Источники электрических магнитных и электромагнитных полей. Источники электромагнитных полей и излучений
Электромагнитными полями пронизано все окружающее пространство.
Существуют естественные и техногенные источники электромагнитных полей.
Естественные источники электромагнитного поля:
- атмосферное электричество;
- радиоизлучение Солнца и галактик (реликтовое излучение, равномерно распространенное во Вселенной);
- электрическое и магнитное поля Земли.
Источниками техногенных электромагнитных полей являются различная передающая аппаратура, коммутаторы, разделительные высокочастотные фильтры, антенные системы, промышленные установки, снабженные высокочастотными (ВЧ), ультравысокочастотными (УВЧ) и сверхвысокочастотными (СВЧ) генераторами.
Источники электромагнитных полей на производстве
К источникам ЭМП на производстве относятся две большие группы источников:
Опасное воздействие на работающих могут оказывать:
- ЭМП радиочастот (60 кГц — 300 ГГц),
- электрические и магнитные поля промышленной частоты (50 Гц);
- электростатические поля.
Источниками волн радиочастотного диапазона являются прежде всего станции радио- и телевещания. Классификация радиочастот дана в табл. 1. Эффект радиоволн во многом зависит от особенностей их распространения. На него влияют характер рельефа и покрова поверхности Земли, крупные предметы и строения, расположенные на пути, и т.п. Лесные массивы и неровности рельефа поглощают и рассеивают радиоволны.
Таблица 1. Радиочастотный диапазон
Электростатические поля создаются в энергетических установках и при электротехнических процессах. В зависимости от источников образования они могут существовать в виде собственно электростатического поля (поля неподвижных зарядов). В промышленности электростатические поля широко используются для электрогазоочистки, электростатической сепарации руд и материалов, электростатического нанесения лакокрасочных и полимерных материалов. Статическое электричество образуется при изготовлении, испытаниях, транспортировке и хранении полупроводниковых приборов и интегральных схем, шлифовке и полировке футляров радиотелевизионных приемников, в помещениях вычислительных центров, на участках множительной техники, а также в ряде других процессов, где используются диэлектрические материалы. Электростатические заряды и создаваемые ими электростатические поля могут возникать при движении диэлектрических жидкостей и некоторых сыпучих материалов по трубопроводам, переливании жидкостей-диэлектриков, скатывании пленки или бумаги в рулон.
Магнитные поля создаются электромагнитами, соленоидами, установками конденсаторного типа, литыми и металлокерамическими магнитами и др. устройствами.
Источники электрических полей
Любое электромагнитное явление, рассматриваемое в целом, характеризуется двумя сторонами — электрической и магнитной, между которыми существует тесная связь. Электромагнитное поле также имеет всегда две взаимосвязанные стороны — электрическое поле и магнитное поле.
Источником электрических полей промышленной частоты являются токоведущие части действующих электроустановок (линии электропередачи, индукторы, конденсаторы термических установок, фидерные линии, генераторы, трансформаторы, электромагниты, соленоиды, импульсные установки полупериодного или конденсаторного типа, литые и металлокерамические магниты и др.). Длительное воздействие электрического поля на организм человека может вызвать нарушение функционального состояния нервной и сердечно-сосудистой систем, что выражается в повышенной утомляемости, снижении качества выполнения рабочих операций, болях в области сердца, изменении артериального давления и пульса.
Для электрического поля промышленной частоты в соответствии с ГОСТ 12.1.002-84 предельно допустимый уровень напряженности электрического поля, пребывание в котором не допускается без применения специальных средств защиты в течение всего рабочего дня, равен 5 кВ/м. В интервале свыше 5 кВ/м до 20 кВ/м включительно допустимое время пребывания Т (ч) определяется по формуле Т = 50/Е — 2, где Е — напряженность воздействующего поля в контролируемой зоне, кВ/м. При напряженности поля свыше 20 кВ/м до 25 кВ/м время пребывания персонала в поле не должно превышать 10 мин. Предельно допустимое значение напряженности электрического поля устанавливается равным 25 кВ/м.
При необходимости определения предельно допустимой напряженности электрического поля при заданном времени пребывания в нем уровень напряженности в кВ/м вычисляется по формуле Е — 50/(Т + 2), где Т — время пребывания в электрическом поле, ч.
Основными видами средств коллективной защиты от воздействия электрического поля токов промышленной частоты являются экранирующие устройства — составная часть электрической установки, предназначенная для защиты персонала в открытых распределительных устройствах и на воздушных линиях электропередачи (рис. 1).
Экранирующее устройство необходимо при осмотре оборудования и при оперативном переключении, наблюдении за производством работ. Конструктивно экранирующие устройства оформляются в виде козырьков, навесов или перегородок из металлических канатов. прутков, сеток. Экранирующие устройства должны иметь антикоррозионное покрытие и заземлены.
Рис. 1. Экранирующий навес над проходом в здание
Для защиты от воздействия электрического поля токов промышленной частоты используются также экранирующие костюмы, которые изготавливаются из специальной ткани с металлизированными нитями.
Источники электростатических полей
На предприятиях широко используют и получают вещества и материалы, обладающие диэлектрическими свойствами, что способствует возникновению зарядов статического электричества.
Статическое электричество образуется в результате трения (соприкосновения или разделения) двух диэлектриков друг о друга или диэлектриков о металлы. При этом на трущихся веществах могут накапливаться электрические заряды, которые легко стекают в землю, если тело является проводником электричества и оно заземлено. На диэлектриках электрические заряды удерживаются продолжительное время, вследствие чего они получили название статического электричества.
Процесс возникновения и накопления электрических зарядов в веществах называют электризацией.
Явление статической электризации наблюдается в следующих основных случаях:
- в потоке и при разбрызгивании жидкостей;
- в струе газа или пара;
- при соприкосновении и последующем удалении двух твердых
- разнородных тел (контактная электризация).
Разряд статического электричества возникает в том случае, когда напряженность электростатического поля над поверхностью диэлектрика или проводника, обусловленная накоплением на них зарядов, достигает критической (пробивной) величины. Для воздуха пробивное напряжение составляет 30 кВ/см.
У людей, работающих в зоне воздействия электростатического поля, отмечаются разнообразные расстройства: раздражительность, головная боль, нарушение сна, снижение аппетита и др.
Допустимые уровни напряженности электростатических полей установлены ГОСТ 12.1.045-84 «Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля» и Санитарно-гигиеническими нормами допустимой напряженности электростатического поля (ГН 1757-77).
Эти нормативные правовые акты распространяются на электростатические поля, создаваемые при эксплуатации электроустановок высокого напряжения постоянного тока и электризации диэлектрических материалов, и устанавливают допустимые уровни напряженности электростатических полей на рабочих местах персонала, а также общие требования к проведению контроля и средствам защиты.
Допустимые уровни напряженности электростатических полей устанавливаются в зависимости от времени пребывания на рабочих местах. Предельно допустимый уровень напряженности электростатических полей — 60 кВ/м в течение 1 ч.
При напряженности электростатических полей менее 20 кВ/м время пребывания в электростатических полях не регламентируется.
В диапазоне напряженности от 20 до 60 кВ/м допустимое время пребывания персонала в электростатическом поле без средств защиты зависит от конкретного уровня напряженности на рабочем месте.
Меры защиты от статического электричества направлены на предупреждение возникновения и накопления зарядов статического электричества, создание условий рассеивания зарядов и устранение опасности их вредного воздействия. Основные меры защиты:
- предотвращение накопления зарядов на электропроводящих частях оборудования, что достигается заземлением оборудования и коммуникаций, на которых могут появиться заряды (аппараты, резервуары, трубопроводы, транспортеры, сливоналивные устройства, эстакады и т.п.);
- уменьшение электрического сопротивления перерабатываемых веществ;
- применение нейтрализаторов статического электричества, создающих вблизи наэлектризованных поверхностей положительные и отрицательные ионы. Ионы, несущие заряд, противоположный заряду поверхности, притягиваются к ней, и нейтрализуют заряд. По принципу действия нейтрализаторы разделяют на следующие типы: коронного разряда (индукционные и высоковольтные), радиоизотопные , действие которых основано на ионизации воздуха альфа-излучением плутония-239 и бета-излучением прометия-147, аэродинамические , представляющие собой камеру-расширитель, в которой с помощью ионизирующего излучения или коронного разряда генерируются ионы, которые затем воздушным потоком подаются к месту образования зарядов статического электричества;
- снижение интенсивности зарядов статического электричества. Достигается соответствующим подбором скорости движения веществ, исключением разбрызгивания, дробления и распыления веществ, отводом электростатического заряда, подбором поверхностей трения, очисткой горючих газов и жидкостей от примесей;
- отвод зарядов статического электричества, накапливающихся на людях. Достигается обеспечением работающих токопроводящей обувью и антистатическими халатами, устройством электропроводящих полов или заземленных зон, помостов и рабочих площадок. заземлением ручек дверей, поручней лестниц, рукояток приборов, машин и аппаратов.
Источники магнитного поля
Магнитные поля (МП) промышленной частоты возникают вокруг любых электроустановок и токопроводов промышленной частоты. Чем больше сила тока, тем выше интенсивность магнитного поля.
Магнитные поля могут быть постоянными, импульсными, инфранизкочастотными (с частотой до 50 Гц), переменными. Действие МП может быть непрерывным и прерывистым.
Степень воздействия МП зависит от максимальной напряженности его в рабочем пространстве магнитного устройства или в зоне влияния искусственного магнита. Доза, полученная человеком, зависит от расположения рабочего места по отношению к МП и режима труда. Каких-либо субъективных воздействий постоянные МП не вызывают. При действии переменных МП наблюдаются характерные зрительные ощущения, так называемые фосфены, которые исчезают в момент прекращения воздействия.
При постоянной работе в условиях воздействия МП, превышающих предельно допустимые уровни, развиваются нарушения функций нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, пищеварительного тракта, изменения состава крови. При преимущественно локапьном воздействии могут возникать вегетативные и трофические нарушения, как правило, в области тела, находящегося под непосредственным воздействием МП (чаще всего рук). Они проявляются ощущением зуда, бледностью или синюшностыо кожных покровов, отечностью и уплотнением кожи, в некоторых случаях развивается гиперкератоз (ороговелость).
Напряженность МП на рабочем месте не должна превышать 8 кА/м. Напряженность МП линии электропередачи напряжением до 750 кВ обычно не превышает 20-25 А/м, что не представляет опасности для человека.
Источники электромагнитного излучения
Источниками электромагнитных излучений в широком диапазоне частот (сверх- и ифранизкочастотном, радиочастотном, инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, рентгеновском — табл. 2) являются мощные радиостанции, антенны, генераторы сверхвысоких частот, установки индукционного и диэлектрического нагрева, радары, лазеры, измерительные и контролирующие устройства, исследовательские установки, медицинские высокочастотные приборы и устройства, персональные электронно-вычислительные машины (ПЭВМ), видеодисплейные терминалы на электронно-лучевых трубках, используемые как в промышленности, научных исследованиях, так и в быту.
Источниками повышенной опасности с точки зрения электромагнитных излучений являются также микроволновые печи, телевизоры, мобильные и радиотелефоны.
Таблица 2. Спектр электромагнитных излучений
Низкочастотные излучения
Источниками низкочастотных излучений являются системы производства. передачи и распределения электроэнергии (электростанции, трансформаторные подстанции, системы и линии электропередачи), электросети жилых и административных зданий, транспорт, работающий на электроприводе, и его инфраструктура.
При длительном воздействии низкочастотного излучения могут появиться головные боли, изменение артериального давления, развиваться утомление, наблюдаться выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела, стойкое снижение работоспособности.
Для защиты от низкочастотного излучения экранируют либо источники излучения (рис. 2), либо зоны, где может находиться человек.
Рис. 2. Экранирование: а — индуктора; б — конденсатора
Источники радиочастотного излучения
Источником ЭМП радиочастот являются:
- в диапазоне 60 кГц — 3 МГц — неэкранированные элементы оборудования для индукционной обработки металла (закачка, отжиг, плавка, пайка, сварка и т.д.) и других материалов, а также оборудования и приборов, применяемых в радиосвязи и радиовещании;
- в диапазоне 3 МГц — 300 МГц — неэкранированные элементы оборудования и приборов, применяемых в радиосвязи, радиовещании, телевидении, медицине, а также оборудования для нагрева диэлектриков;
- в диапазоне 300 МГц — 300 ГГц — неэкранированные элементы оборудования и приборов, применяемых в радиолокации, радиоастрономии, радиоспектроскопии, физиотерапии и т.п. Длительное воздействие радиоволн на различные системы организма человека вызывают разные последствия.
Наиболее характерными при воздействии радиоволн всех диапазонов являются отклонения в ЦНС и сердечно-сосудистой системе человека. Субъективные жалобы — частая головная боль, сонливость или бессонница, утомляемость, слабость, повышенная потливость, снижение памяти, рассеянность, головокружение, потемнение в глазах, беспричинное чувство тревоги, страха и др.
Влияние электромагнитного поля средневолнового диапазона при длительном воздействии на проявляется в возбудительных процессах, нарушении положительных рефлексов. Отмечают изменения в крови, вплоть до лейкоцитоза. Установлены нарушение функции печени, дистрофические изменения в головном мозге, внутренних органах и половой системе.
Электромагнитное поле коротковолнового диапазона провоцирует изменения в коре надпочечников, сердечно-сосудистой системе, биоэлектрических процессах коры головного мозга.
ЭМП УКВ диапазона вызывает функциональные изменения в нервной, сердечно-сосудистой, эндокринной и других системах организма.
Степень опасности влияния на человека СВЧ-излучения зависит от мощности источника электромагнитных излучений, режима работы излучателей, конструктивных особенностей излучающего устройства, параметров ЭМП, плотности потока энергии, напряженности поля, времени воздействия, размера облучаемой поверхности, индивидуальных свойств человека, расположения рабочих мест и эффективности защитных мероприятий.
Различают тепловое и биологическое воздействие СВЧ-излучения.
Тепловое воздействие является следствием поглощения энергии ЭМП СВЧ-излучения. Чем выше напряженность поля и больше время воздействия, тем сильнее проявляется тепловое воздействие. При плотности потока энергии W- 10 Вт/м 2 организм не справляется с отводом теплоты, температура тела повышается и начинаются необратимые процессы.
Биологическое (специфическое) воздействие проявляется в ослаблении биологической активности белковых структур, нарушении сердечно-сосудистой системы и обмена веществ. Это воздействие проявляется при интенсивности ЭМП менее теплового порога, который равен 10 Вт/м 2 .
Воздействие ЭМП СВЧ-излучения особенно вредно для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузырь). Облучение глаз может привести к помутнению хрусталика (катаракте) и ожогам роговицы.
Для обеспечения безопасности работе источниками электромагнитных волн производится систематический контроль фактических нормируемых параметров на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала. Контроль осуществляется измерением напряженности электрического и магнитного поля, а также измерением плотности потока энергии.
Защита персонала от воздействия радиоволн применяется при всех видах работ, если условия работы не удовлетворяют требованиям норм. Эта защита осуществляется следующими способами:
- согласованные нагрузки и поглотители мощности, снижающие напряженность и плотность поля потока энергии электромагнитных волн;
- экранирование рабочего места и источника излучения;
- рациональное размещение оборудования в рабочем помещении;
- подбор рациональных режимов работы оборудования и режима труда персонала.
Наиболее эффективно использование согласованных нагрузок и поглотителей мощности (эквивалентов антенн) при изготовлении, настройке и проверке отдельных блоков и комплексов аппаратуры.
Эффективным средством защиты от воздействия электромагнитных излучений является экранирование источников излучения и рабочего места с помощью экранов, поглощающих или отражающих электромагнитную энергию. Выбор конструкции экранов зависит от характера технологического процесса, мощности источника, диапазона волн.
Для изготовления отражающих экранов используются материалы с высокой электропроводностью, например металлы (в виде сплошных стенок) или хлопчатобумажные ткани с металлической основой. Сплошные металлические экраны наиболее эффективны и уже при толщине 0,01 мм обеспечивают ослабление электромагнитного поля примерно на 50 дБ (в 100 000 раз).
Для изготовления поглощающих экранов применяются материалы с плохой электропроводностью. Поглощающие экраны изготавливаются в виде прессованных листов резины специального состава с коническими сплошными или полыми шипами, а также в виде пластин из пористой резины, наполненной карбонильным железом, с впрессованной металлической сеткой. Эти материалы приклеиваются на каркас или на поверхность излучающего оборудования.
Важное профилактическое мероприятие по защите от электромагнитного облучения — выполнение требований для размещения оборудования и для создания помещений, в которых находятся источники электромагнитного излучения.
Защита персонала от переоблучения может быть достигнута за счет размещения генераторов ВЧ, УВЧ и СВЧ, а также радиопередатчиков в специально предназначенных помещениях.
Экраны источников излучения и рабочих мест блокируются с отключающими устройствами, что позволяет исключить работу излучающего оборудования при открытом экране.
Допустимые уровни воздействия на работников и требования к проведению контроля на рабочих местах для электромагнитных полей радиочастот изложены в ГОСТ 12.1.006-84.
Источники электромагнитных полей (ЭМП) чрезвычайно разнообразны - это системы передачи и распределения электроэнергии (линии электропередачи - ЛЭП, трансформаторные и распределительные подстанции) и приборы, потребляющие электроэнергию (электродвигатели, электроплиты, электронагреватели, холодильники, телевизоры, видеодисплейные терминалы и др.).
К источникам, генерирующим и транслирующим электромагнитную энергию, относятся радио- и телевизионные вещательные станции, радиолокационные установки и системы радиосвязи, самые разнообразные технологические установки в промышленности, медицинские приборы и аппаратура (аппараты для диатермии и индуктотермии, УВЧ-терапии, приборы для микроволновой терапии и др.).
Работающий контингент и население может подвергаться воздействию изолированной электрической или магнитной составляющих поля или их сочетанию. В зависимости от отношения облучаемого лица к источнику облучения, принято различать несколько видов облучения - профессиональное, непрофессиональное, облучение в быту и облучение, осуществляемое в лечебных целях. Профессиональное облучение характеризуется многообразием режимов генерации и вариантов воздействия электромагнитных полей (облучение в ближней зоне, в зоне индукции, общее и местное, сочетающееся с действием других неблагоприятных факторов производственной среды). В условиях непрофессионального облучения наиболее типичным является общее облучение, в большинстве случаев в волновой зоне.
Электромагнитные поля, генерируемые теми или иными источниками, могут воздействовать на все тело работающего человека (общее облучение) или отдельной части тела (местное облучение). При этом, облучение может носить характер изолированного (от одного источника ЭМП), сочетанного (от двух и более источников ЭМП одного частотного диапазона), смешанного (от двух и более источников ЭМП различных частотных диапазонов), а также комбинированного (в условиях одновременного воздействия ЭМП и других неблагоприятных физических факторов производственной среды) воздействия.
Электромагнитная волна - это колебательный процесс, связанный с изменяющимися в пространстве и во времени взаимосвязанными электрическими и магнитными полями.
Электромагнитное поле - это область распространения электромагнитных
Характеристика электромагнитных волн. Электромагнитное поле характеризуется частотой излучения f, измеряемой в герцах, или длиной волны X, измеряемой в метрах. Электромагнитная волна распространяется в вакууме со скоростью света (3 108 м/с), и связь между длиной и частотой электромагнитной волны определяется зависимостью
где с - скорость света.
Скорость распространения волн в воздухе близка к скорости их распространения в вакууме.
Электромагнитное поле обладает энергией, а электромагнитная волна, распространяясь в пространстве, переносит эту энергию. Электромагнитное поле имеет электрическую и магнитную составляющие (Таблица № 35).
Напряженность электрического поля Е - это характеристика электрической составляющей ЭМП, единицей измерения которой является В/м.
Напряженность магнитного поля Н (А/м) - это характеристика магнитной составляющей ЭМП.
Плотность потока энергии (ППЭ) - это энергия электромагнитной волны, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единичную площадь. Единицей измерения ППЭ является Вт/м.
Таблица № 35. Единицы измерения интенсивности ЭМП в Международной системе единиц (СИ)
|
Для отдельных диапазонов электромагнитных излучений - ЭМИ (световой диапазон, лазерное излучение) введены другие характеристики.
Классификация электромагнитных полей. Частотный диапазон и длина электромагнитной волны позволяют классифицировать электромагнитное поле на видимый свет (световые волны), инфракрасное (тепловое) и ультрафиолетовое излучение, физическую основу которых составляют электромагнитные волны. Эти виды коротковолнового излучения оказывают на человека специфическое воздействие.
Физическую основу ионизирующего излучения также составляют электромагнитные волны очень высоких частот, обладающие высокой энергией, достаточной для того, чтобы ионизировать молекулы вещества в котором распространяется волна (Таблица № 36).
Радиочастотный диапазон электромагнитного спектра делится на четыре частотных диапазона: низкие частоты (НЧ) - менее 30 кГц, высокие частоты (ВЧ) - 30 кГц...30 МГц, ультравысокие частоты (УВЧ) - 30...300 МГц, сверхвысокие частоты (СВЧ) - 300 МГц.750 ГГц.
Особой разновидностью электромагнитных излучений (ЭМИ) является лазерное излучение (ЛИ), генерируемое в диапазоне длин волн 0,1...1000 мкм. Особенностью ЛИ является его монохроматичность (строго одна длина волны), когерентность (все источники излучения испускают волны в одной фазе), острая направленность луча (малое расхождение луча).
Условно к неионизирующим излучениям (полям) можно отнести электростатические поля (ЭСП) и магнитные поля (МП).
Электростатическое поле - это поле неподвижных электрических зарядов, осуществляющее взаимодействие между ними.
Статическое электричество - совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках.
Магнитное поле может быть постоянным, импульсным, переменным.
В зависимости от источников образования электростатические поля могут существовать в виде собственно электростатического поля, образующегося в разного рода энергетических установках и при электротехнических процессах. В промышленности ЭСП широко используются для электрогазоочистки, электростатической сепарации руд и материалов, электростатического нанесения лакокрасочных и полимерных материалов. Изготовление, испытание,
транспортировка и хранение полупроводниковых приборов и интегральных схем, шлифовка и полировка футляров радиотелевизионных приемников,
технологические процессы, связанные с использование диэлектрических
материалов, а также помещения вычислительных центров, где сосредоточена множительная вычислительная техника характеризуются образованием
электростатических полей. Электростатические заряды и создаваемые ими электростатические поля могут возникать при движении диэлектрических жидкостей и некоторых сыпучих материалов по трубопроводам, переливании жидкостей-диэлектриков, скатывании пленки или бумаги в рулон.
Таблица № 36. Международная классификация электромагнитных волн
|
Электромагниты, соленоиды, установки конденсаторного типа, литые и металлокерамические магниты сопровождаются возникновением магнитных полей.
В электромагнитных полях выделяют три зоны, которые формируются на различных расстояниях от источника электромагнитных излучений.
Зона индукции (ближняя зона) - охватывает промежуток от источника излучения до расстояния, равного примерно У2п ~ У6. В этой зоне электромагнитная волна еще не сформирована и поэтому электрическое и магнитное поля не взаимосвязаны и действуют независимо (первая зона).
Зона интерференции (промежуточная зона) - располагается на расстояниях примерно от У2п до 2лХ. В этой зоне происходит формирование ЭМВ и на человека действует электрическое и магнитное поля, а также оказывается энергетическое воздействие (вторая зона).
Волновая зона (дальня зона) - располагается на расстояниях свыше 2лХ. В этой зоне электромагнитная волна сформирована, электрическое и магнитное поля взаимосвязаны. На человека в этой зоне воздействует энергия волны (третья зона).
Действие электромагнитного поля на организм. Биологический и патофизиологический эффект воздействия электромагнитных полей на организм зависит от диапазона частот, интенсивности воздействующего фактора, продолжительности облучения, характера излучения и режима облучения. Действие ЭМП на организм зависит от закономерности распространения радиоволн в материальных средах, где поглощение энергии электромагнитной волны определяется частотой электромагнитных колебаний, электрических и магнитных свойств среды.
Как известно, ведущим показателем, характеризующим электрические свойства тканей организма, являются их диэлектрическая и магнитная проницаемость. В свою очередь, различия электрических свойств тканей (диэлектрической и магнитной проницаемости, удельного сопротивления) связаны с содержанием в них свободной и связанной воды. Все биологические ткани, по диэлектрической проницаемости, подразделяются на две группы: ткани с высоким содержанием воды - свыше 80% (кровь, мышцы, кожа, ткань мозга, ткань печени и селезенки) и ткани с относительно низким содержанием воды (жировая, костная). Коэффициент поглощения в тканях с высоким содержанием воды, при одинаковых значениях напряженности поля, в 60 раз выше, чем в тканях с низким содержанием воды. Поэтому глубина проникновения электромагнитных волн в ткани с низким содержанием воды в 10 раз больше, чем в ткани с ее высоким содержанием.
Тепловой и атермический эффект лежат в основе механизмов биологического действия электромагнитных волн. Тепловое действие ЭМП характеризуется избирательным нагревом отдельных органов и тканей, повышением общей температуры тела. Интенсивное облучение ЭМП может вызывать деструктивные изменения в тканях и органах, однако острые формы поражения встречаются крайне редко и их возникновение чаще всего связано с аварийными ситуациями при нарушении техники безопасности.
Хронические формы радиоволновых поражений, их симптомы и течение не имеют строго специфических проявлений. Тем не менее, для них характерно развитие астенических состояний и вегетативных расстройств, главным образом со
стороны сердечно-сосудистой системы. Наряду с общей астенизацией, сопровождающейся слабостью, повышенной утомляемостью, беспокойным сном, у больных появляются головная боль, головокружение, психоэмоциональная лабильность, боли в области сердца, повышенная потливость, снижение аппетита. Развиваются признаки акроцианоза, регионарный гипергидроз, похолодание кистей и стоп, тремор пальцев рук, лабильность пульса и артериального давления с наклонностью к брадикардии и гипотонии; дисфункция в системе гипофиз - кора надпочечников приводит к изменениям секреции гормонов щитовидной и половых желез.
Одним из немногих специфических поражений, вызываемых воздействием электромагнитных излучений радиочастотного диапазона, является развитие катаракты. Помимо катаракты, при воздействии электромагнитных волн высоких частот, могут развиваться кератиты и повреждения стромы роговицы.
Инфракрасное (тепловое) излучение, световое излучение при высоких энергиях, а также ультрафиолетовое излучение большого уровня, при остром воздействии, могут приводить к расширению капилляров, ожогам кожи и органов зрения. Хроническое облучение сопровождается изменением пигментации кожи, развитием хронического конъюнктивита и помутнением хрусталика глаза. Ультрафиолетовое излучение небольших уровней полезно и необходимо для человека, так как способствует усилению обменных процессов в организме и синтезу биологически активной формы витамина D.
Эффект воздействия лазерного излучение на человека зависит от интенсивности излучения, длины волны, характера излучения и времени воздействия. При этом выделяют локальное и общее повреждение тех или иных тканей организма человека. Органом-мишенью при этом служит глаз, который легко повреждается, нарушается прозрачность роговицы и хрусталика, возможно повреждение сетчатки глаза. Лазерное изучение, особенно инфракрасного диапазона, способно проникать через ткани на значительную глубину, поражая внутренние органы. Длительное воздействие лазерного излучения даже небольшой интенсивности может привести к различным функциональным нарушениям нервной, сердечно-сосудистой систем, желез внутренней секреции, артериального давления, повышению утомляемости, снижению работоспособности.
Гигиеническое нормирование электромагнитных полей. Согласно нормативным документам: СанПиН «Санитарно-эпидемиологические требования к эксплуатации радиоэлектронных средств с условиями работы с источниками электромагнитного излучения» № 225 от 10.04.2007 г. МЗ РК; СанПиН «Санитарные правила и нормы защиты населения от воздействия электромагнитных полей, создаваемых радиотехническими объектами» № 3.01.002-96 МЗ РК; МУ
«Методические указания по осуществлению государственного санитарного надзора за объектами с источниками электромагнитных полей (ЭМП) неионизирующей части спектра» № 1.02.018/у-94 МЗ РК; МУ «Методические рекомендации по проведению лабораторного контроля за источниками электромагнитных полей неионизирующей части спектра (ЭМП) при осуществлении государственного санитарного надзора» № 1.02.019/р-94 МЗ РК регламентируется интенсивность электромагнитных полей радиочастот на рабочих местах персонала,
осуществляющего работы с источниками ЭМП и требования к проведению контроля, а также регламентируется облучение электрическим полем, как по величине напряженности, так и продолжительности действия.
Частотный диапазон радиочастот электромагнитных полей (60 кГц - 300 МГц) оценивается напряженностью электрической и магнитной составляющих поля; в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц - поверхностной плотностью потока энергии излучения и создаваемой им энергетической нагрузкой (ЭН). Суммарный поток энергии, проходящий через единицу облучаемой поверхности за время действия (Т), и выражающийся произведением ППЭ Т представляет собой энергетическую нагрузку.
На рабочих местах персонала напряженность ЭМП в диапазоне частот 60 кГц - 300 МГц в течение рабочего дня не должна превышать установленных предельно допустимых уровней (ПДУ):
В случаях, когда время воздействия ЭМП на персонал не превышает 50% продолжительности рабочего времени, допускаются уровни выше указанных, но не более чем в 2 раза.
Нормирование и гигиеническая оценка постоянных магнитных полей (ПМП) в производственных помещениях и на рабочих местах (Таблица №37) осуществляется дифференцировано, в зависимости от времени воздействия на работника в течение рабочей смены и учетом условий общего или локального облучения.
| Таблица № 37. ПДУ воздействия ПМП на работающих. |
Достаточно широко используются также гигиенические нормативы ПМП (Таблица № 38), разработанные Международным комитетом по неионизирующим излучениям, которое функционирует при Международной ассоциации радиационной защиты.
Основные источники электромагнитного поля
Среди основных источников ЭМП можно перечислить:
Электротранспорт (трамваи, троллейбусы, поезда, …);
Линии электропередач (городского освещения, высоковольтные, …);
Электропроводка (внутри зданий, телекоммуникации, …);
Бытовые электроприборы;
Теле- и радиостанции (транслирующие антенны);
Спутниковая и сотовая связь (транслирующие антенны);
Персональные компьютеры.
Электротранспорт . Транспорт на электрической тяге – электропоезда, троллейбусы, трамваи и т.п. – является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот 0 ÷ 1000 Гц. Максимальные значения плотности потока магнитной индукции В в пригородных электричках достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл. Среднее значение В на транспорте с электроприводом постоянного тока зафиксировано на уровне 29 мкТл.
Линии электропередач (ЛЭП). Провода работающей ЛЭП создают в прилегающем пространстве электрическое и магнитное поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии, достигает десятков метров. Дальность распространения электрического поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс напряжения стоит в названии ЛЭП – например ЛЭП 220 кВ), чем выше напряжение – тем больше зона повышенного уровня электрического поля, при этом размеры зоны не изменяются в течение времени работы ЛЭП. Дальность распространения магнитного поля зависит от величины протекающего тока или от нагрузки линии. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течение суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются.
Биологическое действие . Электрические и магнитные поля являются очень сильными факторами влияния на состояние всех биологических объектов, попадающих в зону их воздействия. Например, в районе действия электрического поля ЛЭП у насекомых проявляются изменения в поведении: так у пчел фиксируется повышенная агрессивность, беспокойство, снижение работоспособности и продуктивности, склонность к потере маток; у жуков, комаров, бабочек и других летающих насекомых наблюдается изменение поведенческих реакций, в том числе изменение направления движения в сторону с меньшим уровнем поля. У растений распространены аномалии развития – меняются формы и размеры цветков, листьев, стеблей, появляются лишние лепестки. Здоровый человек страдает от относительно длительного пребывания в поле ЛЭП. Кратковременное облучение (минуты) способно привести к негативной реакции только у гиперчувствительных людей или у больных некоторыми видами аллергии.
В последние годы в числе отдаленных последствий часто называются онкологические заболевания.
Санитарные нормы, несмотря на то, что магнитное поле во всем мире сейчас считается наиболее опасным для здоровья, предельно допустимая величина магнитного поля для населения не нормируется. Большая часть ЛЭП строилась без учета этой опасности. На основании массовых эпидемиологических обследований населения, проживающего в условиях облучения магнитными полями ЛЭП как безопасный или «нормальный» уровень для условий продолжительного облучения, не приводящий к онкологическим заболеваниям, независимо друг от друга шведскими и американскими специалистами рекомендована величина плотности потока магнитной индукции 0,2 ÷ 0,3 мкТл. Основной принцип защиты здоровья населения от электромагнитного поля ЛЭП состоит в установлении санитарно-защитных зон для линий электропередачи и снижением напряженности электрического поля в жилых зданиях и в местах возможного продолжительного пребывания людей путем применения защитных экранов, границы санитарно-защитных зон для ЛЭП которых на действующих линиях определяются по критерию напряженности электрического поля – 1 кВ/м (таблицы 1.2 ÷ 1.4).
Таблица 1.2. Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП
Таблица 1.4. Предельно допустимые уровни воздействия электрического поля ЛЭП
Продолжение таблицы 1.4
К размещению высоковольтных линий (ВЛ) ультравысоких напряжений (750 и 1150 кВ) предъявляются дополнительные требования по условиям воздействия электрического поля на население. Так, ближайшее расстояние от оси проектируемых ВЛ 750 и 1150 кВ до границ населенных пунктов должно быть, как правило, не менее 250 и 300 м, соответственно. Как определить класс напряжения ЛЭП? Лучше всего обратиться в местное энергетическое предприятие, но можно попробовать визуально, хотя не специалисту это сложно: 330 кВ – два провода, 500 кВ – три провода, 750 кВ – четыре провода; ниже 330 кВ – по одному проводу на фазу, определить можно только приблизительно по числу изоляторов в гирлянде: 220 кВ – 10 ÷ 15 шт., 110 кВ – 6 ÷ 8 шт., 35 кВ – 3 ÷ 5 шт., 10 кВ и ниже – 1 шт.
Предельно допустимые уровни (ПДУ) . В пределах санитарно-защитной зоны ВЛ запрещается:
Размещать жилые и общественные здания и сооружения;
Устраивать площадки для стоянки и остановки всех видов транспорта;
Размещать предприятия по обслуживанию автомобилей и склады нефти и нефтепродуктов;
Производить операции с горючим, выполнять ремонт машин и механизмов.
Территории санитарно-защитных зон разрешается использовать как сельскохозяйственные угодья, однако рекомендуется выращивать на них культуры, не требующие ручного труда. В случае, если на каких-то участках напряженность электрического поля за пределами санитарно-защитной зоны окажется выше предельно допустимой 0,5 кВ/м внутри здания и выше 1 кВ/м на территории зоны жилой застройки (в местах возможного пребывания людей), должны быть приняты меры для снижения напряженности. Для этого на крыше здания с неметаллической кровлей размещается практически любая металлическая сетка, заземленная не менее чем в двух точках. В зданиях с металлической крышей достаточно заземлить кровлю не менее чем в двух точках. На приусадебных участках или других местах пребывания людей напряженность поля промышленной частоты может быть снижена путем установления защитных экранов, например это железобетонные, металлические заборы, тросовые экраны, деревья или кустарники высотой не менее двух метров.
Электропроводка. Наибольший вклад в электромагнитную обстановку жилых помещений в диапазоне промышленной частоты 50 Гц вносит электротехническое оборудование здания, а именно кабельные линии, подводящие электричество ко всем квартирам и другим потребителям системы жизнеобеспечения здания, а также распределительные щиты и трансформаторы. В помещениях, смежных с этими источниками, обычно повышен уровень магнитного поля промышленной частоты, вызываемый протекающим электротоком. Уровень электрического поля промышленной частоты при этом не высокий и не превышает ПДУ для населения 500 В/м.
В настоящее время многие специалисты считают предельно допустимой величину магнитной индукции равной 0,2 ÷ 0,3 мкТл. При этом считается, что развитие заболеваний – прежде всего лейкемии – очень вероятно при продолжительном облучении человека полями более высоких уровней (несколько часов в день, особенно в ночные часы, в течение периода более года).
Основная мера защиты – предупредительная:
Необходимо исключить продолжительное пребывание (регулярно по несколько часов в день) в местах повышенного уровня магнитного поля промышленной частоты;
Кровать для ночного отдыха максимально удалять от источников облучения, расстояние до распределительных шкафов, силовых электрокабелей должно быть 2,5 ÷ 3 метра;
Если в помещении или в смежном есть какие-то неизвестные кабели, распределительные шкафы, трансформаторные подстанции – удаление должно быть максимально возможным, оптимально – промерить уровень ЭМП до того, как жить в таком помещении;
При необходимости установить полы с электроподогревом выбирать системы с пониженным уровнем магнитного поля.
Бытовая электротехника . Все бытовые приборы, работающие с использованием электрического тока, являются источниками ЭМП. Наиболее мощными следует признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой «без инея», кухонные вытяжки, электроплиты, телевизоры. Реально создаваемое ЭМП в зависимости от конкретной модели и режима работы может сильно различаться среди оборудования одного типа. Значения магнитного поля тесно связаны с мощностью прибора – чем она выше, тем выше магнитное поле при его работе. Значения электрического поля промышленной частоты практически всех электробытовых приборов не превышают нескольких десятков В/м на расстоянии 0,5 м, что значительно меньше ПДУ 500 В/м. (таблица 1.5 ÷ 1.6).
При размещении в квартире бытовой техники руководствуйтесь следующими принципами: размещайте бытовые электроприборы по возможности дальше от мест отдыха, не располагайте бытовые электроприборы поблизости и не ставьте их друг на друга.
Микроволновая печь (или СВЧ-печь) в своей работе использует для разогрева пищи ЭМП, называемое также микроволновым излучением или СВЧ-излучением. Рабочая частота СВЧ-излучения микроволновых печей составляет 2,45 ГГц. Именно этого излучения и опасаются многие люди. Однако, современные микроволновые печи оборудованы достаточно совершенной защитой, которая не дает ЭМП вырываться за пределы рабочего объема. Однако, нельзя говорить, что поле совершенно не проникает вне микроволновой печи.
Таблица 1.5. Уровни магнитного поля промышленной частоты бытовых электроприборов на расстоянии 0,3 м
По разным причинам часть ЭМП, предназначенного для приготовления продукта, проникает наружу, особенно интенсивно, как правило, в районе правого нижнего угла дверцы. Для обеспечения безопасности при использовании печей в быту действуют санитарные нормы, ограничивающие предельную величину утечки СВЧ-излучения микроволновой печи. Называются они «Предельно допустимые уровни плотности потока энергии, создаваемой микроволновыми печами» и имеют обозначение СН № 2666-83. Согласно этим санитарным нормам, величина плотности потока энергии ЭМП не должна превышать 10 мкВт/см 2 на расстоянии 50 см от любой точки корпуса печи при нагреве одного литра воды. На практике практически все новые современные микроволновые печи выдерживают это требование с большим запасом. Тем не менее, при покупке новой печи надо убедиться, что в сертификате соответствия зафиксировано соответствие вашей печи требованиям этих санитарных норм. Надо помнить, что со временем степень защиты может снижаться, в основном из-за появления микрощелей в уплотнении дверцы. Это может происходить как из-за попадания грязи, так и из-за механических повреждений. Поэтому дверца и ее уплотнение требует аккуратности в обращении и тщательного ухода.
Срок гарантированной стойкости защиты от утечек ЭМП при нормальной эксплуатации – несколько лет.
Через пять – шесть лет эксплуатации целесообразно проверить качество защиты, для чего пригласить специалиста из специально аккредитованной лаборатории по контролю ЭМП. Кроме СВЧ-излучения работу микроволновой печи сопровождает интенсивное магнитное поле, создаваемое током промышленной частоты 50 Гц, протекающим в системе электропитания печи. При этом микроволновая печь является одним из наиболее мощных источников магнитного поля в квартире.
Таблица 1.6. Предельно допустимые уровни ЭМП для потребительской продукции, являющейся источником ЭМП
| Источник | Диапазон | Значение ПДУ | Условия измерения |
| Индукцион-ные печи | 20 ÷ 22 кГц | 500 В/м 4 А/м | Расстояние 0,3 м от корпуса |
| СВЧ печи | 2,45 ГГц | 10 мкВт/см 2 | Расстояние 0,50 ± 0,05 м от любой точки, при нагрузке 1 л воды |
| Видеодис-плейный терминал ПЭВМ | 5 Гц ÷ 2 кГц | Е ПДУ = 25 В/м В ПДУ = 250 нТл | Расстояние 0,5 м вокруг монитора ПЭВМ |
| 2 ÷ 400 кГц | Е ПДУ = 2,5 В/мВ ПДУ = 25 нТл | ||
| поверхностный электростатиче- ский потенциал | V = 500 В | Расстояние 0,1 м от экрана монитора ПЭВМ | |
| Прочая продукция | 50 Гц | Е = 500 В/м | Расстояние 0,5 м от корпуса изделия |
| 0,3 ÷ 300 кГц | Е = 25 В/м | ||
| 0,3 ÷ 3 МГц | Е = 15 В/м | ||
| 3 ÷ 30 МГц | Е = 10 В/м | ||
| 30 ÷ 300 МГц | Е = 3 В/м | ||
| 0,3 ÷ 30 ГГц | ППЭ = 10 мкВт/см 2 |
Теле- и радиостанции. Передающие радиоцентры (ПРЦ) размещаются в специально отведенных для них зонах и могут занимать довольно большие территории (до 1000 га). По своей структуре они включают в себя одно или несколько технических зданий, где находятся радиопередатчики и антенные поля, на которых располагаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем (АФС). АФС включает в себя антенну, служащую для измерения радиоволн, и фидерную линию, подводящую к ней высокочастотную энергию, генерируемую передатчиком. Зону возможного неблагоприятного действия ЭМП, создаваемых ПРЦ, можно условно разделить на две части. Первая часть зоны – это собственно территория ПРЦ, где размещены все службы, обеспечивающие работу радиопередатчиков и АФС. Это территория охраняется и на нее допускаются только лица, профессионально связанные с обслуживанием передатчиков, коммутаторов и АФС. Вторая часть зоны – это прилегающие к ПРЦ территории, доступ на которые не ограничен и где могут размещаться различные жилые постройки, в этом случае возникает угроза облучения населения, находящегося в этой части зоны. Расположение ПРЦ может быть различным, например, в Москве и московском регионе характерно размещение в непосредственной близости или среди жилой застройки. Высокие уровни ЭМП наблюдаются на территориях, а нередко и за пределами размещения передающих радиоцентров низкой, средней и высокой частоты (ПРЦ НЧ, СЧ и ВЧ). Детальный анализ электромагнитной обстановки на территориях ПРЦ свидетельствует о ее крайней сложности, связанной с индивидуальным характером интенсивности и распределения ЭМП для каждого радиоцентра. В связи с этим специальные исследования такого рода проводятся для каждого отдельного ПРЦ. Широко распространенными источниками ЭМП в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду ультракороткие волны ОВЧ и УВЧ-диапазонов.
Сравнительный анализ санитарно-защитных зон (СЗЗ) и зон ограничения застройки в зоне действия таких объектов показал, что наибольшие уровни облучения людей и окружающей среды наблюдаются в районе размещения РТПЦ «старой постройки» с высотой антенной опоры не более 180 м. Наибольший вклад в суммарную интенсивность воздействия вносят «уголковые» трех- и шестиэтажные антенны ОВЧ ЧМ-вещания.
Радиостанции ДВ (частоты 30 ÷ 300 кГц). В этом диапазоне длина волн относительно большая (например, 2000 м для частоты 150 кГц). На расстоянии одной длины волны (и меньше) от антенны поле может быть достаточно большим, например, на расстоянии 30 м от антенны передатчика мощностью 500 кВт, работающего на частоте 145 кГц, электрическое поле может быть выше 630 В/м, а магнитное – выше 1,2 А/м.
Радиостанции СВ (частоты 300 кГц ÷ 3 МГц). Данные для радиостанций этого типа говорят, что напряженность электрического поля на расстоянии 200 м может достигать 10 В/м, на расстоянии 100 м – 25 В/м, на расстоянии 30 м – 275 В/м (приведены данные для передатчика мощностью 50 кВт).
Радиостанции КВ (частоты 3 ÷ 30 МГц). Передатчики радиостанций КВ имеют обычно меньшую мощность. Однако они чаще размещаются в городах, могут быть размещены даже на крышах жилых зданий на высоте 10 ÷ 100 м. Передатчик мощностью 100 кВт на расстоянии 100 м может создавать напряженность электрического поля 44 В/м и магнитного поля 0,12 Ф/м.
Телевизионные передатчики располагаются, как правило, в городах. Передающие антенны размещаются обычно на высоте выше 110 м. С точки зрения оценки влияния на здоровье интерес представляют уровни поля на расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. Типичные значения напряженности электрического поля могут достигать 15 В/м на расстоянии 1 км от передатчика мощностью 1 МВт. Проблема оценки уровня ЭМП телевизионных передатчиков актуальна в связи с резким ростом числа телевизионных каналов и передающих станций.
Основной принцип обеспечения безопасности – соблюдение установленных Санитарными нормами и правилами предельно допустимых уровней электромагнитного поля. Каждый радиопередающий объект имеет Санитарный паспорт, в котором определены границы санитарно-защитной зоны. Только при наличии этого документа территориальные органы Госсанэпиднадзора разрешают эксплуатировать радиопередающие объекты. Периодически они производят контроль электромагнитной обстановки на предмет ее соответствия установленным ПДУ.
Спутниковая связь. Системы спутниковой связи состоят из приемопередающей станции на Земле и спутника, находящегося на орбите. Диаграмма направленности антенны станций спутниковой связи имеет ярко выраженный узконаправленный основной луч – главный лепесток. Плотность потока энергии (ППЭ) в главном лепестке диаграммы направленности может достигать нескольких сотен Вт/м 2 вблизи антенны, создавая также значительные уровни поля на большом удалении.
Например, станция мощностью 225 кВт, работающая на частоте 2,38 ГГц, создает на расстоянии 100 км ППЭ равное 2,8 Вт/м 2 . Однако рассеяние энергии от основного луча очень небольшое и происходит больше всего в районе размещения антенны.
Сотовая связь. Сотовая радиотелефония является сегодня одной из наиболее интенсивно развивающихся телекоммуникационных систем. Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ). Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения в УВЧ диапазоне. Важной особенностью системы сотовой радиосвязи является весьма эффективное использование выделяемого для работы системы радиочастотного спектра (многократное использование одних и тех же частот, применение различных методов доступа), что делает возможным обеспечение телефонной связью значительного числа абонентов. В работе системы применяется принцип деления некоторой территории на зоны, или «соты», радиусом обычно 0,5 ÷ 10 км. Базовые станции (БС) поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта (таблица 17) БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот 463 ÷ 1880 МГц. Антенны БС устанавливаются на высоте 15 ÷ 100 м от поверхности земли на уже существующих постройках (общественных, служебных, производственных и жилых зданиях, дымовых трубах промышленных предприятий и т.д.) или на специально сооруженных мачтах. Среди установленных в одном месте антенн БС имеются как передающие (или приемопередающие), так и приемные антенны, которые не являются источниками ЭМП. Исходя из технологических требований построения системы сотовой связи, диаграмма направленности антенн в вертикальной плоскости рассчитана таким образом, что основная энергия излучения (более 90 %) сосредоточена в довольно узком «луче». Он всегда направлен в сторону от сооружений, на которых находятся антенны БС, и выше прилегающих построек, что является необходимым условием для нормального функционирования системы.
БС являются видом передающих радиотехнических объектов, мощность излучения которых (загрузка) не является постоянной 24 часа в сутки. Загрузка определяется наличием владельцев сотовых телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и их желанием воспользоваться телефоном для разговора, что, в свою очередь, коренным образом зависит от времени суток, места расположения БС, дня недели и др. В ночные часы загрузка БС практически равна нулю, т.е. станции в основном «молчат».
Таблица 1.7. Краткие технические характеристики стандартов системы сотовой радиосвязи
| Наименование стандарта | Диапазон рабочих частот БС, МГц | Диапазон рабочих частот МРТ, МГц | Максимальная излучаемая мощность БС, Вт | Максимальная излучаемая мощность |
| МРТ Радиус «соты» NMT-450. Аналоговый | 463 ÷ 467,5 | 453 ÷ 457,5 | 1 Вт; 1 ÷ 40 м | |
| AMPS. Аналоговый | 869 ÷ 894 | 824 ÷ 849 | 0,6 Вт; 2 ÷ 20 км | |
| D-AMPS (IS-136). Цифровой | 869 ÷ 894 | 824 ÷ 849 | 0,2 Вт; 0,5 ÷ 20 км | |
| CDMA. Цифровой | 869 ÷ 894 | 824 ÷ 849 | 0,6 Вт; 2 ÷ 40 км | |
| GSM-900. Цифровой | 925 ÷ 965 | 890 ÷ 915 | 0,25 Вт; 0,5 ÷ 35 км | |
| GSM-1800 (DCS). Цифровой | 1805 ÷ 1880 | 1710 ÷ 1785 | 0,125 Вт; 0,5 ÷ 35 км |
Мобильный радиотелефон (МРТ) представляет собой малогабаритный приемопередатчик. В зависимости от стандарта телефона, передача ведется в диапазоне частот 453 ÷ 1785 МГц. Мощность излучения МРТ является величиной переменной, в значительной степени зависящей от состояния канала связи «мобильный радиотелефон – базовая станция», т.е. чем выше уровень сигнала БС в месте приема, тем меньше мощность излучения МРТ. Максимальная мощность находится в границах 0,125 ÷ 1 Вт, однако в реальной обстановке она обычно не превышает 0,05 ÷ 0,2 Вт. Вопрос о воздействии излучения МРТ на организм пользователя до сих пор остается открытым. Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран на биологических объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречащим, результатам. Неоспоримым остается тот факт, что организм человека «откликается» на наличие излучения сотового телефона.
При работе мобильного телефона электромагнитное излучение воспринимается не только приемником базовой станции, но и телом пользователя, и, в первую очередь, его головой. Что при этом происходит в организме человека, насколько это воздействие опасно для здоровья? Однозначного ответа на этот вопрос до сих пор не существует. Однако эксперимент ученых показал, что мозг человека не только ощущает излучение сотового телефона, но и различает стандарты сотовой связи.
Радиолокационные станции оснащены, как правило, антеннами зеркального типа и имеют узконаправленную диаграмму излучения в виде луча, направленного вдоль оптической оси. Радиолокационные системы работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные системы могут работать на частотах до 100 ГГц. Создаваемый ими ЭМ-сигнал принципиально отличается от излучения иных источников. Связано это с тем, что периодическое перемещение антенны в пространстве приводит к пространственной прерывистости облучения. Временная прерывистость облучения обусловлена цикличностью работы радиолокатора на излучение. Время наработки в различных режимах работы радиотехнических средств может исчисляться от нескольких часов до суток. Так у метеорологических радиолокаторов с временной прерывистостью 30 мин – излучение, 30 мин – пауза суммарная наработка не превышает 12 ч, в то время как радиолокационные станции аэропортов в большинстве случаев работают круглосуточно. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости обычно составляет несколько градусов, а длительность облучения за период обзора составляет десятки миллисекунд. Радары метрологические могут создавать на удалении 1 км ППЭ ~ 100 Вт/м 2 за каждый цикл облучения. Радиолокационные станции аэропортов создают ППЭ ~ 0,5 Вт/м 2 на расстоянии 60 м. Морское радиолокационное оборудование устанавливается на всех кораблях, обычно оно имеет мощность передатчика на порядок меньшую, чем у аэродромных радаров, поэтому в обычном режиме сканирование ППЭ, создаваемое на расстоянии нескольких метров, не превышает 10 Вт/м 2 . Возрастание мощности радиолокаторов различного назначения и использование остронаправленных антенн кругового обзора приводит к значительному увеличению интенсивности ЭМИ СВЧ-диапазона и создает на местности зоны большой протяженности с высокой плотностью потока энергии. Наиболее неблагоприятные условия - в жилых районах городов, в черте которых размещаются аэропорты.
Персональные компьютеры . Основным источником неблагоприятного воздействия на здоровье пользователя компьютера является средство визуального отображения информации на электронно-лучевой трубке. Ниже перечислены основные факторы его неблагоприятного воздействия.
Эргономические параметры экрана монитора:
Снижение контраста изображения в условиях интенсивной внешней засветки;
Зеркальные блики от передней поверхности экранов мониторов;
Наличие мерцания изображения на экране монитора.
Излучательные характеристики монитора:
Электромагнитное поле монитора в диапазоне частот 20 Гц ÷ 1000 МГц;
Статический электрический заряд на экране монитора;
Ультрафиолетовое излучение в диапазоне 200 ÷ 400 нм;
Инфракрасное излучение в диапазоне 1 050 нм ÷ 1 мм;
Рентгеновское излучение > 1,2 кэВ.
Компьютер как источник переменного электромагнитного поля. Основными составляющими частями персонального компьютера (ПК) являются: системный блок (процессор) и разнообразные устройства ввода/вывода информации: клавиатура, дисковые накопители, принтер, сканер и т.п. Каждый персональный компьютер включает средство визуального отображения информации, называемое по-разному – монитор, дисплей. Как правило, в его основе – устройство на основе электронно-лучевой трубки. ПК часто оснащают сетевыми фильтрами (например, типа «Pilot»), источниками бесперебойного питания и другим вспомогательным электрооборудованием. Все эти элементы при работе ПК формируют сложную электромагнитную обстановку на рабочем месте пользователя.
Таблица 1.8. Диапазон частот элементов ПК
Электромагнитное поле, создаваемое персональным компьютером, имеет сложный спектральный состав в диапазоне частот 0 ÷ 1000 МГц (таблица 1.9). Электромагнитное поле имеет электрическую (Е ) и магнитную (Н ) составляющие, причем взаимосвязь их достаточно сложна, поэтому оценка Е и Н производится раздельно.
Таблица 1.9. Максимальные зафиксированные на рабочем месте значения ЭМП
В части электромагнитных полей стандарту MPR II соответствуют российские санитарные нормы СанПиН 2.2.2.542-96. «Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным ЭВМ и организации работ».
Средства защиты пользователей от ЭМП. В основном из средств защиты предлагаются защитные фильтры для экранов мониторов. Они используются для ограничения действия на пользователя вредных факторов со стороны экрана монитора.
Введение
Тема реферата «Защита человека от вредного воздействия электромагнитного поля промышленной частоты» по дисциплине «Основы безопасности жизнедеятельности».
В настоящее время в быту и на производстве широко используются приборы и электроустановки различного назначения, распространяющие электромагнитные поля. Среди различных физических факторов окружающей среды, которые могут оказывать неблагоприятные воздействия на человека, большую опасность представляет электромагнитное поле (ЭМП) промышленной частоты 50 Гц.
Источники электромагнитных полей
Органы чувств человека не воспринимают электромагнитные поля. Человек не может контролировать уровень излучения и оценить грозящую опасность, своего рода электромагнитного смога. Электромагнитное излучение распространяется во всех направлениях и оказывает, прежде всего, воздействие на человека, работающего с прибором-излучателем, и на окружающую среду (в том числе и на другие живые организмы). Известно, что магнитное поле возникает вокруг любого предмета, работающего от электрического тока. Элементарным источником ЭМП является обычный проводник, по которому проходит переменный ток любой частоты, т.е. практически любой электроприбор, применяемый человеком в быту, является источником ЭМП.
Электрические сети, опутывающие стены наших квартир, хорошо можно увидеть в период их монтажа, еще до оштукатуривания стен. Это, прежде всего, разводка сетей ко всем розеткам и выключателям, а также кабели и различного вида удлинители электробытовых приборов. Добавьте сюда еще и кабели, питающие жилые дома от городских трансформаторных подстанций, разводку электросетей по этажам дома к электросчетчикам и средствам автоматической защиты каждой квартире, систему электропитания лифтов и освещения коридоров, подъездов домов и т.д.
В повседневной деятельности в условиях территории, занятой жилой и общественной застройкой, улицами, площадями общего пользования, человек также подвергается действию ЭМП промышленной частоты от разных источников.
Через жилые районы городов проложены воздушные линии электропередачи (ЛЭП). Воздушные ЛЭП глубокого ввода напряжением 10, 35 и 110 кВ, проходящие через жилую застройку, затрагивают небольшую часть жителей городов и населенных пунктов, но вызывают обоснованные жалобы с их стороны даже при отсутствии превышения предельно допустимых уровней (ПДУ) электромагнитного поля. Среди других источников электромагнитных полей промышленной частоты достаточно широко распространены открытые распределительные устройства трансформаторных подстанций, городской электротранспорт (контактные сети троллейбусов и трамваев) и железнодорожный электротранспорт, как правило, или приближенный к жилым корпусам, или перерезающий населенные пункты (села, города и пр.). Конечно, стены домов, особенно из железобетонных панелей, являются экранами и, тем самым, снижают уровень ЭМП, однако не учитывать воздействие внешних ЭМП на человека нельзя. В табл.1 приведены средние уровни электромагнитного поля на открытой территории и внутри жилых помещений, полученные для г. Оренбурга, который практически представляет собой среднестатистический промышленный район СНГ.
Помимо внутренних и внешних электросетей не следует забывать еще и внутренние и локальные источники ЭМП, максимально приближенные к человеку. К ним можно отнести физиотерапевтическую аппаратуру больниц, бытовые электропотребляемые радио- и электроприборы, питаемые от электросетей с промышленной частотой 50 Гц.
Замеры напряженности магнитных полей, создаваемых бытовыми электроприборами, показали, что их кратковременное воздействие оказывается даже более сильным, чем долговременное пребывание человека рядом с линиями электропередачи. Уровень напряженности магнитного поля на различных расстояниях от бытовых приборов до человека, мГс, приведен в табл. 2.
Широко распространенными источниками ЭМП в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду электромагнитные волны ВЧ и УВЧ-диапазонов. Сравнительный анализ санитарно-защитных зон и зон ограничения застройки в зоне действия таких объектов показал, что наибольшие уровни облучения людей и окружающей среды наблюдаются в районе размещения РТПЦ «старой постройки» с высотой антенной опоры не более 180 м. Наибольший вклад в суммарную интенсивность электромагнитного загрязнения вносят базовые станции сотовой связи, функциональные теле- и радиопередатчики, радиорелейные станции, радиолокационные станции, СВЧ-приборы. Отказываться от изобретений, облегчающих жизнь, конечно же, не стоит. Но, чтобы технический прогресс не стал из помощника врагом, следует лишь соблюдать некоторые правила и разумно использовать технические новшества. - системы производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии постоянного и переменного тока (0-3 кГц): электростанции, линии электропередачи (ВЛ), трансформаторные подстанции, домовые распределительные щиты электропитания, кабели электропитания, электропроводка, выпрямители и преобразователи тока); - бытовые приборы; - транспорт на электроприводе (0-3 кГц): железнодорожный транспорт и его инфраструктура, городской транспорт — метрополитен, троллейбусы, трамваи и т. п. — является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. Максимальные значения плотности потока магнитной индукции (В) в пригородных электричках достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл; - функциональные передатчики: радиовещательные станции низких частот (30 — 300 кГц), средних частот (0,3 — 3 МГц), высоких частот (3 — 30 МГц) и сверхвысоких частот (30 — 300 МГц); телевизионные передатчики; базовые станции систем подвижной (в т. ч. сотовой) радиосвязи; наземные станции космической связи; радиорелейные станции; радиолокационные станции и т.п. В длинном перечне источников электромагнитного загрязнения можно выделить в первую очередь те, с которыми приходится сталкиваться чаще всего.
Линии электропередачи
Провода работающей линии электропередачи (ЛЭП) создают в прилегающем пространстве электромагнитные поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии, достигает десятков метров. Дальность, распространение и величина поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс напряжения стоит в названии — например, ЛЭП 220 кВ), чем выше напряжение — тем больше зона повышенного уровня электромагнитного поля, при этом размеры зоны не изменяются в течение времени работы линии электропередачи. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются. Границы санитарно-защитных зон для линий электропередачи на действующих линиях определяются по критерию напряженности электрического поля — 1 кВ/м. К размещению воздушных линий ультравысоких напряжений (750 и 1150 кВ) предъявляются дополнительные требования по условиям воздействия электрического поля на население. Так, ближайшее расстояние от оси проектируемых воздушных линий электропередачи 750 и 1150 кВ до границ населенных пунктов должно быть, как правило, не менее 250 и 300 м соответственно.
Бытовые электроприборы
Наиболее мощными следует признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой «без инея», электроплиты, телевизоры, компьютеры. Реально создаваемое ЭМП в зависимости от конкретной модели и режима работы может сильно различаться среди оборудования одного типа. Значения электромагнитного поля тесно связаны с мощностью прибора. Причем степень загрязнения увеличивается в геометрической прогрессии с увеличением мощности.
Функциональные передатчики
Радиолокационные системы работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные системы могут работать на частотах до 100 ГГц. Создаваемый ими ЭМ-сигнал принципиально отличается от излучения иных источников. Связано это с тем, что периодическое перемещение антенны в пространстве приводит к пространственной прерывистости облучения. Временная прерывистость облучения обусловлена цикличностью работы радиолокатора на излучение. Время наработки в различных режимах работы радиотехнических средств может исчисляться от нескольких часов до суток. Так у метеорологических радиолокаторов с временной прерывистостью 30 мин — излучение, 30 мин — пауза, суммарная наработка не превышает 12 ч, в то время как радиолокационные станции аэропортов в большинстве случаев работают круглосуточно. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости обычно составляет несколько градусов, а длительность облучения за период обзора составляет десятки миллисекунд. Радары метеорологические могут создавать на удалении 1 км ППЭ ~ 100 Вт/м 2 за каждый цикл облучения. Радиолокационные станции аэропортов создают ППЭ ~ 0,5 Вт/м 2 на расстоянии 60 м. Морское радиолокационное оборудование устанавливается на всех кораблях, обычно оно имеет мощность передатчика на порядок меньшую, чем у аэродромных радаров, поэтому в обычном режиме сканирования ППЭ, создаваемое на расстоянии нескольких метров, не превышает 10 Вт/м 2 . Возрастание мощности радиолокаторов различного назначения и использование остронаправленных антенн кругового обзора приводит к значительному увеличению интенсивности ЭМИ СВЧ-диапазона и создает на местности зоны большой протяженности с высокой плотностью потока энергии. Наиболее неблагоприятные условия отмечаются в жилых районах городов, в черте которых размещаются аэропорты.
Сотовая связь
Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ). Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения. Важной особенностью системы сотовой радиосвязи является весьма эффективное использование выделяемого для работы системы радиочастотного спектра (многократное использование одних и тех же частот, применение различных методов доступа), что делает возможным обеспечение телефонной связью значительного числа абонентов. В работе системы применяется принцип деления некоторой территории на зоны, или «соты», радиусом обычно 0,5-10 километров. Базовые станции поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц. БС являются видом передающих радиотехнических объектов, мощность излучения которых (загрузка) не является постоянной 24 часа в сутки. Загрузка определяется наличием владельцев сотовых телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и их желанием воспользоваться телефоном для разговора, что, в свою очередь, коренным образом зависит от времени суток, места расположения БС, дня недели и др. В ночные часы загрузка БС практически равна нулю. Мобильный радиотелефон (МРТ) представляет собой малогабаритный приемопередатчик. В зависимости от стандарта телефона, передача ведется в диапазоне частот 453 — 1785 МГц. Мощность излучения МРТ является величиной переменной, в значительной степени зависящей от состояния канала связи «мобильный радиотелефон — базовая станция», т. е. чем выше уровень сигнала БС в месте приема, тем меньше мощность излучения МРТ. Максимальная мощность находится в границах 0,125-1 Вт, однако в реальной обстановке она обычно не превышает 0,05 — 0,2 Вт.
Вопрос о воздействии излучения МРТ на организм пользователя до сих пор остается открытым. Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран, включая Россию, на биологических объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречащим друг другу, результатам. Неоспоримым остается лишь тот факт, что организм человека «откликается» на наличие излучения сотового телефона.
Спутниковая связь
Системы спутниковой связи состоят из приемопередающей станции на Земле и спутника, находящегося на орбите. Диаграмма направленности антенны станций спутниковой связи имеет ярко выраженной узконаправленный основной луч — главный лепесток. Плотность потока энергии (ППЭ) в главном лепестке диаграммы направленности может достигать нескольких сотен Вт/м 2 вблизи антенны, создавая также значительные уровни поля на большом удалении. Например, станция мощностью 225 кВт, работающая на частоте 2,38 ГГц, создает на расстоянии 100 км ППЭ равное 2,8 Вт/м 2 . Однако рассеяние энергии от основного луча очень небольшое и происходит больше всего в районе размещения антенны.
Теле- и радиостанции
Телевизионные передатчики располагаются, как правило, в городах. Передающие антенны размещаются обычно на высоте выше 110 м. С точки зрения оценки влияния на здоровье интерес представляют уровни поля на расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. Типичные значения напряженности электрического поля могут достигать 15 В/м на расстоянии 1 км от передатчика мощностью 1 МВт. В России в настоящее время проблема оценки уровня ЭМП телевизионных передатчиков особенно актуальна в связи с резким ростом числа телевизионных каналов и передающих станций. Передающие радиоцентры (ПРЦ) размещаются в специально отведенных для них зонах и могут занимать довольно большие территории (до 1000 га). По своей структуре они включают в себя одно или несколько технических зданий, где находятся радиопередатчики, и антенные поля, на которых располагаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем (АФС). АФС включает в себя антенну, служащую для измерения радиоволн, и фидерную линию, подводящую к ней высокочастотную энергию, генерируемую передатчиком. Зону возможного неблагоприятного действия ЭМП, создаваемых ПРЦ, можно условно разделить на две части. Первая часть зоны — это собственно территория ПРЦ, где размещены все службы, обеспечивающие работу радиопередатчиков и АФС. Это территория охраняется и на нее допускаются только лица, профессионально связанные с обслуживанием передатчиков, коммутаторов и АФС. Вторая часть зоны — это прилегающие к ПРЦ территории, доступ на которые не ограничен и где могут размещаться различные жилые постройки, в этом случае возникает угроза облучения населения, находящегося в этой части зоны. Расположение ПРЦ может быть различным, например, в Москве и Санкт- Петербурге характерно размещение в непосредственной близости или среди жилой застройки. Широко распространенными источниками ЭМП в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду электромагнитные волны ВЧ и УВЧ-диапазонов.
Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства