Om elektriska fält,
av Torbjörn Karlsson, EmiconSammanfattning av innehållet
• Elektriska fält alstras av elektriska laddningar på i första hand spänningsförande ledningar och jordade föremål. Hög spänning ger höga fältstyrkor. Jordning av ett föremål ökar i allmänhet fältstyrkan omkring föremålet.
• En enkel metallskärm ger effektiv reduktion av fältstyrkan. Skärmens funktion kan förstöras av en enda spänningsförande ledare.
• Mätning av elektriskt fält är svårt. Val av mätmetod och mätinstrument kan påverka mätningen.
• Skärmning av elektriska installationer kan lätt bli overksam genom att oskärmade apparater eller oskärmade kablar ansluts.
• Fältets naturliga avståndsberoende ger möjligheter till att skydda en särskild zon genom att systematiskt förlägga all installation på ett specificerat avstånd från zonen. På detta sätt minskar både elektriska och magnetiska fältet.
Allmänt om elektriska fält
Elektriska fält bildas av elektriska laddningar som finns överallt omkring oss. Både ledare och isolatorer kan bli laddade av statisk elektricitet och av spänningssatta föremål i närheten. Det fält som bildas av en vanlig elinstallation för 50 Hz liknar väldigt mycket ett statiskt elektriskt fält eftersom variationen av fältet är relativt långsam. Det räcker i allmänhet att betrakta fallet när spänningen är som störst. Man kan föreställa sig vad som händer om man tänker på hur 50 Hz spänningen varierar. Vid ett spänningsmaximum finns positiva laddningar på ledaren. Elektriska fältstyrkelinjer går från ledaren till något jordat föremål, antingen direkt eller via något isolerat föremål. En kvarts period (0,005 s) efter maximum är spänningen noll och fältstyrkan av försumbar storlek. Efter ytterligare en kvarts period har fältstyrkan återigen fått maximalt värde men vänt riktning. Fältlinjerna går nu från jordade föremål till ledaren.
På en spänningssatt ledare finns laddningar som attraherar laddningar av motsatt polaritet på näraliggande ledande föremål. Om ett sådant föremål är isolerat blir påverkan endast en omfördelning av de laddningar som redan finns på föremålet. Om å andra sidan föremålet är jordat kommer laddningar att strömma till via jordledaren.
Mer laddning innebär högre fältstyrka vilket innebär att de högsta fältstyrkevärdena i ett normalt rum brukar finnas omkring spänningsförande ledare och jordade föremål.
Om man vill minska det elektriska fältet i ett utrymme kan man skärma utrymmet med nät eller folie av metall. En sådan skärm (Faradays bur) är mycket effektiv och behöver inte vara alldeles tät. Det är med andra ord lätt att skärma av elektriska fält. Det är viktigt att inga spänningsförande ledare finns exponerade i utrymmet. En enda spänningssatt ledare kan medföra att elektriska fältstyrkan blir högre i det skärmade utrymmet än vad den skulle ha varit utan skärm.
Om mätning av elektriska fält
Att mäta elektriska fält är svårt. Det sammanhänger med att det är lätt att skärma av elektriska fält. En människokropp är en bra ledare vid 50 Hz. Om man eftersträvar en objektiv mätning får inte laddningar som omfördelas på den mätandes kropp påverka resultatet.
Om man ska mäta effekten av jordning i en elinstallation måste omgivande miljö tas med i resultatanalysen. En jordad installation kan fungera som en Faradays bur och minska elektriska fältstyrkan förutsatt att alla andra spänningsförande ledare finns på stort avstånd. Jordningen kan medföra en ökning av elektriska fältstyrkan när spänningsförande ledare finns i närheten.
Mätinstrumentet får inte påverka mätningen. Påverkan beror på instrumentets storlek i förhållande till avståndet från den laddningsbärande ledare som alstrar fältstyrkan. Avståndet bör vara flera gånger större än instrumentets storlek. Somliga instrument är konstruerade så att den som mäter håller handen väldigt nära instrumentet. Risken är då stor att mätresultatet blir påverkat av den mätandes egen kropp.
Om skärmning av elektriska installationer
För att minska elektriska fältstykan i kontor och bostadsrum används skärmade kablar och ibland särskilda kabelkanaler av metall. För att detta ska få avsedd effekt måste allt kablage och alla apparater vara skärmade i hela kontoret eller rummet. Alla lösa apparat- och lampsladdar måste alltså vara skärmade. En enda oskärmad ledning kan förstöra hela skärmningsfunktionen.
Ett annat sätt att minska fältstyrkan är att utnyttja det naturliga avståndsberoendet hos elektriska fältet från en ledare. Installationerna kan göras på tillräckligt stort avstånd från en skyddad zon med definierad högsta tillåtna elmiljönivå. Fördelen med denna metod är att den är verksam även för magnetfältet, som av många betraktas som en värre miljöfara än det elektriska fältet.
Att göra särskilda ansträngningar för att skärma av små öppningar såsom eluttag i en skärmad installation måste vägas mot risken att andra spänningsförande ledare exponeras och med hänsyn taget till det mycket starka avståndsberoende som fältet har framför öppningen.