Referat Poluarea Electromagnetica A Mediului

Mai jos puteti citi fragmente din Referat Poluarea Electromagnetica A Mediului si de asemenea puteti face Download Referat Poluarea electromagnetica a mediului

Citeste fragmente din Referat Poluarea Electromagnetica A Mediului

POLUAREA ELECTROMAGNETICĂ A MEDIULUI 12.1. COMPATIBILITATEA ELECTOMAGNETICĂ A APARATURII DE AUTOMATIZARE Odată cu folosirea intensivă a circuitelor integrate, problema interferenţei şi susceptibilităţii electromagnetice a devenit o condiţie în proiectarea unor echipamente de automatizare de înaltă fiabilitate. Prin compatibilitate electromagnetică se înţelege particularitatea unui echipament, sau a unui sistem în ansamblu, de a funcţiona în condiţiile unui mediu poluat electromagnetic, fără a fi perturbate intolerabil funcţiile acestuia. Interferenţa electromagnetică ( FMI – electomagnetic interference, sau RFI – radio frequence interference ) este reprezentată printr-un semnal nedorit, care este indus datorită câmpului electromagnetic poluant, semnal care poate defecta funcţionarea unui echipament sau sistem. Interferenţa electromagnetică poate fi definită ca o poluare electromagnetica, la fel de periculoasă ca poluarea aerului sau a apei în mediul ambiant. Fenomenul de compatibilitate electromagnetică are trei componente, fig. 12.1 : sursa a=( unui câmp electromagnetic poluant, calea de propagare şi receptorul afectat, reprezentat prin echipamentul sau sistemul în funcţionare normală. Sursele de zgomot electromagnetic sunt cauzate de fenomene naturale sau artificiale, ca de exemplu: Zgomotele electrice generate de furtuni electrice, reprezintă surse naturale de zgomote electromagnetice cu frecvente sub 10 MHz. Zgomotele generate de radiaţiile solare şi zgomotele cosmice reprezintă surse naturale de zgomote cu frecvente peste 10 MHz. Zgomotele electrice artificiale sunt generate de activităţile umane şi pot fi neintenţionat sau intenţionat create. Sursele neintenţionat create de om sunt echipamente a căror funcţionare nu are ca scop emisia de câmpuri electromagnetice, precum calculatoarele electronice, motoarele electrice, echipamentele cu relee cu contacte, tuburi fluorescente, sudura cu arc, motoarele cu autoaprindere, cablurile TV etc. Sursele de poluare electromagnetică intenţionat create de activitatile umane sunt acele echipamente a căror funcţionare normală constă în emisia de semnale electromagnetice, ca de exemplu echipamente radar, radiouri mobile, echipamente cu modulare în frecventă sau amplitudine etc. Important în poluarea electromagnetică este mecanismul de cuplare între sursă şi receptor, care poate fi prin radiaţie sau prin conducţie. Cuplarea prin radiaţie se face prin intermediului câmpului electromagnetic între sursă şi receptor ca între două aparate, ca de exemplu un pistol de lipit în contact manual şi cu transformator poate afecta prin impulsurile câmpului electromagnetic un calculator. Cuplarea prin conducţie între două aparate se face prin firele reţelei de alimentare , prin firul comun de împământare al echipamentelor , etc. De exemplu, cuplând la aceiaşi reţea de alimentare un calculator şi un termostat pentru încălzirea unui volum, conectarea/deconectarea automată a rezistentei de încălzire a termostatului provoacă variaţii ale tensiunii de alimentare a reţelei care influenţează aparatele conectate la aceiaşi reţea de alimentare. Poluarea electromagnetica, adică operaţia unor tensiuni parazite în circuitele electrice, poate fi numai între două aparate, ci şi în cadrul aceluiaşi aparat. De exemplu, poluarea prin conducţie apare în cadrul unui aparat în care funcţionarea unui etaj de putere în impulsuri poate provoca variaţii ( căderi ) ale tensiunii de alimentare, ceea ce poate influenţa ( prin conducţie ) alte etaje ale aparatului respectiv. Poluarea prin inducţie în cadrul unui aparat poate apare atunci când de exemplu variaţii ale unui semnal electric provoacă, datorită câmpului magnetic propriu, semnale în alte circuite ale aparatului. În fig. 11.2. sunt prezentate câteva mecanisme de cuplare prin radiaţii şi prin conducţie între sursa poluantă şi aparatul poluat electromagnetic. Interferenţa electromagnetică poate apare şi între echipamente de calcul, atât prin inducţie ( prin sursa de alimentare în ca ) cât şi prin conducţie ( prin câmpul electromagnetic creat de funcţionarea unui calculator ), fig.12.3. Pentru a studia interferenţa electromagnetică sunt necesare teste, prin care se măsoară amplitudinea şi frecvenţa semnalului nedorit, indus de sursa poluantă în aparatul supus testării. Aceste măsurări se fac cu analizoare spectrale. Pentru a reduce semnalele parazite care apar prin inducţie de la sursa poluantă se folosesc ecrane electrice între sursă şi aparatul testat. Pentru a reduce semnalele parazite care apar prin conducţie între sursa poluantă şi aparatul testat, se folosesc filtre electrice pe tensiunile de alimentare. De exemplu, în acest scop la aparatele cu circuite integrate, circuitul imprimat este astfel realizat încât barele de alimentare ( +, - ) sa fie suprapuse pe suprafaţe cât mai mari, ceea ce formează de fapt un condensator electric cu rol de filtrare. În prezent, datorită apariţiei a numeroase surse poluante, problema compatibilităţii electromagnetice este deosebit de actuală, existând instituţii de specialitate care se ocupă cu elaborarea de standarde şi recomandări în acest domeniu. La nivel internaţional, există organizaţii de standardizare, specializate pe anumite domenii de aplicaţie, ca de exemplu ISO – în domenii largi ( mecanic , electric etc. ) IEC, CISPR – în domeniul electrotehnic, electronic CCITT – în domeniul telecomunicaţiilor CCIR – în comunicaţii radio În prezent există şi agenţii naţionale, care de exemplu preiau recomandările de la CISPR ( Internaţional Special Committee on Radio Interference ). Prin aceste standarde se stabileşte nivelul acceptabil de interferenţa ( de susceptibilitate ) electromagnetică pentru diferite surse poluante şi diverse echipamente influenţate prin poluare electromagnetica. În domeniul aparaturii de automatizare cel mai important organism internaţional este IEC ( International Electrotehnical Commission ). Acest organism are comitete pe diferite domenii, ca de exemplu: TC 77 – Compatibilitate electromagnetică între echipamente electrice, inclusiv reţele TC 65 – Măsurări industriale şi conducerea proceselor În tara noastră, Institulul Român de Standardizare şi Mărci are ca preocupare principala coordonarea lucrărilor de cercetare şi de adaptare a recomandărilor şi regulamentelor internaţionale în domeniul standardelor, inclusiv în domeniul compatibilităţii electromagnetice. 12.2. INFLUENŢA CÂMPULUI ELECTROMAGNETIC ASUPRA ORGANISMULUI UMAN. Operatorul uman, în activitatea sa de îndeplinire a rolului său de a conduce un proces tehnologic, este supus influentei câmpurilor electromagnetice. Principala acţiune a câmpurilor electromagnetice asupra organismului uman constă în agravarea sau accelerarea apariţiei bolilor cardiace, vasculare, neurologice şi psihice. Această influenţă, care depinde de intensitatea câmpurilor electromagnetice şi de durata de expunere, este în continuă creştere datorită măririi numărului de surse poluante cu câmpuri electromagnetice. Pentru aprecierea influentei câmpurilor electromagnetice asupra organismelor vii s-au făcut cercetări experimentale asupra unui individ separat şi asupra unui grup de indivizi, de diferite vârste, pe durate diferite de expunere în timpul serviciului şi pentru diferiţi parametrii ai factorilor poluanţi. De exemplu dintr-o grupă de indivizi, cu vârste peste 40 ani, care se ocupau cu instalaţii la frecvenţe înalte 10KHz – 30 MHz, cu o intensitate de 100 – 300 V/m, numai 7,4 % nu au reclamat perturbări ale stării de sănătate şi în primul rând al sistemului nervos şi cardio–vascular. Cercetări similare s-au efectuat în spaţii de producţie, unde s-a constatat că prezenţa câmpurilor electromagnetice de joasa frecvenţă are o influenţă negativă asupra sistemului cardio–vascular al muncitorilor, observându-se o reducere a pulsului, o modificare a ECG, o micşorare a puterii de recepţie vizuale şi auditive şi o accentuare a stării de oboseala. Principalele surse de poluare sunt : Câmpul electric natural al Pământului care depinde de latitudine şi altitudine Câmpul electric static artificial ( care de exemplu apare în procesul de prelucrare a unor mase plastice, în utilizarea unor ţesături din materiale sintetice etc. ) Câmpul magnetic terestru ( care are o componentă variabilă, numită furtună magnetică, în funcţie de fenomene astronomice, ca de exemplu datorită exploziilor solare ) Câmpurile electromagnetice naturale ( de exemplu de la fulgere ) Câmpurile electromagnetice artificiale ( de exemplu, undele radio în gama 3(105 - 3(107 Hz, reţelele industriale de alimentare cu energie electrică, la frecvenţa de 50 Hz etc. ) Pentru măsurarea intensităţii câmpului electromagnetic se pot folosi aparate pentru lucrări de cercetare ( foarte scumpe, de precizie ridicată şi produse intr-un număr redus de exemplare ) şi aparate pentru verificări experimentale ( de precizie redusă şi produse în serie mare ). Pentru măsurarea intensităţii câmpurilor electromagnetice în laboratoare, în spatii industriale de lucru, în centre urbane etc. se pot folosi aparate, care au costuri reduse şi cu o precizie satisfăcătoare. În prezent, pe plan mondial, se întreprind acţiuni pentru limitarea efectelor câmpurilor electromagnetice asupra organismelor vii, dintre care cele mai importante sunt: Normarea intensităţii admisibile ale câmpurilor electromagnetice, pentru activitati industriale şi pentru locuinţe, în centre urbane sau rurale. Această diferenţiere este necesară deoarece timpul de expunere a unei persoane diferă într-o activitate industrială şi în spaţiul de locuit. De exemplu, în SUA este recomandată densitatea de putere maximă a câmpului electromagnetic de 10 mW/cm2, în domeniul de frecvenţe de 10( 105 MHz. În multe ţări sunt elaborate tabele, prin care se determină valorile admisibile în funcţie de timpul de expunere. Aplicarea de măsuri de protecţie în desfăşurarea unor activităţi cu surse de câmpuri electromagnetice, dintre care se pot menţiona : Protecţia faţă de câmpuri magnetice puternice, constante şi de joasă frecvenţă, realizând ecrane din materiale feromagnetice care au o permeabilitate ridicată, ca de exemplu din aliaje fier–nichel. Protecţia prin limitarea timpului de expunere, utilizând aparate de avertizare acustică sau optica. Protecţia prin desfăşurarea activităţilor la distanţă calculată faţă de sursa de câmp electromagnetic, se face utilizând relaţii empirice în care intervin parametrii sursei radiante. Protecţia prin utilizarea unor ecrane ale locului de munca, ca de exemplu a unor încăperi formate din plase metalice. Protecţia prin utilizarea unor suprafeţe reflectorizante ale câmpului electromagnetic, ca de exemplu a unor folii metalice. Protecţia prin utilizarea unor halate sau alte articole de îmbrăcăminte de protecţie, realizate din ţesături din bumbac, mătase, etc. , în structura cărora intră fire subţiri metalice, care de exemplu formează ochiuri de dimensiunile 0,5 ( 0,5 mm. Cercetările recente privind influenţa câmpurilor electromagnetice asupra organismelor vii, au demonstrat că acestea actioneaza într-un mod deosebit de complex asupra fenomenelor intracelulare, asupra celulelor şi organelor şi organismului pe ansamblu. În prezent cercetările în acest domeniu sunt dirijate spre elaborarea de noi normative privind sursele de poluare şi pentru implementarea de noi tehnici de protecţie a omului faţă de influenţa câmpurilor electromagnetice. 12.3. POLUAREA ARMONICA SI DE NESIMETRIE A SURSELOR DE CURENT ALTERNATIV Sursele de curent alternativ trebuie sa indeplineasca conditii severe privind forma si amplitudinea semnalului transmis.Un impuls de scurta durata care este suprapus pe un semnal de curent alternativ determina in domeniul frecentei aparitia unor semnale intr-o gama larga de frecventa. Racordarea consumatorilor de energie electrică la Sistemul Electroenergetic Naţional necesită asigurarea unor indicatori de calitate ai alimentării. Sursele generatoare de energie electrică într-un sistem electroenergetic asigură, în anumite limite, principalii parametrii de calitate ai alimentării, ca de exemplu: Forma de undă a tensiunii la generator este o funcţie sinusoidală de timp. Decalajul între fazorii tensiunilor la generator pe cele 3 faze ( (UR, US, (UT ), reprezentanţi în planul complex este 1, ( respectiv (2 ( (= ej120(, (2= ej240( ), iar sensul de rotaţie al fazorului este pozitiv (direct). Modulele tensiunilor pe cele trei faze sunt egale Frecvenţa de rotaţie a fazorului echivalent este constantă, respectiv 50 Hz. În condiţii normale de exploatare valorile abaterilor indicatorilor de calitate ai sursei de energie de la valorile normale se încadrează în normele şi prescripţiile de exploatare stabilite prin standarde. În cazul apariţiei unor incidente care conduc la variaţii brusce în limite neadmise ale parametrilor de calitate, sistemele electroenergetice sunt prevăzute cu protecţii rapide şi automate în scopul prevenirii extinderii şi al izolării defectelor. La transportul şi distribuţia energiei electrice de la locul de producere până la consumator pot interveni factori perturbatori care alterează parametrii de calitate ai alimentarii cu energie, ca de exemplu: abateri ale frecventei de funcţionare prin nerespectarea echilibrului între puterea totală generată şi consum. abateri ale valorilor tensiunilor în noduri, apariţia regimurilor nesimetrice ca urmare a impedanţelor şi sarcinilor neegale pe faze. deformări ale formei de undă a tensiunii şi a curenţilor ca urmare a existentei elementelor neliniare în circuitele electrice. Energia electrică livrată într-un anumit punct al reţelei trifazate de curent alternativ poate fi caracterizată de următorii parametrii de calitate: continuitatea alimentarii cu energie electrica variaţiile de tensiune variaţiile de frecvenţa deformarea undei de tensiune şi curent nesimetria şi dezechilibrul sistemului trifazat de tensiune şi curent. Abaterile parametrilor de calitate ai alimentării cu energie peste valorile normate în exploatarea curentă pot conduce la daune importante atât la consumator cât şi la furnizor. În practică s-a constatat că într-un sistem electroenergetic există multe cazuri ale abaterilor acestor parametrii de calitate, care afectează funcţionarea sigură şi economică a acestuia în ansamblu şi pe componente. Aceste abateri ale parametrilor de calitate se datorează unor mari consumatori industriali cu procese tehnologice energofage şi care sunt poluante din punct de vedere electric. Astfel apare problema de a stabilii pentru fiecare utilizator aportul de poluare armonică şi de nesimetrie în vederea promovării unor măsuri sau a penalizării acestor abateri. Normele de calitate în instalaţiile electrice sunt cuprinse în reglementari specifice ( Regulamente, Normative, Prescripţii, Instrucţiuni ). Astfel, furnizarea energiei se face în conformitate cu un regulament de furnizare şi utilizare a energiei electrice. Parametrii regimului deformant şi nesimetric şi valorile normale ale acestora sunt stabilite în Prescripţii de Exploatare. În prezent, în sistemul electroenergetic există cazuri flagrante de abateri ale acestor parametrii, care se datorează în primul rând lipsei aparaturii pentru determinarea precisă şi obiectivă a valorilor de exploatare. Pe plan internaţional, există organizaţii implicate în problema calitatii energiei electrice dintre care se pot menţiona: Conferinţa Internaţionala A Marilor Reţele Electrice (CIGRE), Comitetul 36; Comitetul Electrotehnic Internaţional ( CEI ); Comitetul European de Standardizare în Electrotehnică ( CENECEC ) etc. Cunoaşterea şi studierea prevederilor reglementarilor emise de aceste organizaţii internaţionale are importantă pentru alinierea regulamentelor romaneşti la standardele europene care vor sta la baza realizării unor sisteme moderne asistate de calculator pentru asigurarea în timp real a parametrilor şi indicatorilor de calitate. Forma nesinusoidală a undei de tensiune şi curent în reţele electrice poate fi distorsionată ( deformată ) din cauza prezentei unor elemente neliniare în reţea numite elemente deformante, dintre care se menţionează : bobinele cu miez de fier şi feromagnetic circuite redresoare necomandate; scheme cu diode redresoare comandate; procese tehnologice ce folosesc arc electric ( cuploare, instalaţii de sudură ); instalaţii electrice de electroliză; tracţiunea electrică etc. In conformitate cu reglementările în vigoare, regimul deformat se defineşte ca fiind regimul permanent de funcţionare al reţelelor electrice de tensiune alternativă care alimentează elemente deformante. Elementul deformant este un receptor care produce sau care amplifică tensiunile armonice. Regimul deformant în reţelele electrice influenţează negativ economicitatea funcţionării sistemului electroenergetic în ansamblu şi pe componente, ca de exemplu afectează funcţionarea echipamentelor electronice de protecţie, automatizare şi comandă; produce pierderi suplimentare în transportul şi distribuţia energiei electrice; solicită peste limitele admise instalaţiile statice de compensare a puterii reactive; provoacă scăderea randamentelor motoarelor electrice, etc. Principalii parametrii care caracterizează regimul deformant în reţelele electrice sunt definiti prin urmatorii indicatori de calitate: Ponderea armonicii de rang n, determinată ca raportul procentual dintre amplitudinea armonicii H şi fundamentala: a= ( An / A1 ) : 100 a = ( An / A1 ): 100 Reziduumul deformant Coeficientul global de distorsiune al undei sinusoidale ( tensiune sau curent ) definit ca raportul în procente dintre valoarea efectivă a reziduumului deformant şi valoarea efectivă a fundamentalei În care : n - rangul armonicii An - amplitudinea armonicii de rang n A1 - amplitudinea fundamentalei Coeficientul de forma al undei de tensiune sau curent definit ca raportul dintre valoarea efectivă a undei periodice nesinusoidale şi valoarea medie a semiperioadei curbei. Factorul de vârf definit ca raportul dintre amplitudinea maximă a undei nesinusoidale şi valoarea efectivă a acesteia. Nivelul armonicilor definit ca raportul în procente dintre valoarea efectivă a amplitudinii armonicei de rang n şi amplitudinea fundamentalei. Dacă se consideră unda nesinusoidală de tensiune sau curent ca un semnal cvasiperiodic y(t), cunoscut pe un orizont de timp finit t = 1, 2, …., N ; problema este a estima frecventele, amplitudinile şi fazele armonicilor sale. Deci, dacă semnalul y(t) este o sumă de n armonici de forma : atunci studiul indicatorilor de calitate se reduce la estimarea parametrilor fn, An, (n pentru n = 1,N. In notaţia anterioară y(k) s-a presupus că se obţine prin eşantionarea cu perioada (T a semnalului continuu. unde : t = k(T, k = 1,K Reprezentând grafic puterile pn ale armonicilor în funcţie de frecvenţa (n se obţine un grafic numit spectrogramă, care arată distribuţia liniilor spectrale ale undei de tensiune sau curent în funcţie de frecvenţă. O spectrogramă oferă valori ale spectrului semnalului în puncte ale abscisei reprezentând multipluri ai frecvenţei ( pulsaţiei ) fundamentalei, fig. 21.1. Pentru îmbunătăţirea parametrilor de calitate ai sursei de alimentare în curent alternativ este necesară reducerea elementelor deformante, îmbunătăţirea parametrilor de funcţionare a acestora şi utilizarea de filtre pentru atenuarea influentei negative a acestora. P % f 50 100 150 200 Fig. 12.4 Receptor Sursa Cale de propagare Fig.12.1. PC Influenţa prin radar Sursa PC PC Priza Priza Influenţa prin conducţie Fig.12.3. PC PC Fig.12.2. 쥁@