Регистрация / Вход
Прислать материал

14.625.21.0018

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.625.21.0018
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"
Название доклада
Совершенствование способов получения новых магнитных экранов на основе лент аморфных и нанокристаллических магнитомягких сплавов на основе Fe и Co с конкурентоспособными магнитными свойствами для изготовления экранирующих конструкций, эффективно защищающих от постоянных и переменных магнитных полей
Докладчик
Кузнецов Павел Алексеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
1. Создание и апробация единой расчетной конечно-элементной модели источников постоянных и переменных магнитных полей и экранирующих конструкций.
2. Создание модульных магнитных экранов с коэффициентом экранирования не менее 100 и экранирующих конструкций на основе модульных магнитных экранов на основе Fe и Co с коэффициентом экранирования магнитного поля промышленной частоты не менее 10, для обеспечения безопасного уровня постоянных и переменных магнитных полей промышленной частоты.
Актуальность и новизна исследования
На сегодняшний день на российском рынке практически отсутствуют какие-либо универсальные решения, предназначенные для борьбы с магнитными полями промышленной частоты. НПО "ТЕХНОСЕРВИС- ЭЛЕКТРО" является единственным разработчиком принципиально нового вида продукции - модульных магнитных экранов. В ходе выполнения проекта предполагается произвести улучшение потребительских свойств данной продукции и создать технологии изготовления на их основе экранирующих конструкций под любые конкретные задачи потенциального заказчика.
Также к новизне предлагаемого проекта относится использование метода конечных элементов при создании методической базы проекта. Применяемые в настоящее время аналитические методы позволяют проводить расчет только в линейном приближении. Однако ферромагнитные экранирующие материалы обладают существенно нелинейными магнитными свойствами. Единственным известным методом расчета для таких задач является метод конечных элементов.

С помощью разрабатываемых материалов планируется предотвращение электромагнитных загрязнений от кабельных линий электропередач, электротранспорта, трансформаторных подстанций, внутридомового силового электрооборудования. Результаты проекта могут использоваться при проведении мероприятий по ликвидации загрязнений магнитными полями промышленной частоты на существующих электротехнических объектах, выдача рекомендаций по предотвращению электромагнитных загрязнений на строящихся и проектирующихся объектах.
По результатам выполнения данного проекта будет создан новый вид продукции с улучшенными потребительскими свойствами, готовый к применению на объектах потенциального потребителя.
Описание исследования

На современном этапе развития техники внимание специалистов все чаще обращается к проблеме усиливающейся загрязненности окружающего пространства электромагнитными полями искусственного происхождения. Частотный диапазон электромагнитных полей искусственного происхождения чрезвычайно широк. Особое место в данном диапазоне занимают электромагнитные поля промышленной частоты (50 Гц). На такой низкой частоте можно раздельно говорить про электрическую и магнитную составляющую электромагнитного поля, так как их взаимное влияние не очень сильно. Причем основную проблему для населения представляет магнитная составляющая, так как электрическая составляющая обычно не превышает ПДУ и легко экранируется классическими электромагнитными экранами. Источниками магнитной составляющей электромагнитного поля являются элементы электрических цепей, испытывающие существенную токовую нагрузку. Наиболее распространенные источники магнитных полей промышленной частоты (МППЧ): воздушные и кабельные линии электропередач, электротранспорт, встроенные трансформаторные подстанции, внутридомовое силовое электрооборудование. Данные источники, находясь в непосредственной близости от мест постоянного пребывания людей, создают магнитные поля, существенно превышающие установленные ПДУ. Для эффективной защиты населения от негативного влияния повышенного уровня МППЧ необходимо проведение комплекса защитных мероприятий, состоящего из двух основных этапов. На первом этапе происходит выявление источников повышенного уровня магнитного поля, на втором этапе принимаются меры по снижению величины поля до безопасного значения.

Для эффективного выявления источников повышенного уровня МППЧ необходимо как проведение широкомасштабных измерений и мониторинга полей на реальных объектах, так и разработка расчетных методов прогнозирования величины магнитного поля от различных источников. Для данной цели хорошо подходит метод конечных элементов - современный универсальный метод расчета магнитного поля, не зависящий от вида источника.

Наиболее простым способом обеспечения безопасного уровня МППЧ для населения является расположение источников сильного магнитного поля на достаточном расстоянии от мест постоянного нахождения людей. Однако учитывая большое количество и разнообразие источников поля, такой способ не всегда является возможным. В этом случае величину МППЧ можно уменьшить до необходимого уровня, применяя метод статического экранирования ферромагнитными материалами с высокой магнитной проницаемостью. Данный метод заключается в изменении конфигурации магнитного поля от локального источника при взаимодействии с ферромагнитным экраном специальной формы. Эффективность экранирования зависит от формы экрана, его геометрических размеров, толщины и магнитной проницаемости материала. Наиболее эффективное экранирование происходит в случае использования замкнутых видов экрана, в которых силовые линии магнитного поля полностью замыкаются внутри экрана с высокой проницаемостью. В разомкнутых или открытых видах экрана силовые линии частично замыкаются по воздуху, что значительно снижает эффективность такого экрана. Тем не менее, открытые экраны иногда применяются для достижения небольших коэффициентов экранирования.\Для создания эффективных экранов МППЧ необходимо применять магнитомягкие материалы, обладающие высокой магнитной проницаемостью. Такими материалами являются электротехнические стали, пермаллой и его аналоги, аморфные сплавы на основе кобальта и нанокристаллические сплавы на основе железа. Помимо высокой проницаемости необходимо обеспечить достаточную эксплуатационную устойчивость экрана, временную и климатическую стабильность его характеристик. Учитывая большое разнообразие видов источников повышенного МППЧ, целесообразным представляется создание некоторых типовых элементов экрана, применимых в разных условиях монтажа и эксплуатации.

Также при разработке экранирующих конструкций возникает потребность в проведении предварительных расчетов для определения необходимой толщины и других геометрических параметров экрана. Такие расчеты должны проводиться с учетом реальных, сильно нелинейных В-Н характеристик магнитомягких сплавов. Наиболее эффективным методом решения нелинейных магнитных задач является метод конечных элементов.

 

Результаты исследования

В 2014 году создана эскизная конструкторская документация на модульные магнитные экраны. В 2015 году разработаны методика прогнозирования загрязнения окружающей среды основными группами источников постоянных и переменных магнитных полей промышленной частоты, методика расчета эффективности ферромагнитного экранирования основных групп источников постоянных и переменных магнитных полей промышленной частоты, методика контроля эффективности модульных магнитных экранов на основе лент аморфных и нанокристаллических магнитомягких сплавов на основе Fe и Co. Также разработаны лабораторно-технологические регламенты термической обработки аморфных и нанокристаллических магнитомягких сплавов на основе кобальта и на основе железа, позволяющие получить хорошие магнитные свойства материалов, используемых при создании модульных экранов. Разработана лабораторно-технологическая инструкция на изготовление экспериментальных образцов модульных магнитных экранов на основе лент аморфных и нанокристаллических магнитомягких сплавов на основе Fe и Co, по которой, согласно эскизной конструкторской документации, созданы экспериментальные образцы модульных магнитных экранов на основе лент аморфных и нанокристаллических магнитомягких сплавов на основе Fe и Co. В первом полугодии 2016 г. созданы расчетные модели экранирующих конструкций на основе модульных магнитных экранов и проведена их апробация и проверка на реальных экспериментальных данных, полученных на испытательной станции НИИ передачи энергии постоянным током высокого напряжения (Санкт-Петербург). Также разработана лабораторно-технологическая инструкция на изготовление экспериментальных образцов экранирующих конструкций на основе модульных магнитных экранов на основе Fe и Co. Индустриальным партнером проекта разработана технология сборки модульных магнитных экранов на различных объектах, созданы экспериментальные образцы экранирующих конструкций на основе модульных магнитных экранов, проведены их испытания. На данном этапе работ впервые изготовлены сборно-разборные экранирующие конструкции на основе отдельных модулей с совместным использованием сплавов пермаллоевого класса и аморфных и нанокристаллических магнитомягких сплавов. Экспериментальным путем подобрана конструкция, позволяющая экранировать постоянные и переменные магнитные поля промышленной частоты с коэффициентами экранирования 22 и 17, соответственно, что значительно выше предъявленных в техническом задании требований, по которым коэффициент экранирования постоянных и переменных полей должен составлять не менее 10. Также впервые было проведено исследование влияния полимерного покрытия, используемого для изготовления гибких слоев экрана, на магнитные свойства и распределение намагниченности аморфных лент, что позволило улучшить качество используемых слоев с аморфными сплавами посредством специальных режимов термообработки и нанесения покрытия и получить высокий общий коэффициент экранирования конструкции, отвечающий требованиям Проекта.

Практическая значимость исследования
Анализ рынка показал конкретную заинтересованность в системах магнитной защиты предприятий Министерства обороны, Министерства здравоохранения и социального развития, Министерства по чрезвычайным ситуациям, предприятий транспортной отрасли и энергетики, предприятий, связанных с решением проблем промышленной экологии, предприятий ЖКХ.
Возможные потребители ожидаемых результатов:
-Предприятия электроэнергетической сферы (ФСК, Ленэнерго, Мосэнерго и др.)
-Организации жилищно-комунального хозяйства (ЖЭУ, ДЕЗ, ЖСК, ТСЖ и др.)
-Электротранспортные предприятия (Горэлектротранс, Мосгортранс, и пр.)
-Бизнес-центры, торгово-развлекательные комплексы

ЗАО НПО «ТЕХНОСЕРВИС-ЭЛЕКТРО», индустриальный партнер проекта, на сегодняшний день располагает значительным опытом проведения работ по обеспечению электромагнитной безопасности как производственного персонала, так и населения. Методическая база, приборный парк, квалификация персонала и производственные возможности позволяют компании выполнять все виды работ, связанные с проведением измерений, расчетов, подготовкой проектных решений, изготовлением экрана и его монтажом. Ряд оригинальных разработок, проведенных специалистами НПО «ТЕХНОСЕРВИС- ЭЛЕКТРО» по тематике ферромагнитного экранирования, позволили значительно повысить эффективность и технологичность таких экранов.

Практическое внедрение осуществляет индустриальный партнер АО «НПО «ТЕХНОСЕРВИС-ЭЛЕКТРО».