Гущин Игорь Ардальенович, Захаров Валерий Александрович, Малышев Никита Александрович

2025 / Том 10, № 4 (2025) [ БЕЗОПАСНОСТЬ ТРУДА ]

В статье уделено внимание моделированию экранирования низкочастотного магнитного поля переменных токов сферическими экранами из различных материалов численным методом. Рассмотрен алгоритм оценки эффективности экранов в заданных электромагнитных условиях. Представлен аналитический метод расчёта поля, основанный на решении краевой задачи для системы уравнений Максвелла. Подробно рассмотрен метод конечных элементов, повсеместно применяемый при расчёте физических полей в инженерных программах. Приведены сведения о граничных условиях, необходимых для корректной формулировки краевой задачи для моделирования физического процесса магнитного экранирования. Сформулированы конкретные исходные данные для моделирования экранирующего эффекта барьеров из алюминия, стали 10815 и их двухслойной комбинации. Построены картины полей и графики изменения напряжённости по координате области решения задачи. Эти результаты показали качественную эффективность всех вышеперечисленных экранов. При помощи параметрических расчётов выявлены количественные зависимости эффективности барьеров от частоты поля. Сделаны выводы о предпочтительности применения комбинированных экранов для защиты персонала электроэнергетических комплексов от вредного воздействия магнитных полей.

Ключевые слова:

электромагнитное поле, экранирование, уравнения Максвелла, метод конечных элементов, моделирование, эффективность, частотная зависимость

Библиографический список:

1. Гущин И.А. Энергетические характеристики углепластика: ключ к анализу его разрушения молнией // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2025. № 3. С. 49–54. https://doi.org/10.36535/0869-4176-2025-03-49-54. EDN: GJNOGR.
2. Павлова А.Э., Гущин И.А. Влияние на человека электромагнитного излучения и средства защиты // Процессы техносферы: региональный аспект: сборник материалов VI Всероссийской научно-практической конференции (г. Чебоксары, 25–26 марта 2023 года). Чебоксары: Изд-во Чувашского государственного университета, 2023. С. 120–128. EDN: MXQSWY.
3. Казанцев Ю.Н., Крафтмахер Г.А., Мальцев В.П., Солосин В.С. Экранирование электромагнитного излучения искусственным магнитным проводником на основе анизотропного композиционного материала из емкостных решеток // Радиотехника и электроника. 2022. № 8. С. 736–744. https://doi.org/ 10.31857/S0033849422080071. EDN: OZOQSN.
4. Дубровская О.А., Рыклин Д.Б., Саванович С.Э., З айцев В.В. Оценка эффективности использования двухслойных тканей для экранирования электромагнитного излучения // Вестник Витебского государственного технологического университета. 2023. № 3(46). С. 18–27. https://doi.org/ 10.24412/2079-7958-2023-3-18-27. EDN: LSTXIE.
5. Ерофеенко В.Т., Кравченко В.Ф. Краевая задача экранирования атомарных импульсных электромагнитных полей с осевой симметрией сферической оболочкой из магнитодиэлектрического материала // Физические основы приборостроения. 2022. № 4(46). С. 6–23. https://doi.org/ 10.25210/jfop-2204-BP. EDN: FVSIQG.
6. Громыко Г.Ф., Ерофеенко В.Т., Заяц Г.М. Задача экранирования импульсных электромагнитных полей намагниченными экранами из пермаллоя // Физические основы приборостроения. 2023. № 3(49). С. 52–63. https://doi.org/ 10.25210/jfop-2303-IIKSSA. EDN: IIKSSA.
7. Шульга Р.Н. Электромагнитные поля и их экранирование // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2022. № 12. С. 29–40. EDN: RZEZUH.
8. Ерофеенко В.Т., Громыко Г.Ф., Заяц Г.М. Численное моделирование задач экранирования импульсных электромагнитных полей экранами из пермаллоя // Дифференциальные уравнения. 2021. № 12. С. 1682–1697. https://doi.org/10.31857/S0374064121120104. EDN: BADDBA.
9. Буланый Р.И., Легков М.В., Подлесный Е.В. К вопросу об экспериментальных исследованиях ослабления электромагнитных волн строительными // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. № 5. С. 204–208. https://doi.org/10.24412/2071-6168-2024-5-204-205. EDN: EZNNZA.
10. Zakharov V.A., Ivanova S.P., Arkadiev V.V. Modeling and Calculation of Parameters of the Magnetic Field of the Magnetic System of a E-shaped AC Electromagnet of a Modular Contactor // International Russian Automation Conference (RusAutoCon). 2025. P. 399–404.   https://doi.org/10.1109/RusAutoCon65989.2025.11177383.
11. Huang H., Zhao D., Chen Y., Fu Z., Wang S., Cheng X. Design and verification of a new electromagnetic shielding material suitable for QFP packaging // 23rd International Conference on Electronic Packaging Technology (ICEPT). 2022. P. 1–5. https://doi.org/10.1109/ICEPT56209.2022.9873224.
12. Kohmura A., Miyazaki N., Sato M., Futatsumori S., Yonemoto N. Evaluation of Electromagnetic Shielding of Small Shield Bag for Aircraft // IEEE Joint International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Signal & Power Integrity: EMC Japan / Asia-Pacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC Japan/APEMC Okinawa). 2024, P. 33–35. https://doi.org/10.23919/EMCJapan/APEMCOkinaw58965.2024.10584908.
13. Reitinger P., Gruber M., Müller T., Beltle M., Bonten C. Electromagnetic Shielding Simulation with Injection Molded Carbon Fiber Reinforced Plastics // International Symposium on Electromagnetic Compatibilit (EMC). 2025. P. 905–910. https://doi.org/ 10.1109/EMCEurope61644.2025.11176309.
14. Xu P., Di Y., Yao X., Yang S. Study on Shielding Effectiveness of Metal Shielding Mesh of Cable Joint // 6th Global Electromagnetic Compatibility Conference (GEMCCON). 2020. P. 1–4. https://ieeexplore.ieee.org/10.1109/GEMCCON50979.2020.9456730.
15. Al-Duhni G.S.G., Khasgiwala M., Volakis J.L., Raj P.M. Prefabricated and Assembled Electromagnetic Shields Inside Electronic Packages to Reduce Near-Field Capacitive and Inductive Coupling // IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology. 2024. Vol. 1. No. 6. P. 1015–1024. https://ieeexplore.ieee.org/10.1109/TCPMT.2024.3401617.
16. Zhang S. Electromagnetic Compatibility Analysis and Optimization of Electronic Device based on Metamaterials // IEEE 9th Joint International Information Technology and Artificial Intelligence Conference (ITAIC). 2020. P. 2336–2340. https://ieeexplore.ieee.org/10.1109/ITAIC49862.2020.9338886.

Файлы:

• article_07_0.pdf (скачать | просмотреть) - скачано 2 раза