Лекции по БЖД

Лекция  12

Электромагнитные  неионизирующие

излучения (промышленных  и  радиочастот)

 

1. Источники и характеристики электромагнитных полей радиочастот
2. Параметры электромагнитных излучений
3. Воздействие ЭМИ на человека
4. Нормирование ЭМИ
5. Защита от ЭМИ

 

1. Источники и характеристики электромагнитных полей радиочастот.

 

Известно, что электромагнитное излучение охватывает все эффекты  от радиоволн до рентгеновского излучения  и вся внешняя несхожесть этих явлений обусловлена лишь частотой волнового движения (или длиной волны). Говоря о полосе радиочастот мы имеем в виду диапазон от 60 кГц до 30000 кГц Электромагнитным излучением пронизано все окружающее пространство.

Источниками электромагнитных полей являются - атмосферное электричество, радиоизлучение солнца и галактик, квазистатические, электрические и магнитные поля Земли.

Как в производственной так  и в бытовой сфере широко используются электромагнитные поля, как переменные так и постоянные. Их применяют для индукционной и диэлектрической термообработки различных материалов, очистки полупроводников, выращивания полупроводниковых кристаллов, ионизирования газов, получения плазмы, обработки деталей, поддержания разряда при сварке в инертных газах, для сварки и прессования систематических материалов.

Источниками излучения электромагнитной энергии являются ЛЭП напряжением  до 1150 кВ, открытые распределительные  устройства, включающие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, соединительные шины и вспомогательные устройства (электрические поля промышленной частоты).

Источники постоянных магнитных  полей: электромагниты, соленоиды, импульсные установки, литые и металлокерамические магниты.

Электромагнитную энергию  излучают мощные радио- и телевизионные  станции. В радиоаппаратуре источниками излучения являются блоки передатчиков, устройства сложения мощностей, разделительные фильтры, антенные коммутаторы, антенные системы.

В установках индукционного  и диэлектрического нагрева - плавильные или закалочные индукторы,   трансформаторы,  конденсаторы и т. д.

 

2. Параметры электромагнитных излучений. 

 

Электромагнитные поля характеризуются  следующими параметрами:

• частота излучения f (Гц)
• напряженность электрического поля
• напряженность магнитного поля  
• плотность потока энергии

 

она показывает, какое количество энергии протекает за 1с сквозь площадку в 1 , расположенную перпендикулярно движению волны.

 

Важнейшие соотношения  между  характеристиками: При распространении э-м волн в вакууме или воздухе

 

Е=377 Н 

- основное соотношение для  волнового движения.

 

Плотность потока энергии (плотность  мощности) при излучении сферических волн она может быть выражена через мощность, подводимую к излучателю

 

                              (1)

 

- расстояние до источника  излучения.

 

Зоны электромагнитного  излучения. Выделяют три характерные зоны, обусловливающие воздействие ЭМИ на людей и технические устройства.

Зона излучения характеризуется  соотношением:

= -

 

 

-настолько больше зависит от излучателя.

  - Так называемая ближняя зона (зона индукции, в которой бегущая электромагнитная волна еще не сформировалась; электрическое и магнитное поля следует считать независимыми друг от друга - эту зону можно характеризовать как электрической, так и магнитной соответствующими поля).

 

- промежуточная зона, или зона  интерференции

          (начало)(конец)

Для ближней зоны и зоны интерференции  используются соответствующие формулы, связывающие напряженность поля и плотность потока энергии.

Эти зависимости используются для  выбора защиты, расчета экранов.

 

3. Воздействие  электромагнитных полей на организм  человека

 

Воздействие электромагнитных полей на человека зависит от:

1. Напряженности электрического и магнитного полей, потока энергии.
2. Частоты колебаний.
3. Размера облучаемой поверхности тела.
4. Индивидуальных особенностей организма.
5. Комбинированным действиям совместно с другими факторами производственной среды:

 

т. е. можно записать:

 

Воздействие электромагнитного  поля на человека можно свести к:

1. Тепловому действию
2. Специфическому действию на ткани человека как биологические объекты.
1. Механизм воздействия электромагнитного поля следующий (поглощение энергии поля тканями тела человека).

         В  электрическом поле атомы и  молекулы тканей организма поляризуются, а полярные молекулы (например, воды) ориентируются по направлению распространения электромагнитного поля. Таким образом в электролитах (жидких составляющих тканей, крови и т.п.) появляются ионные токи. Переменное электрическое поле вызывает нагрев тканей человека как за счет переменной поляризации диэлектрика (сухожилия, хрящи и т.д.), так и за счет появления токов проводимости. Тепловой эффект является следствием поглощения тканями энергии электромагнитного поля. Чем больше напряженность поля и время действия, тем сильнее эффект. До определенного предела избыточная теплота отводится за счет нагружения механизма терморегуляции. Но начиная с - называется тепловым порогом.

организм не справляется  с отдачей теплоты и температура  тела повышается. При этом наблюдается локально изображенный нагрев тканей, отдельных органов и клеток. Дело в том, что электромагнитные поля наиболее интенсивно действуют на органы с большим содержанием воды. Зачастую эти же органы обладают и слабой терморегуляцией (глаза, хрусталик глаза, мозг, почки, желчный пузырь, желудок), так что для них электромагнитные поля наиболее опасны. Например, облучение глаз вызывает помутнение хрусталика (катаракту), которая обнаруживается через несколько дней или недель после облучения. Именно установленная величина теплового порога, была взята за основу американскими компетентными ведомостями, устанавливавших нормы для работы с СВЧ-излучением (обслуживание радаров и других систем). При меньших плотностях излучения - время работы было не ограничено.

В то же время в работах советских  ученых (акад. Н.Д. Девятков) показано, что  не все вредные эффекты сводятся к тепловому воздействию.

Специфическое воздействие электромагнитных полей сказывается при интенсивности поля значительно меньше теплового порога. Электромагнитные поля изменяют ориентацию молекулы или цепей молекул в соответствии с направлением силовых линий поля, тем самым ослабляют биохимическую активность белковых молекул, приводят к изменению структуры клеток крови, ее состава, эндокринной системы, к трофическим заболеваниям (например, выпадение волос, ломкость ногтей и др.). Встречается при этом и специфическое кожное заболевание «Эффект жемчужной нити» (появление на коже ряда последовательно расположенных пузырьков, наполненных жидкостью).

Воздействие электромагнитных полей может также приводить  к функциональным изменениям в нервной и сердечно-сосудистой системах (повышенная утомляемость, нарушения сна, артериального давления, боли в области сердца, нервно-психические расстройства, а также онкозаболевания, нарушение репродуктивной способности (влияние на сперматогенез).

Следует учитывать опасность, связанную  с использованием в быту нагревателей, работающих на частоте 2 - 200 мГц (резонанс при 20 - 80 мГц).

При расстоянии от человека до источника  необходим другой подход к опасности облучения, так как при этом возникают поверхностные токи на отдельных участках кожи человека. Это может привести к местному перегреву ткани, а также вызвать хронический тепловой эффект, который приводит к тератогенной опасности. Это в значительной степени относится, например, к химической промышленности, производящей изделия из пластмасс, где большинство рабочих - женщины.

Что касается полей промышленной частоты, то напряженность магнитного поля здесь не превышает 25, а вредное биологическое действие (установленное современными методами исследования) появляется при напряженностях 150-200. Поэтому основным параметром, характеризующим биологическое действие электромагнитного поля промышленной частоты является электрическая напряженность. Электрическое поле влияет непосредственно на ЦНС и на мозг, боли в сердце, изменение кровяного давления. Кроме того, электрическое поле обусловливает возникновение разряда между человеком и металлическим предметом, имеющим другой потенциал. Ток разряда может вызвать судороги.

Длительное воздействие ЭМВ  на организм людей, живущих вблизи источника  ЭМВ, может привести к возникновению  болезни. У лиц, систематически в течение 1 - 10 лет подвергавшихся воздействию ЭМВ метрового диапазона (УВЧ) обнаружили не резко выраженные функциональные расстройства центральной нервной системы в виде вегетативно-сосудистой дисфункции и неврастенического синдрома.

 

4. Нормирование  электромагнитных излучений

 

Оценка воздействия ЭМИ  радиочастот на человека согласно СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 осуществляется по следующим параметрам:

По  энергетической экспозиции, которая определяется интенсивностью ЭМИ и временем воздействия на человека. оценка по энергетической экспозиции применяется для лиц, работа и обучение которых связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния ЭМИ радиочастот (кроме лиц ло 18 лет и беременных женщин) при условии прохождения этими лицами в установленном порядке предварительных и периодических медицинских осмотров и получении положительного заключения по данным осмотра.

По  значениям интенсивности ЭМИ  радиочастот; такая оценка применяется для лиц, работа и обучение которых не связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния источников ЭМИ, для лиц, не проходящих медицинских осмотров, или же при наличии отрицательного заключения по результатам медосмотра по данному фактору, для работающих и учащихся, не достигших 18-летнего возраста, беременных женщин, для лиц, находящихся в жилых и общественных помещениях, подвергающихся действию внешнего ЭМИ радиочастот (кроме зданий и помещений передающих радиотехнических объектов), для лиц, находящихся на территории жилой застройки и в местах массового отдыха.

 Энергетическая нагрузка, представляющая собой суммарный  поток энергии, проходящий через единицу площади  ЭН = J×T,  или ЭН = ППЭ×Т, где ППЭ - плотность потока энергии (обозначение   J  в нормативных документах)

Опасность действия электромагнитного  поля на человека оценивается:

• в диапазоне 60 кГц - 300 МГц – значениями напряженности Е и Н, энергетическая экспозиция по электрической и магнитной составляющей определяется как

 

ЭЭ_Е = Е²Т [В/м×ч],

ЭЭ_Н = Н²Т [А/м×ч]

 

• в диапазоне 300 МГц - 300 ГГц  интенсивность определяется ППЭ (поверхностной плотностью потока энергии излучения) и ЭН (энергетической нагрузкой)

Напряженность ЭМП в диапазоне частот 60 Гц - 300 МГц на рабочих местах персонала в течение рабочего дня не должна превышать установленных ПДУ.

Допускаются уровни вышеуказанных (но не более чем в 2 раза) в случаях, когда воздействие ЭМП происходит в 1/2 рабочего времени. Предельно допустимые значения плотности потока энергии (ППЭ) в диапазоне 300 МГц - 300 ГГц определяются из допустимой энергетической нагрузки на организм (ЭН).

                ППЭ_ПДУ=ЭН_ПДУ/Т

 

• ППЭ_ПДУ- Предельно допустимые значения плотности потока энергии , ЭН_ПДУ- нормативная величина ЭН за рабочий день, равна 2 (200 ) для всех случаев облучения, (исключая облучение от вращающихся и сканирующих антенн) с частотой вращения или сканирования не более 1 Гц и скважностью не менее 50; Т - время пребывания в зоне облучения за рабочую смену,

Максимальное значение ППЭ_ПДУ не должны превышать 10 = 1000 .

Облучение электрическим  полем токов промышленной частоты  нормируется ГОСТ 12.1.002-75 как по величине напряженности Е, так и по Т.

Нормирование  постоянных магнитных полей - СМ 1748-72.

Для электромагнитной и промышленной частоты нормы допустимых уровней  напряженностей электрических полей  зависят от времени пребывания в зоне. Для каждого Е - свое дополнительное время Т. При 8-ми часовом рабочем режиме Е_доп = 5 кВ/м.

Нормирование ЭМП промышленной частоты.  Излучение ЭМП токов промышленной частоты относится к области таких частот зоны индукции, распространяющейся на сотни километров. Таким образом, здесь магнитное и электрическое составляющие поля должны учитываться отдельно. Но неблагоприятные воздействия магнитного поля (по данным на сегодняшний день) проявляются при напряженности А магнитного поля - 160 200 А/м. Практически при обслуживании даже мощных установок А 20 25 А/м. Поэтому для ЭМП промышленной частоты учитывается только величина Е (напряженность электрического поля). В зависимости от значения Е устанавливается время Т допустимого пребывания работающего в зоне электрических полей: