پایان نامه بررسی امواج الکترومغناطیسی در اطراف سیم های برق فشار قوی و تأثیرات آن

چکیده

مقاله گردآوری شده در مورد بررسی امواج الکترومغناطیسی در اطراف سیمهای برق فشار قوی و تأثیرات آن: شامل قسمتهای متنوع امواج و میدانهای الکترومغناطیسی، اندازه‌گیری ثابتهای خط انتقال با استفاده از روشهای تحلیلی و اجزاء محدود، بررسی و تداخل امواج با شبکه‌های مخابراتی، راههای کاهش تداخل، اثرات امواج بر موجودات زنده و سلامتی انسان، بررسی حدود مجاز اطراف سیمهای فشار قوی و جریم مجاز در ایران و دیگر موارد می‌باشد.

از آنجایی که توسعه روزافزون صنایع و همچنین افزایش استفاده از تجهیزات رفاهی برق در واحدهای مسکونی، توسعه و گسترش شبکه‌ها و افزایش میزان تولید را بطور جدی باعث گردیده و گسترش شبکه‌ها انتقال، بوجود آورنده نوعی آلودگی بوده که به نظر من نقش نامطلوب آن در سلامت و بهداشت فرد و جامعه برتر از آلودگی‌های دیگر است.

در این پروژه سعی شده که مجموعه‌ای از تحقیقات انجام شده اثرات امواج الکترومغناطیسی در نقاط مختلف جهان را جمع‌آوری شود و تا حدود عملی راههای پیشگیری و کاهش اثرات بیان گردد.

مقدمه

اهمیت و نقش امواج الکترومغناطیسی از قدیم‌الایام در زمینه‌هایی چون ارتباطات و مخابرات و رادار موضوعی بوده که همگان از آن واقف بوده‌اند ولی از آنجایی که درس میدانها و امواج یکی از دروس اختصاصی رشته مخابرات بوده که به عنوان پایه دروس دیگر مهندسی الکترومغناطیسی تلقی می‌شود و زمینه تخصصهای مختلفی را مانند نظریه و تکنیک میکروویو، آنتن، انتشارات امواج، نظیر امواج الکترومغتاطیسی و غیره را فراهم می‌سازد.

امروزه نقش میدان مغناطیسی در جوامع صنعتی بیش از پیش در سلامت و بهداشت فرد و جامعه حائز اهمیت می‌باشد. با توجه به پیشرفت علم و تکنولوژی و طراحی و ساخت سیستمهای متعدد در واقع هدف از آنها برداشتن قسمتی از مشکلات بشر بوده است، گرفتاریهای، بیشتری عارض نسل بشر بوده است.

صدمات نه تنها در تکنولوژی گسترده بلکه حتی در مقیاسهای کوچک- مثل پرتوافکنی ایزوتوپهای دستگاههای عکاسی کوچک – نیز بوجود آمده‌اند. صدمات وارده را می‌‌توان به چهار قسمت تقسیم کرد:

1-صدمات اقتصادی

2-صدمات تکنولوژی

3-صدمات جسمی

4-صدمات روحی و روانی

البته خود صدمات روحی و روانی در نهایت منجر به صدمات جسمانی می‌شود و صدمات جسمانی ممکن است در تمام حالات صدمات عصبی را شامل شوند.

فصل اول

امواج الکترومغناطیسی] 1[

اتمهای یک ماده می‌توانند بطریق مختلف از محیط اطراف خود انرژی جذب کنند. مثلاً اگر ماده‌ای در معرض تابش حرارت قرار گیرد تمام یا مقداری از انرژی حرارتی که به ماده میرسد، توسط اتمهای آنها جذب میشود و در نتیجه اتمها به حالت تهییج درمی‌آیند.

هر یک از اتمهای تهییج شده ممکن است در بازگشت به حال عادی خود، انرژی جذب شده را بصورت پرتوهایی از خود تابش کند، این پرتوها را پرتوهای الکترو مغناطیس گویند.

اصطلاح الکترومغناطیسی بدان جهت است که هر کدام از این پرتوها همواره با دو میدان الکتریکی و مغناطیسی که جهت آنها بر جهت حرکت پرتو عمودند، همراه است.

امواج الکترو مغناطیسی دارای طیف یا اسپکتروم وسیعی می‌باشند که شامل امواج رادیوئی رادار، مادون قرمز، نور مرئی ماوراء بنفش و بالاخره اشعه‌های ایکس و گاما میباشد.

امواج الکترو مغناطیس دارای تعداد خواص مشترک هستند، مثلاً سرعت تمام آنها در خلاء یکسان است. این سرعت را سرعت سیر نور گویند و مقدار آن برابر است با 3´108m/s متر بر ثانیه یا 300.000km/s کیلومتر در ثانیه

میدانهای الکتریکی و مغناطیسی

بین بارهای الکتریکی نسبت بهم نیروئی بوجود میآید، بطوریکه بارهای همنام یکدیگر را دفع می‌کند و بارهای غیر همنام یکدیگر را جذب می‌کنند و این شبیه نیروهای مغناطیسی است، همانطوری که قوای مغناطیسی از میدان مغناطیسی حاصل می‌شود – قوای جذب و دفع الکتریکی از میدان الکتریکی سرچشمه می‌گیرد. وقتی که جریانی از سیم می‌گذرد در اطراف سیم خطوط میدان مغناطیسی که بشکل دایره‌ای متحدالمرکز هستند تشکیل میگردند. ولی خطوط میدان الکتریکی بصورت شعایی از سطح سیم بخارج میروند. ]2[

مقدار فلوی مغناطیسی با افزایش مقدار جریان و شدت میدان الکتریکی با افزایش مقدار ولتاژ زیاد می‌شود. بنابراین در ولتاژهای بالا (اطراف سیمهای برق فشار قوی) شدت میدان الکتریکی بیشتر است ولی در فرکانس بالا شدت میدان مغناطیسی بیشتر است.]6[

امواج متحرک روی یک خط انتقال]3[

راههای زیادی برای انتشار امواج وجود دارد. به هر حال قبل از ادامه مطلب، فهم کامل پدیده خط انتقال اساسی است زیرا بسیاری از مفاهیم بنیادی مانند ثابت انتشار در شکلهای پیچیده‌تر از انتقال انرژی نمایان می‌شود.

به عنوان نقطه شروعی برای تعمیم مطالب، مسئله کلاسیک خط انتقال را به جای دیدگاه مداری از دیدگاه میدانی در نظر می‌گیریم. از نظریه مقدماتی میدان می‌دانیم همانطوری که در شکل 3 نشان داده شده است، میدانهای الکتریکی و مغناطیسی در کنار ولتاژ و جریان خط میدانهای الکتریکی و مغناطیسی وجود دارند. همان طور که به ظاهر ولتاژ و جریان در امتداد خط و در جهت انتشار حرکت می‌کنند میدانهای همراه با آنها نیز، مانند سایه‌ای آنها را دنبال می‌کنند.

از آنچه گذشت چون این موضوع صرفاً یک دیدگاه است می‌توان این طور فکر کرد که میدانهای ذکر شده جریانها را در سیم القاء می‌کنند و نه برعکس، بنابراین از این دیدگاه می‌بینیم که به ظاهر میدانهای الکتریکی و مغناطیسی باهم و با یک سرعت در فضا حرکت کرده و سیم‌ها صرفاً کار «هدایت» موج را در جهت خاص انجام می‌دهند.

امواج و فوتونها WAVE AND DHOTOS ]1[

امواج- معمولاً پرتوهای الکترو مغناطیسی را بصورت امواجی فرض می‌کنند که در فضا حرکت کرده و انرژی را با خود از نقطه‌ای به نقطه دیگر حمل می‌کنند (شکل 4). این نوع موج را موج عرضی (Wave Tran sverse) گویند. زیرا امتداد نوسان موج بجهت حرکت آن عمود است.

یک موج عرضی دارای چهار پارامتر اصلی است این پارامترها عبارتند از:

1-طول موج (Ware Length): که آن عبارتند از فاصله یک نقطه با نقطه مشابه به راز
 آن l

2-فرکانس (Freguency): عبارتند از تعداد امواج (سیکلها) که در یک ثانیه تولید شده: واحد HZ

3-سرعت (Velocity): مسافتی که امواج در یک ثانیه طی میکنند V

4-دامنه (Amplitude): فاصله بین نقطه شروع تا مقدار حداکثر آن، آنرا قدرت موج نیز توصیف می‌کنند.

طول موج، فرکانس و سرعت یک موج با یکدیگر ارتباط دارند. زیرا مسافتی را که امواج در مدت یک ثانیه طی می‌کنند، برابر است با تعداد امواج در ثانیه (فرکانس) ضربدر طول موج یعنی

1)

فوتونها ]1[ و ]4[

اگرچه با نظریه موجی بودن پرتونها الکترو مغناطیسی بعضی از پدیده‌های تشعشع را میتوان توضیح داد ولی کاربرد این فرضیه در بعضی موارد کاملاً رضایت بخش نیست. برای مثال: از فرضیه موجی بودن اینطور استنباط میشود که انرژی پرتوهای الکترو مغناطیس به صورت پیوسته و بدون انقطاع منتشر میشود. در حالی که ما می‌دانیم اینطور نیست و انرژی بصورت بارانی از ذرات کوچک و مستقل از هم بنام فوتون از جسم منتشر میشود (شکل 59. هر فوتون دارای مقدار معینی انرژی است و اغلب یک فوتون را یک کوانتوم (quantum) انرژی گویند. (نظریه ذره‌ای و موجی بودن پرتوهای الکترو مغناطیسی). مقدار انرژی یک فوتون (E)، در نظریه ذره‌ای،‌با فرکانس پرتو (V)، از نظر موجی، توسط رابطه زیر بهم مربوط می‌شوند.

2)E=hn

که در این رابطه h ضریب ثابت پلانک است.

خواص عمومی پرتوهای الکترو مغناطیسی

1-همه آنها در فضا آزاد (خلاء) دارای سرعتی یکسان هستند.

2-همه پرتوها، انرژی را به شکل کوانتا یا (فوتون) از نقطه‌ای به نقطه دیگر منتقل می‌کنند. انرژی (E) یک فوتون بطریق زیر با فرکانس بستگی دارد.        E=hn

3-در فضای آزاد (خلاء) همه به خط مستقیم حرکت می‌کنند.

میدانهای الکترو مغناطیسی در فرکانس قدرت ]4[ و ]12[

اگر در یک نقطه مقداری بارالکتریکی مثبت وجود داشته باشد خطوط نیروی میدان الکتریکی (E) حاصل بطور عمودی از آن خارج می‌شوند و بر عکس، و ضمناً میدانیم که هر گاه بار الکتریکی حرکت کند، جریان داریم که عبور جریان از سیم هادی در اطراف آن میدان مغناطیسی بوجود می‌آورد.

حال اگر در یک سیم جریان متناوب بفرستیم در اطراف آن یک میدان الکترو منیتیک (H) تشکیل می‌شود، که این دو میدان (E) و (H) عمود بر یکدیگر بوده و بردار انرژی را میسازد که با سرعت نور انتشار می‌یابد.

زمستان 87

منابع

]1[- نکاتی در مورد میدانهای الکتریکی و مغناطیسی تولید شده بوسیله سیستمهای انتقال نیرو – محمد رضا طوسی پناه.

]2[-اصول مقدماتی الکتریسیته – تألیف مهندس غلامعلی سرابی تبریزی – 1357.

]3[-میدانها و امواج. تألیف: دکتر همایون عریضی – دانشگاه علم و صنعت ایران.

]4[-طیف الکترومغناطیس و گسیل القائی – دکتر علی معصومی.

]5[-طراحی خطوط انتقال، قاضی زاهدی-امیر منصور – رنجبر، جلد اول – وزارت نیرو.

]6[-الکترومغناطیس، میدان و موج، دیورک چنگ، مترجم: دکتیر پرویز جبه دار و مهندس قوامی.

]7[-انتقال و توزیع انرژی الکتریکی تألیف H-Cotton و H-Barler، ترجمه: مهندس انسانی

]8[-رضا جعفری – مهدی معلم – محاسبات پارامترهای انتقال و کابلها به روش اجزاء محدود، سیزدهمین کنفرانس بین المللی برق. 98. 215-219.

]9[-رضا جعفری – معلم مهدی – محاسبات میدانهای الکترو مغناطیسی – حرارتی در کابلها سه فاز به روش اجزاء محدود، چهارمین کنفرانس مهندسی برق ایران. آبان 1375

]10[-معلم مهدی، جعفری رضا، محاسبه تلفات جریانهای گردابی در خطوط و کابلها انتقال به روش اجزاء محدود، دهمین کنفرانس مهندسی برق ایران، اردیبهشت 1374

[11]-Silvester, P. and Ferrari, R.: Finte Element for Electrical Engineering Compridge university press.1983.

[12]-Extra high Voltage Transmission in Sweden, State Power Poard, 1985.

]13[-حریم از نظر فنی و حقوق و قوانین مربوطه، جلد اول، مرتضی سرمد، چاپ درخشان.

]14[-تأثیرات نئوزولوژیک خطوط فشار قوی – دکتر هنری لای.

]15[-خطوط فشار قوی و سلامتی شما – دکتر لاپلاس و مایک.

]16[-هیت ویلیام. الکترو مغناطیس مهندسی، مترجم جلایری.

]17[-خدیجه شریفینا – مریم شمش لاهیجانی – حسن رجبی – تأثیر میدانهای الکترو مغناطیسی، 50هرتز بر جنین تخم مرغ، سیزدهمین کنفرانس بین المللی برق 98.

]18[-دکتر محمد حسن بحرینی طوسی – دکتر میر صالحی و.. آقای مهندس آزاد – میدانهای EIF و سلامت انسان – سیزدهمین کنفرانس بین الملی برق.

[19]- H.W.Whittington، B.W.Flynn & D.E.Macpherson، “Switched Mode Power Supplies Design & Construction ” ،New York، John Wiley & Sons Inc. ، 1992

]20[ C.K.Chu ، P.B.Spisak & Walczak، “High power asymmetrical Thyristors”، IEEE Applications Society Conference Record ، Process.، 1985.

]21[ S. C?k and R. D. Middlebrook، “ Advances in switched mode power conversion” ،IEEE Transactions on Industrial Electronics، Vol. IE30، No. 1، 1983