Laboratorium podstaw kompatybilności elektromagnetycznej

Ćwiczenie 2
Analiza rozkładu pola elektrycznego i magnetycznego wokół
źródeł zaburzeń elektromagnetycznych w paśmie ELF i VLF
1. Wprowadzenie
Pole jest stanem przestrzeni, w której istnieje energia. Pola elektromagnetyczne
mogą być stałe i zmienne w czasie. Zmienność pól wyraża się przez liczbę zmian na
sekundę, zdefiniowaną jako częstotliwość. Długość fali dla pól zmiennych wyraża się
zależnością λ = c / f (gdzie c jest szybkością światła). Wyróżniamy pole elektryczne,
które jest wywołane obecnością przeciwstawnych ładunków elektrycznych, czyli
napięciem elektrycznym oraz pole magnetyczne, wywołane ruchem ładunków
elektrycznych, czyli prądem elektrycznym. Fala elektromagnetyczna składa się ze
sprzężonych ze sobą pól elektrycznego E i magnetycznego H.
W odniesieniu do długości fali można wyróżnić następujące strefy wokół źródeł
pól elektromagnetycznych:
• strefę pola dalekiego (promieniowania), o odległości od źródła większej od
długości fali λ, dla przypadku fali płaskiej zachodzi wtedy pomiędzy natężeniami
E i H zależność: E/H = 377 Ω. W strefie promieniowania parametry pola
elektromagnetycznego są jednoznacznie określone (wystarczy tylko jedna
wielkość E lub H).
• strefę przejściową, o zasięgu od ok. λ/20 do λ. W strefie tej na równi z polami
E i H charakterystycznymi dla strefy promieniowania występują dodatkowo pola
quasi stacjonarne o natężeniach zmniejszających się znacznie z drugą a nawet
trzecią potęgą odległości od źródła pola. W strefie przejściowej rozkład pól
magnetycznych i elektrycznych jest bardzo złożony i nie występuje pomiędzy
nimi jednoznaczny związek. Przy rozpatrywaniu warunków pracy oraz
oddziaływania w strefie przejściowej pól elektromagnetycznych na ludzi oraz na
urządzenia należy uwzględniać zarówno pole elektryczne E jak i magnetyczne H.
• strefę pola bliskiego, o zasięgu od źródła pola do ok. λ/20. W strefie tej dominują
quasi-stacjonarne składowe pola elektrycznego E i magnetycznego H. Natężenie
pola elektrycznego E jest proporcjonalne do napięcia zasilającego źródło pola,
a natężenie pola magnetycznego H jest proporcjonalne do prądu płynącego
w instalacji źródła pola. Pola strefy bliskiej są najsilniejsze i stanowią poważne
źródło zakłóceń dla urządzeń elektrycznych i elektronicznych oraz mogą
wprowadzać istotne zagrożenie dla ludzi.
W przypadku źródeł napięć i prądów o częstotliwości sieciowej wytwarzane pole
elektromagnetyczne jest zawsze polem bliskim i powinno być charakteryzowane
przez natężenie składowej pola elektrycznego E oraz składowej pola magnetycznego
H, których wartości określa się obliczeniowo lub poprzez pomiary. Dla warunków
23