Câmpul electromagnetic de radiație generat de echipamentele electrice

Vasile BAHRIN – Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” din Iași

Se fac referiri asupra câmpului electromagnetic de radiație generat de echipamentele electrice. Se prezintă elemente de compatibilitate electromagnetică, caracteristici ale surselor de perturbații electromagnetice și principalele tipuri de perturbații electromagnetice. Sunt precizate particularități ale componentelor câmpului electromagnetic: câmpul electric și câmpul magnetic.

1. Introducere

Echipamentele electrice generează în timpul funcționării câmp electromagnetic care le poate perturba funcționarea. În plus, acest câmp mai poate determina și unele defecte (supratensiuni, supracurenți, încălzire excesivă etc.) ale echipamentelor și instalațiilor situate în apropiere.

Radiația electromagnetică reprezintă energia radiată sub forma de undă, care apare ca urmare a interacțiunii dintre câmpul electric și câmpul magnetic, și se produce datorită accelerării sarcinilor electrice.

Câmpul electromagnetic are două componente complementare, anume câmpul electric și câmpul magnetic, ale căror valori sunt direct proporționale cu distanța față de sursa care provoacă perturbația electromagnetică.

2. Caracteristici ale surselor de perturbații electromagnetice

Prin termenul de Compatibilitate electromagnetică se înțelege capacitatea unui echipament electric de a funcționa corect, în mediul electromagnetic pentru care a fost proiectat, fără a afecta funcționarea altor echipamente; compatibilitatea electromagnetică mai are în vedere și ansamblul tehnicilor necesare în realizarea acestor cerințe.

Funcționarea echipamentelor electrice poate fi caracterizată de semnale electrice utile și de semnale electrice perturbatoare (perturbații). Semnalul electric perturbator determină unele efecte nedorite, cu consecințe minore, sau cu avarierea/distrugerea echipamentelor.

Semnalele electrice sunt de două tipuri:

– deterministe, dacă pot fi modelate prin funcții matematice astfel încât caracteristicile lor să poată fi cunoscute în orice moment;

– aleatorii sau stohastice, dacă valorile lor sunt impredictibile.

Semnale perturbatoare deterministe pot fi curenții de alimentare de la rețea, emisii radionemodulate, semnale de tact din sisteme logice etc. Semnalele perturbatoare aleatoare sunt fenomene electrice naturale, emisii radio modulate, impulsuri din circuitele digitale etc.

Compatibilitate electromagnetică vizează, în principal, trei elemente:

– emițătorul de perturbații (echipament, fenomen electric natural sau artificial cu capacitatea de a genera energie în spațiu);

– receptorul de perturbații (echipamentul a cărui funcționare este afectată);

– mecanismul de cuplaj (constituie calea de pătrundere a semnalelor perturbatoare în receptorul de perturbații).

Dacă un echipament electric nu este afectat de perturbații electromagnetice, se spune că echipamentul este imun electromagnetic. Mărimea care precizează cât de afectat este de către perturbațiile electromagnetice un sistem electric se numește susceptibilitate electromagnetică.

Sursele de perturbație electromagnetică pot fi caracterizate prin spectru, forma de undă, timpul de propagare sau forma spectrului, amplitudinea și energia.

Spectrul constituie banda de frecvență acoperită de perturbație, care poate fi foarte îngustă (în cazul telefoanelor mobile), sau foarte largă (în cazul cuptoarelor cu arc electric).

Forma de undă evidențiază variația perturbației în timp (poate fi undă sinusoidală amortizată sau funcție exponențială dublă). Acest parametru poate fi exprimat fie ca timpul de creștere, tr, pe frecvența echivalentă 0,35/ tr, fie ca frecvența perturbației pentru un semnal bandă îngustă, fie ca lungimea de undă, l (legată de frecvență prin relația l = c/f, în care c = 3×108 m/s este viteza luminii, iar f este frecvența).

Amplitudinea este valoarea maximă pe care o poate lua semnalul electric, iar energia se regăsește în energia instantanee pe durata perturbației.

Câmpul electric și câmpul magnetic se generează reciproc, formând câmpul electromagnetic. În regim variabil, între armăturile condensatoarelor electrice și în interiorul unei bobine există câmp electromagnetic. În funcție de geometria circuitului și dimensiunile sale față de lungimea de undă, se manifestă preponderent fie numai câmpul electric, fie numai câmpul magnetic, fie ambele câmpuri. În funcție de caracteristicile circuitului care generează câmpul, energia câmpului se regăsește, în principal, în componenta electrică sau în componenta magnetică, sau în proporții egale în ambele componente.

În tabelul 1 se prezintă surse de perturbații electromagnetice, frecvența lor (valoarea medie) și valorile câmpului electric/magnetic pe care îl generează.

Principalele tipuri de perturbații electromagnetice, pentru domeniul electroenergetic, sunt prezentate în tabelul 2.

3. Câmpul electric alternativ

Câmpul electric apare între doi poli cu potențiale electrice diferite și cu cât distanța dintre poli este mai mică, cu atât câmpul electric generat este mai intens. Un echipament electric conectat la o sursă de energie, chiar dacă nu este pornit, generează câmp electric. În analiza radiației unui câmp electric trebuie măsurate intensitatea și frecvența acestuia.

Analiza câmpului electric se reduce la:

– evaluarea intensității câmpurilor electrice prin calculul și analiza modului lor de manifestare (curenți electrici induși în obiecte sau organisme vii amplasate în câmp, calculul potențialului, efectele câmpului);

– interacțiunea cu operatorul uman, făcându-se distincție între efectele majore și cele minore (datorate unor condiții accidentale, nerepetabile).

Câmpul electric induce într-un corp conductor sarcini electrice care produc un câmp electric ce se suprapune peste câmpul inițial. În aceste condiții, în vecinătatea obiectului câmpul rezultant este deformat (câmpul este perturbat). Intensitatea câmpului electric se modifică în funcție de raza de curbură a corpului perturbator.

Câmpul electric alternativ determină în obiectul conductor o circulație de sarcini pozitive și negative, concretizată printr-un curent electric alternativ; acest curent depinde de forma obiectului și de intensitatea câmpului aplicat, și nu este influențat de natura obiectului.

Câmpul electric acționează asupra organismului viu prin inducerea unor curenți de foarte mică intensitate, descărcări electrice tranzitorii și efecte superficiale (de natură electrostatică).

Câmpul electric interior se manifestă ca urmare a diferenței de potențial provocată de circulația curentului indus; acest câmp este de ordinul microvolților pe metru în metale și de milivolți pe metru în organismele vii.

Câmpul electric alternativ însoțește funcționarea echipamentelor electrice, iar valorile acestui câmp cresc odată cu creșterea tensiunii de alimentare. Intensitatea câmpului electric neperturbat diferă de intensitatea câmpului electric perturbat. În cazul sferei metalice, intensitatea câmpului electric perturbat poate atinge de trei ori intensitatea câmpului electric neperturbat (iar creșterea poate fi mai mare pentru obiectele ascuțite sau alungite).