CC BY
63. ГОСТ Р 51317.3.3-2008 (МЭК 61000-3-3:2005). Совместимость технических средств электромагнитная. Ограничение изменений напряжения, колебаний напряжения и фликера в низковольтных системах электроснабжения общего назначения. Технические средства с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе), подключаемые к электрической сети при несоблюдении определенных условий подключения. Нормы и методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2009.
4. ГОСТ Р 51317.4.7-2008 (МЭК 61000-4-7:2002). Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств. М.: Стандар-тинформ, 2009.
CONDITIONS ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY BY THE MAGNETIC FIELD OF INDUSTRIAL FREQUENCY IN THE SURROUNDING AREA FROM CABLE SYSTEMS
POWER SUPPLY
Mayevskiy B.Y.
Doctor of geological sciences, Professor Kurovets S.S.
PhD, Associate Professor Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas УСЛОВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ПО НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ В ОКРУЖАЮЩЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ОТ КАБЕЛЕЙ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Салтыков Александр Валентинович, кандидат технических наук, доцент кафедры Автоматизированные электроэнергетические системы, Самарский государственный технический университет
Салтыков Валентин Михайлович, доктор технических наук, профессор кафедры Электромеханика и автомобильное электрооборудование, Самарский государственный технический университет
ABSTRACT
The conditions of electromagnetic compatibility (EMC) for the equipment and electromagnetic safety (EMS) staff offices and the public from exposure to magnetic fields of industrial frequency currents generated electricity cable systems, low voltage.
АННОТАЦИЯ
Показаны условия обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) для технических средств, а также электромагнитной безопасности (ЭМБ) персонала офисных помещений и населения, от воздействия напряженностей магнитных полей промышленной частоты, создаваемых токами кабелей систем электроснабжения низкого напряжения.
Keywords: electromagnetic compatibility, electromagnetic security of, the magnetic field of industrial frequency, system power supply-the supply of low voltage.
Ключевые слова: электромагнитная совместимость, электромагнитная безопасность, напряженность магнитного поля промышленной частоты, система электроснабжения низкого напряжения.
Introduction providing process, the reliability and the required sanitary and
The main sources of electromagnetic fields in electric power epidemiological conditions for staff. This is important from
us-the sense of forming the electromagnetic environment the perspective of the functioning of all systems of an office
are: overhead transmission line high voltage, static electricity, building and conditions EMC is the power supply system.
strong industrial electrical installations, switchgear, and so on These circumstances lead to the need for theoretical
[1]. Simultaneously increasingly used electronic equipment in and experimental studies of electromagnetic environment
the relay protection systems, security and emergency control (EME), conditions electromagnetic compatibility (EMC) and
of electrical high and low voltage. The electronic equipment electromagnetic safety (EMS) in the areas of office buildings,
is becoming more sensitive to electromagnetic interference, equipped with computers and other office equipment [2], and
especially to the magnetic field appearing in the secondary to assess the influence of power supply system's low voltage.
circuits substations, which are the sources of operating Based on the foregoing, in this paper based on the working
current, the switching switches the high and low voltage, large methods of calculation [3] the nature of the variation of
short circuit currents, the electromagnetic field of industrial the power frequency magnetic fields in the surrounding
frequency and radio frequency. single-phase and three-phase of four-wire and cable power
Enough is complicated electromagnetic environment supply systems, showing the conditions of electromagnetic
(EME) and in office buildings, which is characterized by a large compatibility (EMC) for the equipment used in residential
variety of electromagnetic fields (EMF) by type, frequency , commercial and industrial areas, as well as providing
range, and levels. This diversity EMF is determined by a large conditions for electromagnetic safety (EMs) in accordance
number of computer equipment, primarily computers, lighting with the requirements of sanitary-epidemiological rules and
systems, air conditioners, elevators, alarms and other electrical norms (SRN) to protect personnel office and the public from
equipment and supply their electric systems and networks, exposure to magnetic fields.
1. Conditions electromagnetic compatibility valid the values of the magnetic field of industrial frequency in the surrounding space of the single-phase two-wire
Valid values of the magnetic field of industrial frequency in the surrounding space in the case, the known location of the lead wires can be identified by pie charts [3], highlighting the valuation of their maximum value, and in case of uncertainty wire - average values.
In particular, for single-phase two-wire maximum value of the magnetic field of industrial frequency, in General, determined by the expression:
6-1: 2005), the magnitude of the magnetic field of industrial
frequency of 50 Hz should not exceed: H,
50 m VDTgon
<1, A/m.
I aL max( * ) = -
I„ ■ d
/. ■ 7T. ■ r
, A/M, (1)
and the values of mathematical expectation (mean values) by the expression:
Ia - d
m(Ia-L,M ) = 0'673--^T
2, A/M, (2)
where: I - is the effective value of current, A; d - the distance
H
between the conductors of the wire, m; R - is the distance
It should be noted that the electromagnetic compatibility conditions in offices by the admissible values of the magnetic fields of industrial frequency for practical purposes should be assessed based on the design features discussed wires or cables (type), and the distance from the center of the wire (cable) to the points (circles around the wire radius) with these normalized values for staff and corps of technical means [6].
At the same time, under certain structural characteristics of the wires (cables), the allowable distance from the controlled (normalized) of the object to provide normalized values of the magnetic field of industrial frequency of 50 Hz can be determined by analytical expressions.
In particular, single-phase two-wire for single (AN) wires (cables) by the expressions:
1) for staff office space at H50 OSgon <4, A/m: a) maximum value:
) â
Iä ■ d
(1 .
) â
between the control point and the center of the wire, m.
The obtained expressions allow us to determine the b) the expectation values: conditions of electromagnetic compatibility (EMC) in magnetic fields of industrial frequency for single-phase two-wire for single (AN) wires used in the office (residential) areas.
As you know, EMC conditions on maximum permissible levels of magnetic fields of industrial frequency of 50 Hz in residential and public buildings and areas are regulated by requirements GN 2.1.8 / 2.2.4.2262-07 [4]. In particular, for staff (OS) of office space the valid values of the magnetic field
2 ■*■ I a£max(* ) = 4À / i
■ = 0,2-J
(3)
0,637 ■ Iä ■ d
2m(I aZ>A ) = 4A/ i
= 0,4 JIa ■ d
2) for the equipment of office space at H50 TCgon a) maximum value:
(4)
<3, A/m:
A1
) â
Ia ■ d
2 ■*■ I a £ maxCff ) = 3A/i
■ = 0,3
(5)
b) the expectation values:
of industrial frequency are H
50 OSgon
<4, A/m.
°.'.m(I az,M )
(I
■ ) â
0,637 ■ Ia ■ d
= 0,$ JIa ■ d
¡2-n-m(I ez,A ) = 3A/! 3) for cathode-ray tubes with <1 , A/m:
J 1 50 rii VDTgon
a) maximum value:
(6)
.(I 0
■ ) â
Ia ■ d
2 I a £ max(* ) = IA/i
= 0,9
(7)
b) the expectation values:
■ ) â
0,637 ■ Ia ■ d
2■%■ m(I a£^ ) = IA/i
- = 0,î JIa ■ d
(8)
In addition, in office buildings GOST R 51317.6.1-2006 (IEC 61000-6-1: 2005) [5] pick up, it regulates the conditions of immunity to electromagnetic interference of technical means used in residential, commercial and industrial areas with low power consumption. In particular, in accordance with the requirements of GOST R 51317.6.1-2006 (IEC 61000-6-1: 2005), the values of the magnetic field of industrial frequency of 50 Hz on the port hull technical means (TC), used in the office buildings and areas should not be more than: H50 TCgon <3, A/m.
Since in office buildings video display terminals (VDT) are abundantly present, then it also should evaluate the conditions of electromagnetic compatibility and cathode-ray tubes, the requirements for which are contained in the GOST R 51317.6.1 -2006 (IEC 61000-6-1: 2005 ). In particular, in accordance with the above mentioned GOST R 51317.6.1-2006 (IEC 61000-
Table 1.
Clearance to controlled (normalized) of an object when the conditions for EMC magnetic fields of industrial frequency , A/m, for two-wire and cables
In particular, for a number of single-phase two-wire single structures (AN) wires (cables) with regard to their cross sections (the distance between the cores) and acceptable for them currents, electromagnetic compatibility conditions on the magnetic fields of industrial frequency-Universe in the form of admissible distances to the controlled (normalized) object, m, are shown in Table. 1.
R
Wire (cable) core section S,mm2 Distance between wire centers d,m Nominal current, I.,. jfyiv ,A Permissible distances to controlled (rated) object by EMC conditions for H8Emax(AN) and m(H ) , R , m v dymax(AN)' 0™n '
for OH by GN 2.1.8/2.2.4.2262 under Hnr ^ 50^, OS, <4 /m for TM and CRT by GOST P 51317.6.1-2006
under Hcnr „ <4 /m 5U^, TC, gon under <4 /m 5nГц, VDT, gon
for Hdy for m(Hdy) for Hdy for m(Hdy) for Hdy for m(Hdy)
R0. m R0. m Rn. m Rn. m R0. m R0. m
2,5 0,00276 30 0,057 0,046 0,066 0,052 0,112 0,089
4 0,00324 41 0,073 0,058 0,084 0,066 0,142 0,113
6 0,00373 50 0,086 0,069 0,099 0,078 0,168 0,134
10 0,00555 80 0,133 0,107 0,153 0,120 0,260 0,207
16 0,0065 100 0,162 0,130 0,186 0,146 0,314 0,250
25 0,0076 140 0,206 0,165 0,237 0,185 0,402 0,320
35 0,0086 170 0,242 0,194 0,278 0,218 0,473 0,375
50 0,0120 215 0,322 0,258 0,370 0,290 0,626 0,498
70 0,01365 270 0,384 0,307 0,442 0,346 0,749 0,595
95 0,01555 330 0,453 0,362 0,521 0,408 0,883 0,702
120 0,0177 385 0,522 0,418 0,600 0,470 1,018 0,809
150 0,0197 440 0,589 0,471 0,677 0,530 1,148 0,913
185 0,0203 510 0,644 0,515 0,740 0,579 1,255 0,997
240 0,0214 605 0,720 0,576 0,828 0,648 1,403 1,115
In particular, the Table. 1 shows that the conditions for EMC by the magnetic field of industrial frequency in the surrounding area at the distance of R0igon=0,5 m, single-phase two-wire from single (A, N) wires (cables), in particular, on the expectation value m(H8ZAN) (for the cases of uncertainty of arrangement conductors), are allowed: upon request of GN 2.1.8 / 2.2.4.2262 for staff conductor serving the wires with cross-section S <185 mm2 with current I <510 A; according to the
gon gon °
requirements of GOST R 51317.6.1-2006 (IEC 61000-6-1: 2005) on the port of hull technical means (TC), used in the office buildings and areas, wires cross-section I <150 mm2
° gon
with current I <440 A; according to the requirements of GOST R 51317.6.n1-2006 (IEC 61000-6-1: 2005) for cathode-ray tubes of technical means used in the office buildings and areas, the use of wires with cross-section S <50 mm2 a current I
Hon Hon
<215 A.
2. Conditions for valid EMC values of the magnetic field of industrial frequency in the surrounding area of four-wire three-phase (cables) to the location of the conductors on the square
In the method [3] of calculation of the magnetic field around the three-phase four-wires (cables) the location of the phase conductors (wires) around the square has been shown.
The calculations showed that for three-phase four wires (cables) with the location of the conductors around the square, connected a star, with balanced load the maximum values of the magnetic field of industrial frequency in the surrounding space, in general are determined by the expression:
1a-d
2-n
<■ (9)
m(' - ^ À r ) = 0,i
v aL, AANN, q '
1..-d
2-n-R„
50 Hi
public buildings and intended for building, as shown earlier, also regulated by the requirements of the following documents: 1. GN 2.1.8 / 2.2.4.2262-07: H ^ <4 , A/m [4]; 2. GOST
50 Hi OSgon l
R 51317.6.1-2006 (IEC 61000-6-1: 2005): H50 ^ TCgon <3, A/m [5]; 3. GOST R 51317.6.1-2006 (IEC 61000-6-1: 2005): H
VDTgon <1, A/m [5].
At the same time, under certain structural characteristics of the wires (cables), the allowable distance from the controlled (normalized) of the object to provide normalized values of the magnetic field of industrial frequency of 50 Hz can be determined by analytical expressions.
In particular, for three-phase of four-wire single (ABCN, q) wires (cables) by the expressions:
1) for staff office space at Hc„_ __ <4 , A/m:
J f 50 ri OSgon
a) maximum value:
J' . i
1,224 ■ 1 - d ,--
-,---nr..-i-= 0,2 JL. ■ d
' iZ.„(AANN,q) = 4A/m (11)
b) the expectation values:
, ) Î
, -= 0,197JITTJ
p-) = 4A/m (12)
2) for the equipment of office space at H50 TCgon <3 , A/m: a) maximum value:
R0i'aLmlxC B
1, 224- 1a ■ d 2-n-' AANN, q) = 3À/,
- = 0,254J1 a - d
13)
b) the expectation values:
R0,i,m(' )(' E
-1 .-a
) a I-?" "-;-= 0,223jla - d
"2-n-m(' a^AAfNq) = 3A/m (14)
and mathematical expectations (medium) values by expression:
3) for cathode-ray tubes with H
J 1 50 ri VDTgon
a) maximum value:
R*0,'J i a»« s À ,VDT,
<1, A/m:
_. 1224 - 1'-d__ = 0,4 Jvd
2-n-' a Smas (AANN, q) = 1A / m (15)
b) the expectation values:
, ) a
2-n-m('
-1a-d_ = 0,9
q ) = 1A / m
(16)
0,1 (10)
The obtained expressions allow us to determine the conditions of electromagnetic co-capacity (EMC) in magnetic fields of industrial frequency for three-phase of four-wire single (ABCN, kb) wire or cables used in the office (industrial, residential) areas.
EMC conditions on maximum permissible levels of magnetic fields of industrial-frequency 50 Hz in residential and
In particular, for a number of three-phase structures of four-wires (cables) with the location lived in view of their square cross-sections (the distance between the strands) and allowed for their currents, electromagnetic compatibility conditions on the magnetic field in a commercial frequency to a controlled allowable distance (normalized) object m, are shown in Table. 2.
R
Table 2.
Clearance to controlled (normalized) of the object if the conditions for EMC magnetic fields of industrial frequency for three-phase four-wire (wire) with the location of the conductors on the square
Wire (cable) core section S,mm2 Distance between wire centers d,m Nominal current, I.,. jlyjV ,A Permissible distances to controlle HdTmax(ABCN,q) and m(HMR d (rated) object by EMC conditions for CN.q)) » R0igon > m
for OH by GN 2.1.8/2.2.4.2262 under Hnr ^ 50Гц, OS, <4 /м for TM and CRT by GOST P 51317.6.1-2006
under Hcnr „ <3/м 50Гц, ТС, доп under H r <1 /м 50Гц, VDT, доп
for H d^max for m(Hsy) for Hd> d>max for m(Hd>) for Hd> d>max for m(Hd>)
Rn. m R0. m R0. m R0. m R0. m R0. m
2,5 0,00276 30 0,063 0,057 0,073 0,064 0,127 0,112
4 0,00324 41 0,080 0,072 0,093 0,081 0,160 0,142
6 0,00373 50 0,095 0,085 0,110 0,096 0,190 0,168
10 0,00555 80 0,147 0,131 0,169 0,149 0,293 0,260
16 0,0065 100 0,177 0,159 0,205 0,180 0,355 0,314
25 0,0076 140 0,227 0,203 0,262 0,230 0,454 0,402
35 0,0086 170 0,266 0,238 0,307 0,269 0,532 0,472
50 0,0120 215 0,353 0,316 0,408 0,358 0,707 0,626
70 0,01365 270 0,422 0,378 0,488 0,428 0,845 0,749
95 0,01555 330 0,498 0,446 0,575 0,505 0,997 0,883
120 0,0177 385 0,575 0,514 0,663 0,582 1,149 1,018
150 0,0197 440 0,648 0,580 0,748 0,656 1,295 1,148
185 0,0203 510 0,708 0,634 0,817 0,717 1,416 1,255
240 0,0214 605 0,792 0,709 0,914 0,802 1,583 1,403
Table. 2 that for the conditions for EMC on tension of magician magnetic field of industrial frequency in the
surrounding area at a distance of R0 ^ = 0,5 m. from three-phase of four-wire single (ABCN,q) cables (wires) with the location of conductors around the square, in particular, by the
values of the mathematics expectation m(l ABCN ) A/m, (in cases of uncertainty of arrangement conductor),the following is allowed: upon requirements GN 2.1.8 / 2.2.4.2262 for staff servicing the cables with cross-section S <120 mm2 with current I <385 A; according to the requirements of GOST R 51317.6T-2006 on the port of hull of technical means (TC), used in the office (industrial) buildings and areas, cables with cross-section S <95 mm2 with current I <330 A; according
Hon gon °
to the requirements of GOST R 51317.6.1-2006 for cathode-ray tubes technical means used in the office (industrial) buildings and areas, cables with cross-section S <35mm2 with current
Hon
I <170 A.
Hon
Conclusion
The developed analytical expressions and calculation results shown in Table. 1 and 2, allow to evaluate of EMC conditions for staff (OP) and means (TC) for industrial frequency magnetic fields in the surrounding area around the single-phase two-wire (AN) and four-wire three-phase (ABCN, q) wires or cables of power supply systems of office, residential, industrial areas, to take them into account in the analysis of the existing electromagnetic environment in the office and residential buildings as well as in the design of electrical systems.
Sources (in Russian)
1. Салтыков В.М., Безменова Н.В. Электромагнитные поля промышленной частоты в электрических сетях и распределительных установках.- Москва: Машиностроение, 2011. - 206 с. - ISBN 978-5-217-03486-4.
2. Салтыков В.М., Салтыков А.В. Исследования электромагнитных полей офисных и жилых помещений с компьютерной техникой и от электрической сети. - Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing. 2013. - 128 с. - ISBN 978-3-659-48319-6.
3. Салтыков В.М., Салтыков А.В. Определение допустимых значений напряженности магнитного поля от проводов электрической сети и результаты исследований ЭМП. - Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co.KG. 2014. - 108 с. ISBN 978-3-659-52844-6.
4. Гигиенический норматив ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07. Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебных территориях. Утверждено от 21.08.2007г., № 60.
5. ГОСТ Р 51317.6.1-2006 (МЭК 61000-6-1: 2005). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых в жилых, коммерческих зонах и производственных зонах с малым энергопотреблением. Требования и методы испытаний. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2006.
6. Салтыков В.М., Салтыков А.В., Беспалов В.А., Смирнов М.В. Выбор допустимых расстояний при обеспечении ЭМС по магнитным полям промышленной частоты от
одиночных проводов офисных и жилых помещений. Вестник Самарского государственного технического университета. Технические науки. Вып. №1(37), 2013.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ИГРАЮЩИХ РОЛЬ ЖИДКОГО КАТОДА
Сергеева О. В.
Украинский государственный химико-технологический университет, доцент
Пивоваров А.А.
Украинский государственный химико-технологический университет,
профессор
THEORETICAL FOUNDATIONS OF PLASMA-TREATING AN AQUEOUS SOLUTION IN THE FORM OF A LIQUID CATHODE
Sergeyeva O. Ukrainian State University of Chemical Technology, Associate Professor
Pivovarov A. Ukrainian State University of Chemical Technology, Professor
АННОТАЦИЯ
В данной работе на основании исследования литературных источников рассмотрены теоретических основы обработки водных растворов контактной неравновесной плазмой. В результате выявлены некоторые закономерности взаимовлияния разряда и водного раствора, играющего роль катода, также разработаны рекомендации к составлению математической модели процесса.
ABSTRACT
In this paper, based on the research literature reviewed the theoretical foundations of the processing of aqueous solutions contact the non-equilibrium plasma. As a result, it revealed some patterns of interference discharge and water solution which acts as the cathode also developed recommendations to the drafting process of the mathematical model.
Ключевые слова: плазма, жидкость, катод, пониженное давление, плазменный разряд.
Keywords: plasma, liquid, cathode, low pressure, plasma discharge.
Постановка проблемы.
В последнее время применение в различных технологиях процессов протекающих в системе газ - жидкость становится все более актуальной. Примером применения таких процессов являются методы, основанные на действии контактной неравновесной плазмы на водные растворы [1-7], для обеззараживание воды [8, 9], очистки воды от ПАВ [10], извлечения металлов из водных сред [11-17]. Они отличаются достаточно малыми удельными энергозатратами, возможностью полной автоматизации оборудования и высокой степенью извлечения.
При этом для получения более качественных результатов возникает необходимость в изучении процессов плазмохимической обработки жидких сред и обобщении результатов исследований, выполненных различными авторами.
Анализ последних исследований и публикаций.
Большинство исследований, связанных с использованием плазмохимической обработки жидких сред носят прикладной характер. При этом на основании анализа можно выделить основные факторы, влияющие на результаты плазмохимической обработки. Отметим, что процесс плазмохимической обработки жидкости зависит от многих факторов [1, 18]: температуры раствора, давления, диффузионных процессов на границе раздела фаз, изменение объема системы вследствие уноса части вещества, присутствующих примесей.
Специфика электрического (плазменного) газового разряда с водным раствором электролита в качестве катода
отличает его от аналогичных разрядов с металлическими электродами и определяется, согласно утверждению Полякова О. В. [19] низкой температурой катода и отсутствием электронной проводимости в основном состоянии катодообразующего материала. При этом использование электролитного катода ограничивает, в первую очередь, возможности эмиссии электронов, благодаря чему сокращается набор механизмов, присущих газовому разряду с твердым проводящим катодом.
Примем во внимание, что некоторые типы плазмы, образованной различными разрядами, при контакте с водной средой приводят образованию активных частиц и радикалов, которые возникают при деструкции воды [20 - 26].
Многочисленные исследования, выполненные различными авторами, позволяют составить определенную картину протекающих процессов. Из работы Гизатуллиной Ф.А. [27] в которой изучался разряд с жидким катодом в процессах обработки поверхностей: в качестве модельных растворов использовалась водопроводная вода, 0,5%, и 1% растворы №С1 в дистиллированной воде. В результате проведенных спектроскопических исследований плазмы разряда с жидким катодом получены фотографии спектра плазмы. Автором [27] отмечено, что при обработке раствора 1% №С1 в дистиллированной воде: наиболее интенсивна линия полосы С+, 0+, N0+, N2+, О, N2, ОН, линии Бальмеровской серии водорода. В этой же работе получена фотография линии атома водорода Нр и профили линии Нр. По уширению этой спектральной линии,
