, искажали конфигурацию волны подаваемой энергии, но не так сильно, как другие устройства нашего времени.

Причиной того, что сейчас электромагнитные поля излучают все устройства осветительной сети, образуя электромагнитный смог, являются импульсные возмущения подаваемого и потребляемого тока.

При поливке огорода, сада из резинового шланга, сдавливание его отверстия вызывает не только изменение формы и напора струи, но и передачу давления (сжатие жидкости) по всему шлангу.

Ситуация несколько напоминает опыт Московского городского водопровода начала прошлого века. В качестве запорной арматуры применяли поршневые краны (нелинейные потребители), которые моментально перекрывали поток воды. Возникающий "гидравлический удар" за счёт перепада давлений вызывал разрывы труб. Стали применять краны с медленно завинчивающимся штоком (линейные потребители), гидравлические разрывы прекратились.

Из курса физики известно, что любые волны можно разложить на бесконечное множество составляющих кривых – гармоники. Это можно представить в виде детской игрушки "матрёшки" или просто сказать: "подобное в подобном".

Ведущей гармоникой подаваемого осветительного тока является частота (или волна с частотой) равная 50 Гц (1 герц – одно колебание в секунду). На поверхности этой волны существуют волны с несколько иной частотой. Это и есть гармонические составляющие. Синусоидальная составляющая, период которой равен периоду промышленной частоты — 50 Гц, именуется основной, или первой, гармоникой. Остальные составляющие синусоиды с частотами со второй по n-ую называют высшими гармониками.

Новейшие нелинейные потребители – от ПЭВМ до микроволновых печей, вызывают возмущения на высших гармониках - третьей, пятой и пятнадцатой составляющей, если точкой отсчёта является основная частота.

В тех случаях, когда мощность нелинейных электропотребителей не превышает 10-15% общей потребляемой мощности каких-либо особенностей в эксплуатации системы электроснабжения, как правило, не возникает. Для зданий, имеющих долю нелинейной нагрузки свыше 25%, некоторые проблемы могут проявиться сразу, в том числе и в виде катастрофических последствий.

С технических позиций паразитарная энергия на чистой 50-герцовой синусоиде подаваемого тока может создать разные неприятные ситуации. Это, например, перегрев и разрушение нулевых рабочих проводников кабельных линий. Или сокращение сроков службы осветительных элементов – электролампочек. Наличие на гладкой поверхности синусоиды основной гармоники "неровностей" создаёт помехи в работе компьютеров, другого оборудования. Часто это обусловлено тем, что на каких-то узлах электрических цепей выделяется избыточное тепло. Так, гармоники, генерируемые нелинейной нагрузкой, создают дополнительные потери в трансформаторах. Именно это обстоятельство может быть причиной выхода из строя трансформаторов от внезапного, беспричинного на первый взгляд, перегрева обмоток.

Сокращение срока службы электрооборудования также возникает из-за интенсификации теплового и электрического старения изоляции под воздействием паразитарной импульсной энергии от нелинейных потребителей. Оно вызывает их дополнительный нагрев, что приводит к разрушению защитных слоёв. Нет нужды подробно останавливаться на технических проблемах обусловленных паразитарными импульсными возмущениями подаваемого тока. Отметим, что электромагнитный смог (постоянно обнаруживаемые излучения) в помещениях с осветительной сетью 220 В определён использованием нелинейного (импульсного) оборудования.

Дата добавления: 2015-07-20