Layar elektromagnetik banyak digunakan di industri. Mereka berfungsi untuk menghilangkan efek berbahaya dari beberapa elemen perangkat listrik pada orang lain, untuk melindungi personel dan peralatan dari efek medan eksternal yang terjadi selama pengoperasian perangkat lain. "Pendinginan" medan magnet eksternal diperlukan dalam pembuatan laboratorium yang dimaksudkan untuk penyesuaian dan pengujian peralatan yang sangat sensitif. Ini juga diperlukan dalam kedokteran dan bidang sains di mana pengukuran medan dengan induksi ultra-rendah dilakukan; untuk melindungi informasi selama transmisinya melalui kabel.
Metode
Pelindung medan magnet adalah seperangkat cara untuk mengurangi kekuatan medan konstan atau bolak-balik di area ruang tertentu. Medan magnet, tidak seperti medan listrik, tidak dapat dilemahkan sepenuhnya.
Dalam industri, medan liar dari trafo, magnet permanen, instalasi dan sirkuit arus tinggi memiliki dampak lingkungan terbesar. Mereka benar-benar dapat mengganggu operasi normal peralatan tetangga.
Paling sering digunakan 2metode perlindungan:
- Penggunaan layar yang terbuat dari bahan superkonduktor atau feromagnetik. Ini efektif dengan adanya medan magnet frekuensi rendah atau konstan.
- Metode kompensasi (redaman arus eddy). Arus eddy adalah arus listrik massal yang terjadi dalam konduktor ketika fluks magnet berubah. Metode ini menunjukkan hasil terbaik untuk bidang frekuensi tinggi.
Prinsip
Prinsip melindungi medan magnet didasarkan pada pola perambatan medan magnet di ruang angkasa. Dengan demikian, untuk masing-masing metode yang tercantum di atas, adalah sebagai berikut:
- Jika Anda menempatkan induktor di dalam selubung yang terbuat dari feromagnet, maka garis induksi medan magnet luar akan melewati dinding layar pelindung, karena memiliki hambatan magnetis yang lebih kecil dibandingkan dengan ruang di dalamnya. Garis-garis gaya yang diinduksi oleh kumparan itu sendiri juga hampir seluruhnya akan tertutup pada dinding selubung. Untuk perlindungan terbaik dalam hal ini, perlu untuk memilih bahan feromagnetik yang memiliki permeabilitas magnetik tinggi. Dalam praktiknya, paduan besi paling sering digunakan. Untuk meningkatkan keandalan layar, itu dibuat berdinding tebal atau dibuat dari beberapa casing. Kerugian dari desain ini adalah bobotnya yang berat, bulkiness dan kerusakan pelindung dengan adanya jahitan dan potongan di dinding casing.
- Dalam metode kedua, melemahnya medan magnet luarterjadi sebagai akibat dari pembebanan medan lain di atasnya, yang diinduksi oleh arus eddy cincin. Arahnya berlawanan dengan garis induksi medan pertama. Saat frekuensi meningkat, atenuasi akan lebih terasa. Dalam hal ini, pelat dalam bentuk cincin konduktor dengan resistivitas rendah digunakan untuk pelindung. Kotak berbentuk silinder yang terbuat dari tembaga atau aluminium paling sering digunakan sebagai penutup layar.
Fitur Utama
Ada 3 karakteristik utama untuk menggambarkan proses shielding:
- Kedalaman penetrasi medan magnet yang setara. Jadi mari kita lanjutkan. Angka ini digunakan untuk efek penyaringan arus eddy. Semakin kecil nilainya, semakin tinggi arus yang mengalir di lapisan permukaan selubung pelindung. Dengan demikian, semakin besar medan magnet yang diinduksi olehnya, yang menggantikan yang eksternal. Kedalaman ekivalen ditentukan oleh rumus di bawah ini. Dalam rumus ini, dan r masing-masing adalah resistivitas dan permeabilitas magnetik relatif dari bahan layar (satuan pengukuran nilai pertama adalah Ohm∙m); f adalah frekuensi medan, diukur dalam MHz.
- Efisiensi perisai e - rasio kekuatan medan magnet di ruang terlindung dengan tidak adanya dan adanya perisai. Nilai ini semakin tinggi, semakin besar ketebalan layar dan permeabilitas magnetik materialnya. Permeabilitas magnetik adalah indikator yang mencirikan berapa kali induksi dalam suatu zatberbeda dengan di ruang hampa.
- Pengurangan kekuatan medan magnet dan rapat arus eddy pada kedalaman x dari permukaan selubung pelindung. Indikator dihitung menggunakan rumus di bawah ini. Di sini A0 adalah nilai pada permukaan layar, x0 adalah kedalaman di mana intensitas atau rapat arus berkurang e kali.
Desain layar
Sarung pelindung untuk melindungi medan magnet dapat dibuat dalam berbagai desain:
- sheet dan masif;
- berupa tabung berongga dan selubung dengan bagian silinder atau persegi panjang;
- lapisan tunggal dan multi-lapisan, dengan celah udara.
Karena perhitungan jumlah lapisan agak rumit, nilai ini paling sering dipilih dari buku referensi, menurut kurva efisiensi perisai yang diperoleh secara eksperimental. Potongan dan jahitan dalam kotak hanya boleh dibuat sepanjang garis arus eddy. Jika tidak, efek perisai akan berkurang.
Dalam prakteknya, sulit untuk mendapatkan faktor pelindung yang tinggi, karena selalu perlu membuat lubang untuk masuknya kabel, ventilasi dan pemeliharaan instalasi. Untuk kumparan, casing mulus dibuat menggunakan metode ekstrusi lembaran, dan bagian bawah layar silinder berfungsi sebagai penutup yang dapat dilepas.
Selain itu, ketika elemen struktur bersentuhan, retakan terbentuk karena ketidakrataan permukaan. Untuk menghilangkannya, gunakanklem mekanis atau gasket yang terbuat dari bahan konduktif. Mereka tersedia dalam berbagai ukuran dan dengan sifat yang berbeda.
Arus eddy adalah arus yang lebih sedikit bersirkulasi, tetapi mampu mencegah penetrasi medan magnet melalui layar. Di hadapan sejumlah besar lubang di selubung, penurunan koefisien pelindung terjadi sesuai dengan ketergantungan logaritmik. Nilai terkecilnya diamati dengan lubang teknologi berukuran besar. Oleh karena itu, disarankan untuk merancang beberapa lubang kecil daripada satu lubang besar. Jika perlu menggunakan lubang standar (untuk masuk kabel dan kebutuhan lainnya), maka digunakan pandu gelombang transendental.
Dalam medan magnetostatik yang diciptakan oleh arus listrik searah, tugas layar adalah melangsir garis medan. Elemen pelindung dipasang sedekat mungkin dengan sumbernya. Pembumian tidak diperlukan. Efektivitas pelindung tergantung pada permeabilitas magnetik dan ketebalan bahan pelindung. Sebagai yang terakhir, baja, permalloy, dan paduan magnetik dengan permeabilitas magnetik tinggi digunakan.
Perlindungan rute kabel terutama dilakukan dengan dua metode - menggunakan kabel dengan pasangan terpilin berpelindung atau terlindung dan meletakkan saluran dalam kotak aluminium (atau sisipan).
Layar superkonduktif
Pengoperasian layar magnet superkonduktor didasarkan pada efek Meissner. Fenomena ini terdiri dari fakta bahwa benda dalam medan magnet masuk ke keadaan superkonduktor. Pada saat yang sama, magnetpermeabilitas casing menjadi sama dengan nol, yaitu tidak melewati medan magnet. Itu sepenuhnya dikompensasi dalam volume tubuh yang diberikan.
Keuntungan dari elemen tersebut adalah bahwa mereka jauh lebih efisien, perlindungan dari medan magnet eksternal tidak bergantung pada frekuensi, dan efek kompensasi dapat bertahan lama. Namun, dalam praktiknya, efek Meissner tidak lengkap, karena dalam layar nyata yang terbuat dari bahan superkonduktor selalu ada ketidakhomogenan struktural yang mengarah pada perangkap fluks magnet. Efek ini merupakan masalah serius bagi pembuatan casing untuk melindungi medan magnet. Koefisien atenuasi medan magnet semakin besar, semakin tinggi kemurnian kimia material. Dalam percobaan, kinerja terbaik dicatat untuk timbal.
Kelemahan lain dari bahan pelindung medan magnet superkonduktor adalah:
- biaya tinggi;
- adanya medan magnet sisa;
- penampilan superkonduktivitas hanya pada suhu rendah;
- ketidakmampuan berfungsi di medan magnet tinggi.
Bahan
Paling sering, layar baja karbon digunakan untuk melindungi dari medan magnet, karena sangat mudah beradaptasi untuk pengelasan, penyolderan, murah dan ditandai dengan ketahanan korosi yang baik. Selain itu, bahan-bahan seperti:
- aluminium foil teknis;
- paduan magnet lunak besi, aluminium dan silikon (alsifer);
- tembaga;
- kaca berlapis konduktif;
- seng;
- baja transformator;
- enamel dan pernis konduktif;
- kuningan;
- kain metalisasi.
Secara struktural dapat dibuat dalam bentuk lembaran, jaring dan foil. Bahan lembaran memberikan perlindungan yang lebih baik, dan bahan mesh lebih nyaman untuk dirakit - bahan tersebut dapat digabungkan dengan pengelasan titik dengan peningkatan 10-15 mm. Untuk memastikan ketahanan korosi, kisi-kisi tersebut dipernis.
Rekomendasi pemilihan bahan
Saat memilih bahan untuk layar pelindung, rekomendasi berikut dipandu:
- Di medan yang lemah, paduan dengan permeabilitas magnetik tinggi digunakan. Yang paling berteknologi maju adalah permalloy, yang cocok untuk tekanan dan pemotongan. Kekuatan medan magnet yang diperlukan untuk demagnetisasi lengkapnya, serta resistivitas listrik, terutama bergantung pada persentase nikel. Berdasarkan jumlah elemen ini, permalloy nikel rendah (hingga 50%) dan nikel tinggi (hingga 80%) dibedakan.
- Untuk mengurangi kerugian energi dalam medan magnet bolak-balik, selubung ditempatkan baik dari konduktor yang baik atau dari isolator.
- Untuk frekuensi medan lebih dari 10 MHz, pelapis film perak atau tembaga dengan ketebalan 0,1 mm atau lebih (layar yang terbuat dari getinak berlapis foil dan bahan isolasi lainnya), serta tembaga, aluminium, dan kuningan, memberikan efek yang baik. Untuk melindungi tembaga dari oksidasi, tembaga dilapisi dengan perak.
- Tebalbahan tergantung pada frekuensi f. Semakin rendah f, semakin besar ketebalannya untuk mencapai efek pelindung yang sama. Pada frekuensi tinggi, untuk pembuatan selubung dari bahan apa pun, ketebalan 0,5-1,5 mm sudah cukup.
- Untuk medan dengan f tinggi, feromagnet tidak digunakan, karena memiliki resistansi tinggi dan menyebabkan kehilangan energi yang besar. Bahan yang sangat konduktif selain baja juga tidak boleh digunakan untuk melindungi medan magnet permanen.
- Untuk perlindungan pada rentang f yang luas, bahan multi-lapisan (lembaran baja dengan lapisan logam yang sangat konduktif) adalah solusi optimal.
Aturan pemilihan umum adalah sebagai berikut:
- Frekuensi tinggi adalah bahan yang sangat konduktif.
- Frekuensi rendah adalah material dengan permeabilitas magnetik tinggi. Penyaringan dalam hal ini adalah salah satu tugas yang paling sulit, karena membuat desain layar pelindung lebih berat dan lebih rumit.
Foil tape
Kaset pelindung foil digunakan untuk tujuan berikut:
- Melindungi interferensi elektromagnetik broadband. Paling sering mereka digunakan untuk pintu dan dinding lemari listrik dengan perangkat, serta untuk membentuk layar di sekitar elemen individu (solenoid, relai) dan kabel.
- Penghapusan muatan statis yang terakumulasi pada perangkat yang mengandung semikonduktor dan tabung sinar katoda, serta pada perangkat yang digunakan untuk memasukkan / mengeluarkan informasi darikomputer.
- Sebagai komponen sirkuit arde.
- Untuk mengurangi interaksi elektrostatik antara belitan transformator.
Secara struktural, mereka didasarkan pada bahan perekat konduktif (resin akrilik) dan foil (dengan permukaan bergelombang atau halus) yang terbuat dari jenis logam berikut:
- aluminium;
- tembaga;
- tembaga kaleng (untuk penyolderan dan perlindungan anti-korosi yang lebih baik).
Bahan polimer
Pada perangkat di mana, bersama dengan pelindung medan magnet, perlindungan terhadap kerusakan mekanis dan penyerapan goncangan diperlukan, bahan polimer digunakan. Mereka dibuat dalam bentuk bantalan busa poliuretan yang dilapisi dengan film poliester, berdasarkan perekat akrilik.
Dalam produksi monitor kristal cair, segel akrilik yang terbuat dari kain konduktif digunakan. Di lapisan perekat akrilik adalah matriks konduktif tiga dimensi yang terbuat dari partikel konduktif. Karena elastisitasnya, bahan ini juga efektif menyerap tekanan mekanis.
Metode kompensasi
Prinsip metode perisai kompensasi adalah menciptakan medan magnet buatan yang berlawanan arah dengan medan luar. Ini biasanya dicapai dengan sistem kumparan Helmholtz. Ini terdiri dari 2 kumparan tipis identik yang terletak secara koaksial pada jarak jari-jarinya. Listrik dilewatkan melalui mereka. Medan magnet yang diinduksi oleh kumparan sangat seragam.
Kaleng pelindungjuga diproduksi oleh plasma. Fenomena ini diperhitungkan dalam distribusi medan magnet di ruang angkasa.
Pelindung kabel
Perlindungan medan magnet sangat penting saat memasang kabel. Arus listrik yang diinduksi di dalamnya dapat disebabkan oleh masuknya peralatan rumah tangga di dalam ruangan (AC, lampu neon, telepon), serta lift di tambang. Faktor-faktor ini memiliki pengaruh yang sangat besar pada sistem komunikasi digital yang beroperasi pada protokol dengan pita frekuensi yang lebar. Ini karena perbedaan kecil antara kekuatan sinyal yang berguna dan kebisingan di bagian atas spektrum. Selain itu, energi elektromagnetik yang dipancarkan oleh sistem kabel berdampak buruk pada kesehatan personel yang bekerja di lokasi.
Cross-talk terjadi antara pasangan kabel karena adanya kopling kapasitif dan induktif di antara mereka. Energi elektromagnetik kabel juga dipantulkan karena ketidakhomogenan impedansi gelombangnya dan melemah dalam bentuk kehilangan panas. Akibat redaman, daya sinyal di ujung saluran panjang turun ratusan kali.
Saat ini, 3 metode rute kabel pelindung dipraktikkan di industri kelistrikan:
- Penggunaan kotak semua logam (baja atau aluminium) atau pemasangan sisipan logam dalam plastik. Ketika frekuensi medan meningkat, kemampuan penyaringan aluminium menurun. Kerugiannya adalah juga tingginya biaya kotak. Untuk kabel panjang berjalan adamasalah memastikan kontak listrik masing-masing elemen dan pembumiannya untuk memastikan potensi nol kotak.
- Gunakan kabel berpelindung. Metode ini memberikan perlindungan maksimal karena selubung mengelilingi kabel itu sendiri.
- Deposisi vakum logam pada saluran PVC. Metode ini tidak efektif pada frekuensi hingga 200 MHz. “Pendinginan” medan magnet sepuluh kali lebih sedikit dibandingkan dengan meletakkan kabel di kotak logam karena resistivitasnya yang tinggi.
Jenis kabel
Ada 2 jenis kabel berpelindung:
- Dengan layar umum. Itu terletak di sekitar konduktor terdampar yang tidak terlindungi. Kerugian dari kabel tersebut adalah bahwa ada crosstalk yang besar (5-10 kali lebih banyak dari pasangan terlindung), terutama antara pasangan dengan pitch twist yang sama.
- Kabel dengan twisted pair berpelindung. Semua pasangan dilindungi secara individual. Karena biayanya yang lebih tinggi, mereka paling sering digunakan dalam jaringan dengan persyaratan keamanan yang ketat dan di ruangan dengan lingkungan elektromagnetik yang sulit. Penggunaan kabel semacam itu dalam peletakan paralel memungkinkan untuk mengurangi jarak di antara mereka. Ini mengurangi biaya dibandingkan dengan perutean terpisah.
Kabel terlindung pasangan terpilin adalah sepasang konduktor berinsulasi (jumlahnya biasanya dari 2 hingga 8). Desain ini mengurangi crosstalk.antar konduktor. Pasangan tanpa pelindung tidak memiliki persyaratan pentanahan, mereka memiliki lebih banyak fleksibilitas, dimensi melintang yang lebih kecil, dan kemudahan pemasangan. Pasangan berpelindung memberikan perlindungan terhadap interferensi elektromagnetik dan transmisi data berkualitas tinggi melalui jaringan.
Sistem informasi juga menggunakan pelindung dua lapis, yang terdiri dari perlindungan pasangan bengkok dalam bentuk pita atau foil plastik logam, dan jalinan logam biasa. Untuk perlindungan yang efektif terhadap medan magnet, sistem kabel tersebut harus diarde dengan benar.
