Влияние электромагнитных полей и электростатических разрядов на организм человека
ЗАЩИТА ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Бурное развитие машиностроительных отраслей народного хозяйства привело к использованию в некоторых производствах электромагнитных волн. Причем в ряде случаев человек оказыВнвается подвержен их воздействию. Электромагнитные волны, взаимодействуя с тканями тела человека, вызывают определенные функциональные изменения. При интенсивном облучении эти изменения могут оказать вредное воздействие на организм чеВнловека. Знание природы воздействия электромагнитных волн на организм человека, норм допустимых облучений, методов конВнтроля интенсивности излучений и средств защиты от них является совершенно необходимым для специалистов машиностроения в их многогранной практической деятельности.
Электромагнитное поле тАФ это особая форма материи, предВнставляющая собой взаимосвязанные электрическое и магнитное поля.
Энергия электромагнитного поля может переходить в другие формы энергии. Фактически само существование жизни на Земле обусловлено преобразованием электромагнитной энергии (энерВнгии солнечных лучей) в тепловую, химическую и другие виды энергии.
Действие электромагнитного излучения на организм человека в основном определяется поглощенной в нем энергией. Известно, что излучение, попадающее на тело человека, частично отражаВнется и частично поглощается в нем. Поглощенная часть энергии электромагнитного поля превращается в, тепловую энергию. Эта часть излучения проходит через кожу и распространяется в организме человека в зависимости от электрических свойств тканей (абсолютной диэлектрической проницаемости, абсолютной магнитной проницаемости, удельной проводимости) и частоты коВнлебаний электромагнитного поля.
Существенные различия электрических свойств кожи, подВнкожного жирового слоя, мышечной и других тканей обусловлиВнвают сложную картину распределения энергии излучения в орВнганизме человека. Точный расчет распределения тепловой энергии, выделяемой в организме человека при облучении, практически невозможен. Тем не менее, можно сделать следующий вывод: волны миллиметрового диапазона поглощаются поверхностными слоями кожи, сантиметрового тАФ кожей и подкожной клетчаткой, дециметрового тАФ внутренними органами.
Кроме теплового действия электромагнитные излучения вызыВнвают поляризацию молекул тканей тела человека, перемещение ионов, резонанс макромолекул и биологических структур, нервВнные реакции и другие эффекты.
Из сказанного следует, что при облучении человека электромагнитными волнами в тканях его организма происходят сложнейшие физико-биологические процессы, которые могут явиться причиной нарушения нормального функционирования как отдельВнных органов, так и организма в целом.
Люди, работающие под чрезмерным электромагнитным излуВнчением, обычно быстро утомляются, жалуются на головные боли, общую слабость, боли в области сердца. У них увеличивается потливость, повышается раздражительность, становится тревожВнным сон. У отдельных лиц при длительном облучении появляются судороги, наблюдается снижение памяти, отмечаются трофичеВнские явления (выпадение волос, ломкость ногтей и т. д.).
Нормы допустимого облучения устанавливаются для обеспеВнчения безопасных условий труда обслуживающего персонала исВнточников излучения и всех окружающих лиц.
Напряженность электромагнитных полей на рабочих местах не должна превышать:
1) по электрической составляющей: в диапазоне частот 60 кГцтАФ3 МГц тАФ 50. В/м; 3тАФ30 МГц тАФ 20. В/м; 30тАФ50 МГц тАФ 10 В/м; 50тАФ300 МГц тАФ 5 В/м;
2) по магнитной составляющей: в диапазоне частот 60 кГцтАФ 1, 5 МГц тАФ 5 А/м; 30 МГцтАФ50 МГц тАФ 0, 3 А/м.
Предельно допустимая плотность потока энергии электромагВннитных полей в диапазоне частот 300 МГц тАФ 300 ГГц и время пребывания на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала, связанного профессионально с воздействием полей (кроме случаев облучения от вращающихся и сканирующих антенн), взаимосвязаны следующим образом: пребывание в теВнчение рабочего дня тАФдо 0, 1 Вт/м2; пребывание не более 2чтАФ 0, 1тАФ1 Вт/м2, в остальное рабочее время плотность потока энергии не должна превышать 0, 1 Вт/м2; пребывание не более 20 мин тАФ 1тАФ10 Вт/м2 при условии пользования защитными очками. В остальВнное рабочее время плотность потока энергии не должна превышать 0, 1 Вт/м2.
Напряженность электрического поля промышленной частоты (50 Гц) в электроустановках напряжением 400 кВ и выше для персонала, систематически (в течение каждого рабочего дня) обслуживающего их, не должна превышать при пребывании чеВнловека в электрическом поле: без ограничения временитАФдо 5 кВ/м; не более 180 мин в течение одних суток 5тАФ10 кВ/м; не более 90 мин в течение одних суток 10тАФ15 кВ/м; не более 10 мин
в течение одних суток 15-30 кВ/м; не более 5 мин в течение суток 20-25 кВ/м. Остальное время суток человек должен I наВнходиться в местах, где напряженность электриВнческого поля не превыВншает 5 кВ/м.
Если облучение людей превышает указанные преВндельно допустимые уровни, то необходимо применять защитные средства.
Защита человека от опасного воздействия элекВнтромагнитного облучения осуществляется рядом споВнсобов, основными из котоВнрых являются: уменьшение излучения непосредственно от самого источника, экранирование источника излучения, экранирование рабочего места, поглощение электромагнитной энергии, примеВннение индивидуальных средств защиты, организационные меры защиты.
Для реализации этих способов применяются: экраны, поглотительные материалы, аттенюаторы, эквивалентные нагрузки и индивидуальные средства.
Экраны предназначены для ослабления электромагнитного поля в направлении распространения волн. Степень ослабления зависит от конструкции экрана и параметров излучения. СущестВнвенное влияние на эффективность защиты оказывает также .маВнтериал, из которого изготовлен экран.
Толщину экрана, обеспечивающую необходимое ослабление, можно рассчитать. Однако расчетная толщина экрана обычно мала, поэтому она выбирается из конструктивных соображений. При мощных источниках излучения, особенно при длинных волВннах, толщина экрана может быть принята расчетной.
Толщина экрана в основном определяется частотой и мощностью излучения и мало зависит от применяемого металла.
Очень часто для экранирования применяется металлическая сетка. Экраны из сетки имеют ряд преимуществ. Они просматриВнваются, пропускают поток воздуха, позволяют достаточно быстро ставить и снимать экранирующие устройства.
Экранированию подлежат генераторы, фидерные линии, элеВнменты высоковольтных электроустановок, разъемы рабочих конВнтуров, индукционные катушки, рабочие конденсаторы, смотроВнвые окна и установки в целом. Конструкция экрана в каждом отВндельном случае должна обеспечивать наибольший эффект экраВннирования. Приведем несколько примеров.
Для экранирования индукционной катушки применяется циВнлиндрический экран. Устанавливается он так, как показано на рис. 1, а. Излучение при этом происходит через открытые концы цилиндра. Эффективность такого экрана Э, т. е. величина, показывающая, во сколько раз экран ослабляет поле на рабочем месте, может быть определена по формуле
Э = е3,6l / D (1)
где l тАФ расстояние от катушки до краев цилиндра; D тАФ диаметр цилиндра.
Из формулы (1) видно, что более длинный цилиндр дает лучший эффект.
На рис. 1, б показана конструкция экрана рабочего конВнденсатора высокочастотной установки, применяемого, как и инВндукционная катушка, для термической обработки изделий. Он представляет собой отрезок прямоугольной трубы.
Расстояние между экраном и конденсатором должно быть не менее расстояния между обкладками. Эффективность такого экрана может быть определена по формуле
Э = еπl / a (2)
где l тАФ расстояние от конденсатора до конца экрана; а тАФ ширина экрана.
Более длинный экран в этом случае дает лучший результат.
При экранировании ослабление излучения осуществляется за счет отражения части энергии от экрана. Следовательно, в тех случаях, когда отраженная энергия может представлять опасность или вносить помехи, применять экранирование нецелесообразно.
Поглотительный материал осуществляет защиту путем преВнвращения энергии электромагнитного поля в тепловую. В качестве поглотительного материала применяют каучук, пенополистирол, ферромагнитный порошок со связывающим диэлектриком, волоВнсяные маты, пропитанные графитом, и другие материалы.
Для повышения поглотительной способности материала ему придают такую форму, чтобы волны испытывали многократное отВнражение (рис. 2). Это приводит к неоднократному прохождеВннию электромагнитных волн через поглотительный материал, что обеспечивает хорошее поглощение при незначительной толВнщине материала. Кроме того, многократное отражение волн приВнводит к взаимному их уничтожению. Использование таких маВнтериалов особенно эффективно в диапазонах высоких и сверхВнвысоких частот излучения.
Для того, чтобы значительная часть энергии не отражалась от поглотительного материала, его волновое сопротивление должно быть близким к волновому сопротивлению воздуха Z0. Это возможно при условии
(3)
где μп, εп тАФ соответственно магнитная и электрическая прониВнцаемость поглотительного материала.
Если условие (3) не выполняется, то поглотительный маВнтериал покрывается согласующим слоем диэлектрика. Волновое сопротивление согласующего слоя должно удовлетворять условию
где Z п тАФ волновое сопротивление поглотительного материала.
Хорошие результаты дает совместное применение экрана и поглотительного материала. Поглотительный материал наносится на металлический лист, выполняющий роль экрана. Эта конВнструкция обеспечивает двукратное прохождение электромагнитВнной волны через поглотительный материал. Если толщину погВнлотительного материала выбрать соизмеримой с четвертью длины волны, то прямая и отраженная волны будут иметь сдвиг по фазе 180В° и взаимно уничтожаются. Недостатком этой конструкВнции является то, что она эффективна только в узком диапазоне частот.
Индивидуальные средства предназначены для защиты человека или отдельных его органов при работе в сильных электромагнитВнных полях. Они применяются в тех случаях, когда другие меры защиты не могут быть использованы или не обеспечивают необВнходимого ослабления излучения. К индивидуальным средствам относятся защитные халаты, комбинезоны, очки. Все эти средства защиты являются своеобразными экранами. Их защитные свойства определяются степенью отражения волн.
В качестве материала для защитных халатов и комбинезонов используется специальная ткань, в структуре которой тонкие металлические нити скручены с хлопчатобумажными нитями, что придает ткани плотность, эластичность и теплозащитные свойВнства. Защитные свойства такой ткани следующие:
Длина волны, см ...... тАжтАжтАжтАжтАж.0,8 3,2 10 50
Ослабление излучения, дБтАжтАжтАжтАжтАж20 28 38 40
Индивидуальные средства защиты должны применяться в исВнправном состоянии, а их защитные свойства периодически проВнверяться.
Организационные меры защиты должны быть направлены на обеспечение безопасных условий труда при использовании элекВнтромагнитной энергии. Они должны учитываться прежде всего при организации производства, рабочего места и режима труда. Наибольшее значение при этом необходимо уделять выбору расВнстояния от источника излучения до рабочего места и сокращеВннию времени пребывания человека в электромагнитном поле. Эти меры иногда называются соответственно тАЬзащита расстояниемтАЭ в тАЬзащита временемтАЭ.
С учетом эффективности защиты расстоянием санитарными нормами установлено, что на каждую действующую установку в закрытом помещении мощностью до 30 кВт должно приходиться не менее 25 м2 площади и не менее 40 м2 для установок большей мощности. Для вновь монтируемых установок площади должны быть предусмотрены в 1,5тАФ2 раза больше
Эффективность защиты временем не вызывает сомнения. ОдВннако применять ее следует только в тех случаях, когда другие меры и средства не обеспечивают безопасных условий труда. Это объясняется тем, что сокращение времени нахождения на раВнбочем месте под облучением практически всегда ведет к снижению производительности труда. Защита временем может осуществляВнться путем смены работающих, частичной автоматизацией проВнцессов, дистанционным управлением установкой, перерывом в раВнботе и т. и.
Контроль уровней облучения должен производиться путем измерения нормируемого параметра электромагнитного поля на рабочем месте не реже двух раз в год, а также при вводе в дейстВнвие новых источников излучения при реконструкции действующих установок, после ремонтных работ; при опытных и исследоваВнтельских работах уровни облучения необходимо проверять при каждом изменении условий труда.
Измерения в каждой выбранной точке производятся не менее трех раз. Результат каждого измерения фиксируется в протоколе. За уровень электромагнитного облучения в данной точке приниВнмается среднеарифметическое трех измерений. Измерения произВнводятся специально разработанными для этой цели приборами ИЭМП (диапазон высоких частот), ПО-1 (диапазон сверхвысоких частот), ПЗ-1 (промышленная частота) и др.
ЗАЩИТА ОТ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ НА ПРОИЗВОДСТВЕ
При статической электризации во время технологических проВнцессов, сопровождающихся трением, размельчением твердых чаВнстиц, пересыпанием сыпучих тел, переливанием жидкостей-диВнэлектриков на изолированных от земли металлических частях производственного оборудования возникает относительно земли электрическое напряжение порядка десятков киловольт.
Так, при движении резиновой ленты транспортера и в устройствах ременной передачи на ленте (ремне) и на роликах (шкивах) возникают электростатические заряды противоположных знаков большей величины, а потенциалы их: достигают 45 кВ. Основную роль при этом играют влажность и давление воздуха и состояние поверхностей лент (ремней) и роликов (шкивов), а также скорость относительного движения (пробуксовки). Аналогично происходит электризация: и при сматывании тканей, бумаги, пленки и. др.
При относительной влажности воздуха 85% и более электростатических зарядов обычно не возникает.
В аэрозолях электрические заряды образуются от трения чаВнстиц пыли друг о друга и о воздух.
Причинами электризации пыли могут быть непосредственная адсорбция заряда из окружающего воздуха вместе с адсорбируемым газом. Потенциалы заряженных частиц пыли могут достиВнгать значений: до 10 кВ в зависимости от концентрации пыли в воздухе, размера и скорости движения частиц пыли и относиВнтельной влажности воздуха.
Применяемое на электроподстанциях минеральное (трансформаторное) масло в процессе его переливания (например, слив из цистерны в бак) также подвергается электризации. В случае, если металлическая емкость или автоцистерна не заземлены, то в проВнцессе налива они окажутся электрически заряженными.
Электрические заряды на частях производственного оборудоВнвания могут взаимно нейтрализоваться при некоторой электроВнпроводности влажного воздуха, а также стекать в землю по поВнверхности оборудования. Но в отдельных случаях; когда электростатические заряды велики, а влажность воздуха незначительна, может возникнуть быстрый искровой разряд между частями оборудования или разряд на землю.
Энергия такой электрической искры может оказаться достаВнточно большой для воспламенения горючей или взрывоопасной смеси. Например, для многих паро- и газовоздушных взрывоопасВнных смесей требуется сравнительно небольшая энергия восплаВнменения, всего лишь около (0,2тАФ0,5)10-3 Вт.с.
Практически при напряжении 3000 В искровой разряд может вызвать воспламенение почти всех паро- и газовоздушных смеВнсей, а при 5000 В воспламенение большей части горючих пылей и волокон.
Таким образом, возникающие в производственных условиях электростатические заряды могут служить импульсом, способным при наличии горючих смесей вызвать пожар и взрыв. В ряде слуВнчаев статическая электризация тела человека и затем последуюВнщие разряды с тела человека на землю или заземленное проВнизводственное оборудование, а также электрический разряд с незаземленного оборудования через тело человека на землю могут вызывать нежелательные болевые и нервные ощущения и быть причиной непроизвольного резкого движения человека, в резульВнтате которого он может получить ту или иную механическую травВнму (ушибы, ранение).
Устранение опасности возникновения электростатических заВнрядов достигается следующими мерами: заземлением производВнственного оборудования и емкостей для хранения легковосплаВнменяющихся и горючих жидкостей; увеличением электропроводВнности поверхностей электризующихся тел путем повышения влажВнности воздуха или применением антистатических примесей к осВнновному продукту (жидкости, резиновые изделия и др.); иониВнзацией воздуха с целью увеличения его электропроводности.
Каждая система аппаратов и трубопроводов, заполняемых электризуемыми жидкостями, должна быть в пределах цеха заВнземлена не менее чем в двух местах. Автоцистерны во время налива или слива горючих жидкостей должны быть заземлены.
Эффективным методом для устранения электризации нефтеВнпродуктов является метод введения в основной продукт специВнальных антистатических веществ (присадок).
Кроме того, для уменьшения статической электризации при сливе нефтепродуктов и других горючих жидкостей необходимо избегать падения и разбрызгивания струи с высоты, поэтому сливной шланг (рукав) следует опускать до самого дна цистерны или другой какой-либо емкости. Металлические наконечники этих сливных шлангов во избежание проскакивания искр на землю или заземленные части оборудования следует заземлять гибким медным проводником.
В качестве присадки для увеличения электропроводности неВнфтепродуктов применяют в количестве около 0,001тАФ0,003% олеат хрома, что практически не влияет на их физико-химические свойства.
Антистатические вещества (графит, сажа) вводят и в состав резинотехнических изделий, что повышает их электропроводность. Так, резиновые шланги для налива и перекачки легковоспламеняВнющихся жидкостей изготовляют из маслобензостойкой электроВнпроводящей резины, что в значительной степени снижает опасВнность воспламенения этих жидкостей при переливании их в передвижные емкости (автоцистерны, железнодорожные цисВнтерны).
Вместе с этим смотрят:
ВодаВодные ресурсыВодные ресурсы и проблемы их рационального использованияВодоподготовка