4.2.2. КОРПУСА-ЭКРАНЫ РЭС ИЗ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Особенности экранирования РЭС от воздействия МЭМП ферромагнитными экранами по сравнению с Э1Кранами из немагнитных материалов определяются прежде всего:

зависимостью магнитной проницаемости материала экрана от амплитуды напряженности внешнего магнитного поля;

дивертированием (отведением) внешнего магнитного потока экраном за счет разных значений относительной магнитной проницаемости окружающей среды (для воздуха р=1) и материала ферромагнитного экрана (рэ>1).

На рис. 4.18 приведены качественные зависимости магнитной проницаемости ферромагнитного материала экрана и соответствующего ему экранного затухания для различных значений напряженности магнитного поля помехи. Как видно из приведенных зависимостей, защитные свойства ферромагнитного экрана в отличие от неферромагнитного носят нелинейный характер, и в некотором диапазоне амплитудных значений магнитного поля помехи его эффективность выше, чем неферромагнитного>4ри достижении определенных значений амплитуды магнитного поля помехи ННс эффективность экранирования ферромагнитного экрана в связи с насыщением его материала становится хуже по сравнению с неферромагнитным.

Источники МЭМП условно, в зависимости от амплитудного диапазона излучаемых ими полей, можно разбить на две подгруппы: источники относительно слабых полей, не вызывающие ионизацию окружающего их пространства (мощные РПС, ЛЭП и КС железных дорог), и источники МЭМП высокой интенсивности, которые вызывают нарушение изоляционных свойств окружающего пространства (молнии).

Как правило, напряженности магнитных полей, генерируемых источниками первой подгруппы, не превышают амплитудных значений 80... 200 А/м, которые у большинства конструкционных ферромагнитных материалов не вызывают не только насыщения, но и достижения магнитной проницаемости, соответствующей [Хтах-

Амплитуды магнитных полей излучения высокоинтенсивных источников МЭМП (молний) достигают Нтах=-0 А/м и выше, что приводит к частичному или полному насыщению магнитных экранов. Поэтому для первой группы задачу ферромагнитного экранирования приближенно можно рассматривать как линейную, для второй, когда наступает частичное или полное насыщение магнитного материала, задачу необходимо решать уже с учетом нелинейных свойств экранов. При этом источники первой подгруппы гене)рируют поля, временное изменение которых условно можно принять как гармоническое (синусоидальное). Излучение же высокоинтенсивных источников МЭМП носит импульсный характер.

Линейный метод решения задач ферромагнитного экранирования. В основу метода положено распространение решения задач для неферромагнитных экранов на ферромагнитные с той лишь

Рис. 4.19. Сферический ферромагнитный экран в магнитном поле

разницей, что магнитная проницаемость экрана выбирается постоянной, отличной от единицы, и такой, чтобы расчетные результаты находились в согласовании с экспериментальными. Решения подобного рода задач достаточно широко представлены в [20, 30-32, 42]. В данном разделе на примере сферической ферромагнитной оболочки анализируется процесс экранирования от синусоидальных полей.

Для сферического экрана, представленного на рис. 4.19, напряженность магнитного поля в экранированном объеме при условии тонкостенности оболочки {R>d) и в соответствии с [30]

Яз(/ш) =---/ , - . (4.28)

ch (а d) + [[a /?/3(.1з) -f (2ц3а R)] sh (а d)

где а== (И-/)/; 6= 1/2/[хс1хэОю; [хэ - относительная магнитная проницаемость материала экрана.

Если частота внешнего помехонесущего поля достаточно высокая, такая, что 6<Crf, то из (4.28) можно получить

Sh = [312 ёр,;ехр ( -d/ё)] ?. (4.29);

В случае же низкочастотного экранирования

5я = 1/[ 1 + (2(х; dim) + (/ ©fXo о Rdm. (4.30)

Отсюда получаем важный для теории ферромагнитного экранирования .вывод, что в отличие от неферромагнитных экранов, у которых Sh-51 при юО, коэффициент экранирования ферромагнитных экранов остается меньше единицы и стреамится к значению \l[\+{2v.sdm)].

Иными словами, в случае низкочастотного экранирования защитные свойства ферромагнитных экранов лучше, чем у неферромагнитных, и их эффективность при прочих равных усло1виях тем выше, чем больше [хэ.

Расчет защитных свойств ферромагнитных экранов на основе линейного метода требует корректного выбора значений их относительной магнитной проницаемости. Для этого можно воспользоваться приближенным методом, предложенным в [42], который заключается в анализе зависимости магнитной проницаемости экрана от амплитуды на.пряженности м.агнитного поля. Так, если Hi<Hc, значение относительной магнитной .проницаемости экрана надо брать меньше, чем цтаж, так как в процессе проникновения магнитного поля в толщу стенки экрана его амплитуда будет уменьшаться за счет поглощения, что повлечет за собой уменьшение {лэ. Поэтому относительную магнитную проницаемость для

расчетов следует брать в пределах рэ=(0,5... 0,7) ртаж. Если же Я1<сЯс, то значение относительной .магнитной проницаемости выбирают близким или равным рнач-

Нелинейный метод расчета ферромагнитных экранов. В случае высокоинтенсивных МЭМП, когда напряженность электрического поля достигает критической величины, определяемой диэлектрической прочностью атмосферы, например таких, которые возникают при разрядах молнии, линейная модель расчета ферромагнитных экранов становится несправедливой и вместо нее следует создавать сложные нелинейные модели. ,

Однако решение любой нелинейной задачи сопряжено со значительными математичеагаими трудностями, а получаемый при численном решении конечный результат не всегда можно распространить на большинство встречающихся в инженерной практике случаев.

Так как при инженерных расчетах, как правило, нет необходимости в детальном анализе процессов нелинейного ферромагнитного экранирования, а требуется определять лишь те границы, при которых применение того или иного ферромагнитного материала в качестве экранирующего является более эффективньим, чем неферромагнитного, то для решения поставленной задачи можно использовать упрощенные методы учета переменной магнитной проницаемости.

Ниже будет рассмотрен один из таких методов, позволяющий оценивать нижнюю границу амплитудного диапазона м.агнитных полей, где эффективность ферромагнитных экранов выше, чем неферромагнитных. Этот метод известен как метод прямоугольных волн [42], котррый, в частности, применялся Юнгом [38] для оценки защитных свойств ферромагнитных трубчатых экранов кабелей при протекании по ним импульсных токов молнии. В данном случае этот метод использован для определения защитных свойств ферромагнитных экранов с учетом нелинейности их материалов,

Поведение ферромагнитного материала в сильных магнитных полях связано с продессами насыщения этого материала при достижении в его толще индукции магнитного поля, соответствующей насыщению (В=Внас). При этом в зависимости от того, насьшхен ли магнитный материал весь по толщине или частично, защитные свойства ферромагнитного экрана также различны. Так, при полном насыщении материала экрана по его толщине ввиду резкого уменьшения его относительной магнитной проницаемости от ртаж до 1 защитные свойства ферромагнитных экранов ухудшаются. Если насыщение материала экрана по толщине стенки частичное, то эффективность экранирования за счет ненасыщенной части экрана остается высокой. Таким образом, критерием определения границ, при достижении которых защитные свойства ферромагнитных экранов становятся хуже неферромагнитных, является полное магнитное насыщение материала ферромагнитного экрана.