Вплив електромагнітних полів

ЗАХИСТ ВІД електромагнітних полів

Джерела електромагнітних полів радіочастот та їх характеристика

Джерелами електромагнітних полів (ЕМП) є: атмосферний електрику, радіовипромінювання, електричні та магнітні поля Землі, штучні джерела (установки ТВЧ, радіомовлення і телебачення, радіолокації, радіонавігації та ін.) Джерелами випромінювання електромагнітної енергії є потужні телевізійні і радіомовні станції, промислове устаткування високочастотного нагріву, а також багато вимірювальні, лабораторні прилади. Джерелами випромінювання можуть бути будь-які елементи, включені в високочастотну ланцюг.

Токи високої частоти застосовують для плавлення металів, термічної обробки металів, діелектриків та напівпровідників і для багатьох інших цілей. Для наукових досліджень в медицині застосовують струми ультрависокої частоти, в радіотехніці - струми ультрависокої і надвисокої частоти. Що виникають при використанні струмів високої частоти електромагнітні поля представляють певну професійну шкідливість, тому необхідно приймати заходи захисту від їх впливу на організм.

Токи високої частоти створюють у повітрі випромінювання, що мають таку ж електромагнітну природу, що й інфрачервоне, видиме, рентгенівське й гамма-випромінювання. Різниця між цими видами енергії - в довжині хвилі і частоті коливань, а отже, і в величиною енергії кванта, що становить електромагнітне поле. Електромагнітні хвилі, що виникають при коливанні електричних зарядів (при проходженні змінних струмів), називаються радіохвилями.

Електромагнітне поле характеризується довжиною хвилі l, м або частотою коливання f, Гц:

l = ст == elf, або з == lf, (45)

де с = 3 • 10s м/с - швидкість поширення радіохвиль, яка дорівнює швидкості світла; f - частота коливань, Гц;

Т = 1/f - період коливань.

Інтервал довжин радіохвиль - від міліметрів до десятків кілометрів, що відповідає частотами коливань в діапазоні від 3 • 104 Гц до 3 • 10 "Гц (рис. 17).

Інтенсивність електромагнітного поля в будь-якій точці простору залежить від потужності генаратора і відстані від нього. На характер розподілу поля в приміщенні впливає наявність металевих предметів і конструкцій, які є провідниками, а також діелектриків, що знаходяться в ЕМП.

Джерела електромагнітних полів промислової частоти в електроустановках надвисокої напруги (СВН)

При експлуатації електроенергетичних установок - відкритих розподільних пристроїв (ВРП) і повітряних ЛЕП напругою понад 330 кВ - у просторі навколо струмоведучих частин діючих електроустановок виникає сильне електромагнітне поле, що впливає на здоров'я людей. В електроустановках напругою нижче 330 кВ виникають менш інтенсивні електромагнітні поля, що не роблять негативного впливу на біологічні об'єкти.

Ефект впливу електромагнітного поля на біологічний об'єкт прийнято оцінювати кількістю електромагнітної енергії, що поглинається цим об'єктом при перебуванні його в поле. При малих частотах (в даному випадку 50 Гц) електромагнітне поле можна розглядати що складається з двох полів (електричного і магнітного), практично не пов'язаних між собою. Електричне поле виникає при наявності напруги на струмоведучих частинах електроустановок, а магнітне - при проходженні струму по цих частинах. Тому припустимо розглядати окремо один від одного вплив, що ними на біологічні об'єкти.

Встановлено, що в будь-якій точці поля в електроустановках надвисокої напруги (50 Гц). Поглинена тілом людини енергія магнітного поля приблизно в 50 разів менше поглинутої ним енергії електричного поля (в робочих зонах відкритих розподільних пристроїв та проводів ВЛ-750 кВ напруженість магнітного поля складає 20 -25 А/м при небезпеки шкідливого впливу 150-200 А/м).

На підставі цього був зроблений висновок, що негативна дія електромагнітних полів електроустановок надвисокої напруги (50 Гц) обумовлена електричним полем, тобто нормується напруженість Е, кв/м.

У різних точках простору поблизу електроустановок напруженість електричного поля має різні значення і залежить від ряду чинників: номінальної напруги, відстані (по висоті і горизонталі) розглянутої точки від струмоведучих частин та ін

Вплив електромагнітних полів на організм людини

Промислова Електротермія, в якій застосовуються струми радіочастот для електротермічної обробки матеріалів та виробів (зварювання, плавка, кування, гарт, паяння металів; сушка, спікання і склеювання неметалів), широке впровадження радіоелектроніки у народне господарство дозволяють значно поліпшити умови праці, знизити трудомісткість робіт, добитися високої економічності процесів виробництва. Однак електромагнітниеізлученія радіочастотних установок, впливаючи на організм людини в дозах, що перевищують допустимі, можуть з'явитися причиною професійних захворювань. У результаті можливі зміни нервової, серцево-судинної, ендокринної Я інших систем організму людини.

Дія електромагнітних полів на організм людини проявляється у функціональному розладі центральної нервової системи; суб'єктивні відчуття при цьому - підвищена стомлюваність, головні болі і т. п. Первинним проявом дії електромагнітної енергії є нагрів, який може призвести до змін і навіть до пошкоджень тканин і органів. Механізм поглинання енергії досить складний. Можливі також перегрів організму, зміна частоти пульсу, судинних реакцій. Поля надвисоких частот можуть впливати на очі, що приводить до виникнення катаракти (помутніння кришталика). Багаторазові повторні опромінення малої інтенсивності можуть призводити до стійких функціональних розладів центральної нервової системи. Ступінь біологічного впливу електромагнітних полів на організм людини залежить від частоти коливань, напруженості та інтенсивності поля, тривалості його впливу. Біологічне вплив полів різних діапазонів неоднаково. Зміни, що виникають в організмі під впливом електромагнітних полів, частіше за все оборотні.

У результаті тривалого перебування в зоні дії електромагнітних полів наступають передчасна стомлюваність, сонливість або порушення сну, з'являються часті головні болі, "" наступає розлад нервової системи та ін При систематичному опроміненні спостерігаються стійкі нервово-психічні захворювання, зміна кров'яного тиску, уповільнення пульсу, трофічні явища (випадання волосся, ламкість нігтів і т. п.).

Аналогічне вплив на організм людини надає електромагнітне поле промислової частоти в електроустановках надвисокої напруги. Інтенсивні електромагнітні поля викликають у працюючих порушення функціонального стану центральної нервової системи, серцево-судинної системи і периферичної крові. При цьому спостерігаються підвищена

стомлюваність, млявість, зниження точності робочих рухів, зміна кров'яного тиску і пульсу, виникнення болю в серці (зазвичай супроводжується аритмією), голів ные болю.

Передбачається, що порушення регуляції фізіологічних функцій організму обумовлено впливом поля на різні відділи нервової системи. При цьому підвищення збудливості центральної нервової системи відбувається за рахунок рефлекторного дії поля, а гальмівний ефект - за рахунок прямого впливу поля на структури головного і спинного мозку. Вважається, що кора головного мозку, а також проміжний мозр особливо чутливе до впливу поля.

Поряд з біологічною дією електричне поле обумовлює виникнення розрядів між людиною і металевим предметом, що мають інший, ніж людина, потенціал. Якщо людина стоїть безпосередньо на землі або на струмопровідних заземленому підставі, то потенціал його тіла практично дорівнює нулю, а якщо він ізольований від землі, то тіло виявляється під деяким потенціалом, що досягає іноді декількох кіловольт.

Очевидно, що дотик людини, ізольованого від землі, до заземленого металевого предмета, так само як і дотик людини, що має контакт з землею, до металевого предмету, ізольованого від землі, супроводжується проходженням через людину в землю розрядного струму, який може викликати хворобливі відчуття, особливо в перший момент. Часто дотик супроводжується іскровим розрядом. У разі дотику до ізольованого від землі металевого предмета великої протяжності (трубопровід, дротяна огорожа на дерев'яних стійках і т. п. або великого розміру металевий дах дерев'яної будівлі тощо) сила струму, що проходить через людину, може досягати значень, небезпечних для життя.

Нормування електромагнітних полів

Дослідженнями встановлено, що біологічна дія одного і того ж за частотою електромагнітного по-ля залежить від напруженості його складових (електричної і магнітної) або щільності потоку потужності для діапазону більше 300 МГц. Це є критерієм для

визначення біологічної активності електромагнітних випромінювань. Для цього електромагнітні випромінювання з частотою до 300 МГц розбиті на діапазони, для яких встановлені гранично допустимі рівні напруженості електричної, В/м, і магнітної, А/м, складових поля. Для населення ще враховують їх місцезнаходження в зоні забудови або житлових приміщень.

Згідно з ГОСТ 12.1.006-84, нормованими параметрами в діапазоні частот 60 кГц - 300 МГц є напруженості Е і Н електромагнітного поля. На робочих місцях і в місцях можливого перебування персоналу, професійно пов'язаного з впливом електромагнітного поля, гранично допустима напруженість цього поля протягом усього робочого дня не повинна перевищувати нормативних значень.

де s - щільність потоку потужності випромінювання електромагнітної енергії "Вт/м2; 5еф - ефективна поглинаюча поверхню тіла людини, м2.

У табл. 3 наведені гранично допустимі щільності потоку енергії електромагнітних полів (ЕМП) в діа-Назон частот 300 МГц-300000 ГГц і час перебування на робочих місцях і в місцях можливого перебування персоналу, професійно пов'язаного з воздействіемЕМП.

Таблиця 3. Норми опромінення УВЧ та НВЧ

Щільність потоку потужності енергії а, Вт/м Допустимий час перебування в зоні дії ЕМП До 0,1 Робочий день 0,1-1 Не більше 2 год 1-10 Не більше 10 хв

Примітка

В інший робочий час щільність потоку енергії не повинна перевищувати 0,1 Вт/м 2 За умови користування захисними окулярами. В інший робочий час щільність потоку енергій не повинна перевищувати 0,1 Вт/м 2

У табл. 4 приведено допустимий час перебування людини в електричному полі промислової частоти надвисокої напруги (400 кВ і вище).

Таблиця 4. Гранично допустимий час c напругою 400 кВ і вище

Електрична напруженість Е, кв/м Допустимий час перебування, хв <5 Віз обмежень (робочий день) <180 <90 <10 <5 5-10 10-15 Віз обмежень (робочий день) <180 <90 <10 <5 15-20 20-25 Віз обмежень (робочий день) <180 <90 <10 <5

Примітка

Інший час робочого дня людина перебуває в місцях, де напруженість електричного поля менше або дорівнює 5 кВ/м

Обмеження часу перебування людини в електромагнітне поле являє собою так звану "захист часом".

Якщо напруженість поля на робочому місці перевищує 25 кВ/м або якщо потрібна велика тривалість перебування людини в полі, ніж зазначено в табл. 4, роботи повинні проводитися '^ застосуванням захисних засобів - екранують пристроїв або екранують костюмів.

Простір, в якому напруженість електричного поля дорівнює 5 кВ/м і більше, прийнято називати небезпечною зоною або зоною впливу. Наближенні можна вважати, що ця зона лежить в межах кола з центром в точці розташування найближчої струмовідних частин, що знаходиться під напругою, і радіусом R == 20 м для електроустановок 400-500 кВ і R = 30 м для електроустановок 750 кВ (ріо. 18 ). На перетинах ліній електропередачі надвисокої (400-750 кВ) і ультрависокої (1150 кВ) напруги з залізними і автомобільними дорогами встановлюються спеціальні знаки безпеки, що обмежують зони впливу цих повітряних ліній.

Рис. 18. Радіуси небезпечних зон (зон впливу):

а-джерело впливу-відкритий розподільчий пристрій або проводу повітряної лінії електропередачі; б - джерело впливу - струмоведучі частини апаратів

Допустиме значення струму, які тривалий час проходить через людину і зумовлених впливом електричного поля електроустановок надвисокої напруги, становить приблизно 50-60 мкА, що відповідає напруженості електричного поля на висоті росту людини приблизно 5 кВ/м. Якщо при електричних розрядах, що виникають у момент дотику людини до металевої конструкції, що має інший, ніж людина, потенціал, сталий струм не перевищує 50 - 60 мкА, то людина, як правило, не відчуває больових відчуттів. Тому це значення струму прийнято в якості нормативного (допустимого).

Вимірювання інтенсивності електромагнітних полів

Для визначення інтенсивності електромагнітних полів, що впливають на обслуговуючий персонал, заміри проводять у зоні знаходження персоналу по висоті від рівня підлоги (землі) до 2 м через 0,5 м. Для визначення характеру поширення та інтенсивності полів в цеху, на дільниці, в кабіні, приміщенні (лабораторії та ін) повинні бути проведені вимірювання у точках перетину координатної сітки зі стороною в 1 м. Вимірювання проводять (при максимальній потужності установки) періодично, не рідше одного разу на рік, а також при прийнятті в експлуатацію нових установок, зміни в конструкції і схемі установки, проведення ремонтів і т. д.

Дослідження електромагнітних полів на робочих ме-? стах повинні проводитися відповідно до вимог ГОСТ 12.1.002-84, ГОСТ 12.1.006-84 за методикою, затвердженою Міністерством охорони здоров'я СРСР.

Для вимірювання інтенсивності електромагнітних полів радіочастот використовується прилад ІЕМП-1. Цим приладом можна виміряти напруженості електричного і магнітного полів поблизу випромінювальних установок в діапазоні частот 100 кГц-300 МГц для електричного поля і в діапазоні частот 100 кГц - 1,5 МГц - для магнітного поля. За допомогою цього приладу можна встановити зону, в межах якої напруженість поля вище допустимої.

Щільність потоку потужності в діапазоні УВЧ-СВЧ вимірюють приладом ПО-1, за допомогою якого можна визначити середній за часом значення о, Вт/м 2.

Вимірювання напруженості електричного поля в електроустановках надвисокої напруги виробляють приладами типу ПЗ-1, ПЗ-1 м та ін

Вимірювач напруженості електричного поля-працює таким чином. У антени приладу електричне поле створює е.. д. с>, яка посилюється з допомогою транзисторного підсилювача, випрямляється напівпровідниковими діодами і вимірюється стрілочних мікро-амперметром. 'Антена являє собою симетричний диполь, виконаний у вигляді двох металевих пластин, розміщених одна над іншою. Оскільки наведена в симетричному диполя е.. р. с. пропорційна напруженості електричного поля, шкала м алліамперметра отградуірована в кіловольт на метр (кВ/м).

Вимірювання напруженості повинно проводитися у всій зоні, де може знаходитися людина в процесі виконання роботи. Найбільше виміряне значення напруженості є визначальним. При розміщенні робочого місця на землі найбільша напруженість зазвичай буває на висоті росту людини. Тому виміри рекомендується робити на висоті 1,8 м від рівня землі.

Напруженість електричного поля, кв/м, для будь-якої точки можна визначити з виразу

де t - лінійна щільність заряду дроти, Кл/м; e0 = 8,85 • 1012 - електрична постійна, Ф/м; т - найкоротша відстань від проводу до точки, в якій визначається напруженість, м.

Це вираз передбачає визначення напруженості електричного по?? я відокремленого нескінченно довгого прямолінійного провідника, зарядженого рівномірно по довжині. Вводячи відповідні поправки, можна з достатньою точністю визначити рівні напруженості електричного поля в заданих точках лінії та підстанції надвисокої напруги в реальних умовах.

Методи захисту від електромагнітних полів

Основні заходи захисту від впливу електромагнітних випромінювань:

зменшення випромінювання безпосередньо у джерела (досягається збільшенням відстані між джерелом спрямованої дії і робочим місцем, зменшенням потужності випромінювання генератора); раціональне розміщення НВЧ і УВЧ установок (діючі установки потужністю більше 10 Вт слід розміщувати в приміщеннях з капітальними стінами та перекриттями, покритими радіопоглинаючі матеріалами -- цеглою, шлакобетон, а також матеріалами, що володіють здатністю, що відображає - олійними фарбами тощо); дистанційний контроль і управління передавачами в екранованому приміщенні (для візуального спостереження за передавачами обладнуються оглядові вікна, захищені металевою сіткою); екранування джерел випромінювання і робочих місць ( застосування відображають заземлених екранів у вигляді листа або сітки з металу, що має високу електропровідність - алюмінію, міді, латуні, сталі); організаційні заходи (проведення дозиметричного контролю інтенсивності електромагнітних випромінювань - не рідше одного разу на 6 місяців; медогляд - не рідше одного разу на рік; додаткову відпустку, скорочений робочий день, допуск осіб не молодше 18 років і не мають захворювань центральної нервової системи, серця, очей);

застосування засобів індивідуального захисту (спецодяг, захисні окуляри та ін.)

У індукційних плавильних печей і нагрівальних індукторів (високі частоти) допускається напруженість поля до 20 В/м. Межа для магнітної складової напруженості поля повинен бути 5 А/м. Напруженість ультрависокочастотних електромагнітних полів (середні і довгі хвилі) на робочих місцях не повинна перевищувати 5 В/м.

Кожна промислова установка забезпечується технічним паспортом, в якому зазначені електрична схема, захисні пристосування, місце застосування, діапазон хвиль, допустима потужність і т. д. По кожній установці ведуть експлуатаційний журнал, в якому фіксують стан установки, режим роботи, виправлення, заміну деталей, зміни напруженості поля. Перебування персоналу в зоні впливу електромагнітних полів обмежується мінімально необхідним для проведення операцій часом.

Нові установки вводять в експлуатацію після приймання їх, за якої встановлюють виконання вимог і норм охорони праці, норм щодо обмеження полів і перешкод, а також реєстрацію їх у державних контролюючих органах ..

Генератори струмів високої частоти встановлюють в окремих вогнетривких приміщеннях, машинні генератори - в звуконепроникних кабінах. Для установок потужністю до 30 кВт відводять площу не менше 40 м2, більшої потужності - не менше 70 м2. Відстань між установками повинно бути не менше 2 м, приміщення екранують, у загальних приміщеннях установки розміщують в екранованих боксах. Обов'язкова загальна вентиляція приміщень, а за наявності шкідливих виділень - і місцева. Приміщення високочастотних установок забороняється захаращувати металевими предметами. Найбільш простим і ефективним методом захисту від електромагнітних полів є "захист відстанню". Знаючи характеристики металу, можна розрахувати товщину екрану S, мм, що забезпечує заданий ослаблення електромагнітних полів на цьому відстані:

де w = 2nf - кутова частота змінного струму, рад/с;

m - магнітна проникність металу захисного екрана, Г/м; g - електрична провідність металу екрану (Ом • м) '1; Ех-ефективність захисту, на робочому місці, що визначається з вираження

Ех = НХ ,/ Нхе (49)

де НХ і Нхе - максимальні значення напруженості магнітної складової поля на відстані х, м від джерела відповідно без екрану і з екраном, А/м.

Напруженість НЦ може бути визначена з виразу

НХ = wIa2 bm/4x2 (50)

де w і а - число витків і радіус котушки, м; I - сила струму в котушці, А; х - відстань від джерела (котушки) до робочого місця, м; bm - коефіцієнт, який визначається співвідношенням х/а ( при х/а> 10 bm = 1).

Якщо регламентується допустима електрична складова поля ОД, магнітна складова може бути визначена з виразу

Hд = 1,27 Ч105 (ОД/xf) (51)

де f - частота поля, Гц.

Екранування - найбільш ефективний спосіб захисту. Електромагнітне поле послаблюється екраном внаслідок створення в товщі його поля протилежного напрямку. Ступінь ослаблення електромагнітного поля залежить від глибини проникнення високочастотного струму в товщу екрану. Чим більше магнітна проникність екрана і вище частота екраніруемого поля, тим менша глибина проникнення і необхідна товщина екрану. Екранують або джерело випромінювань, або робоче місце. Екрани бувають відображають і поглинають.

Для захисту працюючих від електромагнітних випромінювань застосовують заземлені екрани, кожухи, захисні козирки, що встановлюються на шляху випромінювання. Засоби захисту (екрани, кожухи) з радіопоглоща-чих матеріалів виконують у вигляді тонких гумових килимків, гнучких або жорстких листів поролону, феромагнітних пластин.

Для захисту від електричних полів надвисокої напруги (50 Гц) необхідно збільшувати висоту підвісу фазних проводів ЛЕП. Для відкритих розподільних пристроїв рекомендуються заземлені екрани

(стаціонарні або тимчасові) у вигляді козирків, навісів та перегородок з металевої сітки біля комутаційних апаратів, шаф управління та контролю. До засобів індивідуального захисту від електромагнітних випромінювань відносять переносні парасолі, комбінезони та халати з металізованої тканини, що здійснюють захист організму людини за принципом заземленого сітчастого екрану.

Захист від лазерного випромінювання

Лазери широко застосовують в техніці, медицині. Принцип дії лазерів заснований на використанні змушеного електромагнітного випромінювання, що виникає в результаті порушення квантової системи. Лазерне випромінювання є електромагнітним випромінюванням, що генеруються в діапазоні довжин хвиль 0,2-1000 мкм, який може бути розбитий згідно з біологічною дією на ряд областей спектру:

0,2-0,4 мкм-ультрафіолетова область; 0,4-0,7-видима; 0,75-1,4 мкм - ближня інфрачервона; сви-I ше 1,4 мкм-далека інфрачервона область. Основними енергетичними параметрами лазерного випромінювання I є: енергія випромінювання, енергія імпульсу, потужність випромінювання, щільність енергії (потужності) випромінювання, довжина хвилі.

При експлуатації лазерних установок обслуговуючий персонал може бути під впливом низки небезпечних і шкідливих виробничих факторів. Основну небезпеку представляють пряме, розсіяне та відбите випромінювання.

Найбільш чутливим органом до лазерного випромінювання є очі - ушкодження сітківки очей можуть бути при порівняно невеликих інтенсивності.

Лазерна безпека - це сукупність технічних, санітарно-гігієнічних та організаційних заходів, що забезпечують безпечні умови праці персоналу при використанні лазерів. Способи захисту від лазерного випромінювання поділяють на колективні та індивідуальні.

Колективні засоби захисту включають: застосування телевізійних систем спостережень за ходом процесу, захисні екрани (кожухи); системи блокування та сигналізації; огорожу лазерно-опасноі зони. Для контролю лазерного випромінювання та визначення меж лазерно-опасноі зони застосовують калориметричні, фотоелектричні та інші прилади.

Як засоби індивідуального захисту використовують спеціальні протіволазерние окуляри, щитки, маски, технологічні халати та рукавички. Для зменшення небезпеки ураження за рахунок зменшення діаметру зіниці оператора в приміщеннях має бути гарна освітленість робочих місць: коефіцієнт природної освітленості повинен бути не менше 1, .5%, а загальне штучне освітлення має створювати освітленість не менше 150 лк.