Защита от электромагнитных полей
ЗАЩИТА ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Источники электромагнитных полей радиочастот и их характеристика
Источниками электромагнитных полей (ЭМП) являВнются: атмосферное электричество, радиоизлучения, элекВнтрические и магнитные поля Земли, искусственные исВнточники (установки ТВЧ, радиовещание и телевидение, радиолокация, радионавигация и др.). Источниками изВнлучения электромагнитной энергии являются мощные телевизионные и радиовещательные станции, промышленВнные установки высокочастотного нагрева, а также мноВнгие измерительные, лабораторные приборы. Источниками излучения могут быть любые элементы, включенные в выВнсокочастотную цепь.
Токи высокой частоты применяют для плавления меВнталлов, термической обработки металлов, диэлектриков и полупроводников и для многих других целей. Для научных исследований в медицине применяют токи ультВнравысокой частоты, в радиотехнике тАФ токи ультравыВнсокой и сверхвысокой частоты. Возникающие при исВнпользовании токов высокой частоты электромагнитные поля представляют определенную профессиональную вредность, поэтому необходимо принимать меры защиты от их воздействия на организм.
Токи высокой частоты создают в воздухе излучения, имеющие ту же электромагнитную природу, что и инфраВнкрасное, видимое, рентгеновское и гамма-излучение. РазВнличие между этими видами энергии тАФ в длине волны и часВнтоте колебаний, а значит, и в величине энергии кванта, составляющего электромагнитное поле. ЭлектромагнитВнные волны, возникающие при колебании электрических
зарядов (при прохождении переменных токов), называВнются радиоволнами.
Электромагнитное поле характеризуется длиной волВнны λ,м или частотой колебания f, Гц:
λ = сТ == elf, или с == λf, (45)
где с = 3 тАв 10s м/с тАФ скорость распространения радиоВнволн, равная скорости света; f тАФ частота колебаний, Гц;
Т = 1// тАФ период колебаний.
Интервал длин радиоволн тАФ от миллиметров до деВнсятков километров, что соответствует частотам колебаний в диапазоне от 3 тАв 104 Гц до 3 тАв 10" Гц (рис. 17).
Интенсивность электромагнитного поля в какой-либо точке пространства зависит от мощности генаратора и расстояния от него. На характер распределения поля в помещении влияет наличие металлических предметов и конструкций, которые являются проводниками, а также диэлектриков, находящихся в ЭМП.
Источники электромагнитных полей промышленной частоты в электроустановках сверхвысокого напряжения (СВН)
При эксплуатации электроэнергетических устаноВнвок тАФ открытых распределительных устройств (ОРУ) и воздушных ЛЭП напряжением выше 330 кВ тАФ в простВнранстве вокруг токоведущих частей действующих элекВнтроустановок возникает сильное электромагнитное поле, влияющее на здоровье людей. В электроустановках напряжением ниже 330 кВ возникают менее интенсивВнные электромагнитные поля, не оказывающие отрицаВнтельного влияния на биологические объекты.
Эффект воздействия электромагнитного поля на биоВнлогический объект принято оценивать количеством элекВнтромагнитной энергии, поглощаемой этим объектом при нахождении его в поле. При малых частотах (в данном случае 50 Гц) электромагнитное поле можно рассматриВнвать состоящим из двух полей (электрического и магнитВнного), практически не связанных между собой. ЭлектриВнческое поле возникает при наличии напряжения на токоВнведущих частях электроустановок, а магнитное тАФ при прохождении тока по этим частям. Поэтому допустимо рассматривать отдельно друг от друга влияние, оказываВнемое ими на биологические объекты.
Установлено, что в любой точке поля в электроустаВнновках сверхвысокого напряжения (50 Гц) .поглощенВнная телом человека энергия магнитного поля примерно в 50 раз меньше поглощенной им энергии электрического поля (в рабочих зонах открытых распределительных устройств и проводов ВЛ-750 кВ напряженность магнитВнного поля составляет 20тАФ25 А/м при опасности вредного влияния 150тАФ200 А/м).
На основании этого был сделан вывод, что отрицаВнтельное действие электромагнитных полей электроустаВнновок сверхвысокого напряжения (50 Гц) обусловлено электрическим полем, то есть нормируется напряженВнность Е, кВ/м.
В различных точках пространства вблизи электроВнустановок напряженность электрического поля имеет разные значения и зависит от ряда факторов: номинальВнного напряжения, расстояния (по высоте и горизонтали) рассматриваемой точки от токоведущих частей и др.
Воздействие электромагнитных полей на организм человека
Промышленная электротермия, в которой применяютВнся токи радиочастот для электротермической обработки маВнтериалов и изделий (сварка, плавка, ковка, закалка, пайВнка металлов; сушка, спекание и склеивание неметаллов), широкое внедрение радиоэлектроники в народное хозяйВнство позволяют значительно улучшить условия труда, снизить трудоемкость работ, добиться высокой экономичВнности процессов производства. Однако электромагнитныеизлучения радиочастотных установок, воздействуя на организм человека в дозах, превышающих допустимые, могут явиться причиной профессиональных заболеваВнний. В результате возможны изменения нервной, сердечВнно-сосудистой, эндокринной Я других систем организма человека.
Действие электромагнитных полей на организм челоВнвека проявляется в функциональном расстройстве центВнральной нервной системы; субъективные ощущения при этом тАФ повышенная утомляемость, головные боли и т. п. Первичным проявлением действия электромагнитной энергии является нагрев, который может привести к изВнменениям и даже к повреждениям тканей и органов. МеВнханизм поглощения энергии достаточно сложен. ВозможВнны также перегрев организма, изменение частоты пульВнса, сосудистых реакций. Поля сверхвысоких частот могут оказывать воздействие на глаза, приводящее к возВнникновению катаракты (помутнению хрусталика). МноВнгократные повторные облучения малой интенсивности могут приводить к стойким функциональным расстройВнствам центральной нервной системы. Степень биологичеВнского воздействия электромагнитных полей на организм человека зависит от частоты колебаний, напряженности и интенсивности поля, длительности его воздействия. Биологическое воздействие полей разных диапазонов неодинаково. Изменения, возникающие в организме под воздействием электромагнитных полей, чаще всего обратимы.
В результате длительного пребывания в зоне дейВнствия электромагнитных полей наступают преждевременВнная утомляемость, сонливость или нарушение сна, появВнляются частые головные боли, ""наступает расстройство нервной системы и др. При систематическом облучении наблюдаются стойкие нервно-психические заболевания, изменение кровяного давления, замедление пульса, троВнфические явления (выпадение волос, ломкость ногтей и т. п.).
Аналогичное воздействие на организм человека окаВнзывает электромагнитное поле промышленной частоты в электроустановках сверхвысокого напряжения. ИнтенВнсивные электромагнитные поля вызывают у работающих нарушение функционального состояния центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы и перифеВнрической крови. При этом наблюдаются повышенная
утомляемость, вялость, снижение точности рабочих двиВнжений, изменение кровяного давления и пульса, возникВнновение болей в сердце (обычно сопровождается аритВнмией) , голов ные боли.
Предполагается, что нарушение регуляции физиолоВнгических функций организма обусловлено воздействием поля на различные отделы нервной системы. При этом повышение возбудимости центральной нервной системы происходит за счет рефлекторного действия поля, а торВнмозной эффект тАФ за счет прямого воздействия поля на структуры головного и спинного мозга. Считается, что кора головного мозга, а также промежуточный мозр особенно чуствительны к воздействию поля.
Наряду с биологическим действием электрическое поле обусловливает возникновение разрядов между чеВнловеком и металлическим предметом, имеющим иной, чем человек, потенциал. Если человек стоит непосредВнственно на земле или на токопроводящем заземленном основании, то потенциал его тела практически равен нуВнлю, а если он изолирован от земли, то тело оказывается под некоторым потенциалом, достигающим иногда неВнскольких киловольт.
Очевидно, что прикосновение человека, изолированВнного от земли, к заземленному металлическому предмету, равно как и прикосновение человека, имеющего контакт с землей, к металлическому предмету, изолированному от земли, сопровождается прохождением через человека в землю разрядного тока, который может вызывать боВнлезненные ощущения, особенно в первый момент. Часто прикосновение сопровождается искровым разрядом. В случае прикосновения к изолированному от земли меВнталлическому предмету большой протяженности (трубоВнпровод, проволочная ограда на деревянных стойках и т. п. или большого размера металлическая крыша дереВнвянного здания и пр.) сила тока, проходящего через чеВнловека, может достигать значений, опасных для жизни.
Нормирование электромагнитных полей
Исследованиями установлено, что биологическое дейВнствие одного и того же по частоте электромагнитного по-ля зависит от напряженности его составляющих (электриВнческой и магнитной) или плотности потока мощности для диапазона более 300 МГц. Это является критерием для
определения биологической активности электромагнитВнных излучений. Для этого электромагнитные излучения с частотой до 300 МГц разбиты на диапазоны, для котоВнрых установлены предельно допустимые уровни напряВнженности электрической, В/м, и магнитной, А/м, составВнляющих поля. Для населения еще учитывают их местоВннахождение в зоне застройки или жилых помещений.
Согласно ГОСТ 12.1.006тАФ84, нормируемыми параВнметрами в диапазоне частот 60 кГц тАФ 300 МГц являются напряженности Е и Н электромагнитного поля. На рабочих местах и в местах возможного нахождения перВнсонала, профессионально связанного с воздействием элекВнтромагнитного поля, предельно допустимая напряженВнность этого поля в течение всего рабочего дня не должна превышать нормативных значений.
Эффект воздействия электромагнитного поля на биолоВнгический объект принято оценивать количеством элекВнтромагнитной энергии, поглощаемой этим объектом при нахождении его в поле. Вт:
где σ тАФ плотность потока мощности излучения электроВнмагнитной энергииВ» Вт/м2; 5эф тАФ эффективная поглощаВнющая поверхность тела человека, м2.
В табл. 3 приведены предельно допустимые плотности потока энергии электромагнитных полей (ЭМП) в диа-назоне частот 300 МГцтАФ300000 ГГц и
Таблица 3. Нормы облучения УВЧ и СВЧ
Плотность потока мощности энергии а, Вт/м'
|
Допустимое время пребывания в зоне воздействия ЭМП
|
Примечание
|
До 0,1
0,1-1
1-10
|
Рабочий день
Не более 2 ч
Не более 10 мин
|
В остальное рабочее вреВнмя плотность потока энерВнгии не должна превышать 0,1 Вт/м2 При условии пользования защитными очками. В осВнтальное рабочее время плотность потока энергий не должна превышать 0,1 Вт/м2
|
время пребывания на рабочих местах и в местах возможного нахождеВнния персонала, профессионально связанного с воздейВнствиемЭМП.
В табл. 4 приведено допустимое время пребывания человека в электрическом поле промышленной частоты сверхвысокого напряжения (400 кВ и выше).
Таблица 4. Предельно допустимое время c напряжением 400 кВ и выше
Электрическая напряженность Е, кВ/м
|
Допустимое время пребывания, мин
|
Примечание
|
<5
5тАФ10 10тАФ15
15тАФ20 20тАФ25
|
Вез ограничений (рабочий день) <180 <90 <10 <5
|
Остальное время рабочего дня человек находится в местах, где напряженность электрического поля меньше или равна 5 кВ/м
|
Ограничение времени пребывания человека в элекВнтромагнитном поле представляет собой так называемую Влзащиту временемВ».
Если напряженность поля на рабочем месте превыВншает 25 кВ/м или если требуется большая продолжительВнность пребывания человека в поле, чем указано в табл. 4, работы должны производиться'^ применением защитных средств тАФ экранирующих устройств или экранирующих костюмов.
Пространство, в котором напряженность электричеВнского поля равна 5 кВ/м и больше, принято называть опасной зоной или зоной влияния. Приближенно можно считать, что эта зона лежит в пределах круга с центром в точке расположения ближайшей токоведущей части, находящейся под напряжением, и радиусом R == 20 м для электроустановок 400тАФ500 кВ и R = 30 м для электроустановок 750 кВ (рио. 18). На пересечениях лиВнний электропередачи сверхвысокого (400тАФ750 кВ) и ультВнравысокого (1150 кВ) напряжения с железными и автомоВнбильными дорогами устанавливаются специальные знаки безопасности, ограничивающие зоны влияния этих воздушных линий.
Рис. 18. Радиусы опасных зон (зон влияния):
атАФисточник влияниятАФоткрытое распределительное устройство или проВнвода воздушной линии электропередачи; б тАФ источник влияния тАФ токове-дущие части аппаратов
Допустимое значение тока, длительно проходящего через человека и обусловленного воздействием электриВнческого поля электроустановок сверхвысокого напряжеВнния, составляет примерно 50тАФ60 мкА, что соответствует напряженности электрического поля на высоте роста чеВнловека примерно 5 кВ/м. Если при электрических разВнрядах, возникающих в момент прикосновения человека к металлической конструкции, имеющей иной, чем челоВнвек, потенциал, установившийся ток не превышает 50тАФ 60 мкА, то человек, как правило, не испытывает болеВнвых ощущений. Поэтому это значение тока принято в качестве нормативного (допустимого).
Измерение интенсивности электромагнитных полей
Для определения интенсивности электромагнитных полей, воздействующих на обслуживающий персонал, замеры проводят в зоне нахождения персонала по высоте от уровня пола (земли) до 2 м через 0,5 м. Для определеВнния характера распространения и интенсивности полей в цехе, на участке, в кабине, помещении (лаборатории и др.) должны быть проведены измерения в точках переВнсечения координатной сетки со стороной в 1 м. ИзмереВнния проводят (при максимальной мощности установки) периодически, не реже одного раза в год, а также при приеме в эксплуатацию новых установок, изменениях в конструкции и схеме установки, проведении ремонтов и т. д.
Исследования электромагнитных полей на рабочих ме-? стах должны проводиться в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.002тАФ84, ГОСТ 12.1.006тАФ84 по методике, утвержденной Минздравом СССР.
Для измерения интенсивности электромагнитных поВнлей радиочастот используется прибор ИЭМП-1. Этим приВнбором можно измерить напряженности электрического и магнитного полей вблизи излучающих установок в диаВнпазоне частот 100 кГцтАФ300 МГц для электрического поВнля и в диапазоне частот 100 кГц тАФ 1,5 МГц тАФ для магВннитного поля. С помощью данного прибора можно установить зону, в пределах которой напряженность поля выше допустимой.
Плотность потока мощности в диапазоне УВЧтАФСВЧ измеряют прибором ПО-1, с помощью которого можно определить среднее по времени значение о, Вт/м2.
Измерения напряженности электрического поля в электроустановках сверхвысокого напряжения произВнводят приборами типа ПЗ-1, ПЗ-1 м и др.
Измеритель напряженности электрического поля-работает следующим образом. В антенне прибора электриВнческое поле создает э. д. с>, которая усиливается с помоВнщью транзисторного усилителя, выпрямляется полупроВнводниковыми диодами и измеряется стрелочным микро-амперметром.'Антенна представляет собой симметричВнный диполь, выполненный в виде двух металлических пластин, размещенных одна над другой. Поскольку наВнведенная в симметричном диполе э. д. с. пропорциоВннальна напряженности электрического поля, шкала м аллиамперметра отградуирована в киловольтах на метр (кВ/м).
Измерение напряженности должно производиться во всей зоне, где может находиться человек в процессе выВнполнения работы. Наибольшее измеренное значение напряженности является определяющим. При размещеВннии рабочего места на земле наибольшая напряженность обычно бывает на высоте роста человека. Поэтому замеВнры рекомендуется производить на высоте 1,8 м от уровня земли.
Напряженность электрического поля, кВ/м, для люВнбой точки можно определить из выражения
где τ тАФ линейная плотность заряда провода, Кл/м; ε0 = 8,85 тАв 1012 тАФ электрическая постоянная, Ф/м; т тАФ кратчайшее расстояние от провода до точки, в которой определяется напряженность, м.
Это выражение предусматривает определение напряВнженности электрического поля уединенного бесконечно длинного прямолинейного проводника, заряженного равВнномерно по длине. Вводя соответствующие поправки, можно с достаточной точностью определить уровни напряженности электрического поля в заданных точках линии и подстанции сверхвысокого напряжения в реальВнных условиях.
Методы защиты от электромагнитных полей
Основные меры защиты от воздействия электромагВннитных излучений:
уменьшение излучения непосредственно у источника (достигается увеличением расстояния между источником направленного действия и рабочим местом, уменьшением мощности излучения генератора); рациональное размещение СВЧ и УВЧ установок (действующие установки мощностью более 10 Вт следует размещать в помещениях с капитальными стенами и переВнкрытиями, покрытыми радиопоглощающими материалаВнми тАФ кирпичом, шлакобетоном, а также материалами, обладающими отражающей способностью тАФ-масляными красками и др.); дистанционный контроль и управление передатчиками в экранированном помещении (для визуального наблюВндения за передатчиками оборудуются смотровые окна, защищенные металлической сеткой); экранирование источников излучения и рабочих мест (применение отражающих заземленных экранов в виде листа или сетки из металла, обладающего высокой электропроводностью тАФ алюминия, меди, латуни, стали); организационные меры (проведение дозиметрического контроля интенсивности электромагнитных излучений тАФ не реже одного раза в 6 месяцев; медосмотр тАФ не реже одного раза в год; дополнительный отпуск, сокращенный рабочий день, допуск лиц не моложе 18 лет и не имеющих заболеваний центральной нервной системы, сердца, глаз);
применение средств индивидуальной защиты (спецВнодежда, защитные очки и др.).
У индукционных плавильных печей и нагревательных индукторов (высокие частоты) допускается напряженВнность поля до 20 В/м. Предел для магнитной составляВнющей напряженности поля должен быть 5 А/м. НапряВнженность ультравысокочастотных электромагнитных полей (средние и длинные волны) на рабочих местах не должна превышать 5 В/м.
Каждая промышленная установка снабжается техВнническим паспортом, в котором указаны электрическая схема, защитные приспособления, место применения, диВнапазон волн, допустимая мощность и т. д. По каждой установке ведут эксплуатационный журнал, в котором фиксируют состояние установки, режим работы, исправВнления, замену деталей, изменения напряженности поля. Пребывание персонала в зоне воздействия электромагВннитных полей ограничивается минимально необходимым для проведения операций временем.
Новые установки вводят в эксплуатацию после приВнемки их, при которой устанавливают выполнение требоВнваний и норм охраны труда, норм по ограничению полей и радиопомех, а также регистрации их в государственных контролирующих органах.
Генераторы токов высокой частоты устанавливают в отдельных огнестойких помещениях, машинные генеВнраторы тАФ в звуконепроницаемых кабинах. Для устаноВнвок мощностью до 30 кВт отводят площадь не менее 40 м2, большей мощности тАФ не менее 70 м2. Расстояние между установками должно быть не менее 2 м, помещения экраВннируют, в общих помещениях установки размещают в экВнранированных боксах. Обязательна общая вентиляция помещений, а при наличии вредных выделений тАФ и местВнная. Помещения высокочастотных установок запрещаетВнся загромождать металлическими предметами. НаибоВнлее простым и эффективным методом защиты от электроВнмагнитных полей является Влзащита расстояниемВ». Зная характеристики металла, можно рассчитать толщину экрана S, мм, обеспечивающую заданное ослабление электромагнитных полей на данном расстоянии:
где ω = 2nf тАФ угловая частота переменного тока, рад/с;
μ тАФ магнитная проницаемость металла защитного экраВнна, Г/м; γ тАФ электрическая проводимость металла экрана (Ом тАв м)'1; ЭхтАФэффективность экранирования на рабочем месте, определяемая из выражения
Эх = Нх,/ Нхэ (49)
где Нх и Нхэ тАФ максимальные значения напряженности магнитной составляющей поля на расстоянии х, м от источника соответственно без экрана и с экраном, А/м.
Напряженность Нц может быть определена из выраВнжения
Нх = ωΙa2 βm / 4x2 (50)
где ω и а тАФ число витков и радиус катушки, м; Ι тАФ сила тока в катушке, А; х тАФ расстояние от источника (катушВнки) до рабочего места, м; βm тАФ коэффициент, определяВнемый соотношением х/а (при х/а > 10 βm = 1).
Если регламентируется допустимая электрическая составляющая поля Eд, магнитная составляющая может быть определена из выражения
Hд =1,27⋅105 (Eд /xf) (51)
где f тАФ частота поля, Гц.
Экранирование тАФ наиболее эффективный способ заВнщиты. Электромагнитное поле ослабляется экраном вследствие создания в толще его поля противоположного направления. Степень ослабления электромагнитного поВнля зависит от глубины проникновения высокочастотного тока в толщу экрана. Чем больше магнитная проницаеВнмость экрана и выше частота экранируемого поля, тем меньше глубина проникновения и необходимая толщина экрана. Экранируют либо источник излучений, либо раВнбочее место. Экраны бывают отражающие и поглощающие.
Для защиты работающих от электромагнитных излуВнчений применяют заземленные экраны, кожухи, защитВнные козырьки, устанавливаемые на пути излучения. Средства защиты (экраны, кожухи) из радиопоглоща-ющих материалов выполняют в виде тонких резиновых ковриков, гибких или жестких листов поролона, ферроВнмагнитных пластин.
Для защиты от электрических полей сверхвысокого напряжения (50 Гц) необходимо увеличивать высоту подВнвеса фазных проводов ЛЭП. Для открытых распределиВнтельных устройств рекомендуются заземленные экраны
(стационарные или временные) в виде козырьков, навеВнсов и перегородок из металлической сетки возле коммутаВнционных аппаратов, шкафов управления и контроля. К средствам индивидуальной защиты от электромагнитВнных излучений относят переносные зонты, комбинезоны и халаты из металлизированной ткани, осуществляющие защиту организма человека по принципу заземленного сетчатого экрана.
Защита от лазерного излучения
Лазеры широко применяют в технике, медицине. Принцип действия лазеров основан на использовании вынужденного электромагнитного излучения, возникающего в результате возбуждения квантовой системы. Лазерное излучение является электромагнитным излучением, генерируемым в диапазоне длин волн 0,2тАФ1000 мкм, который может быть разбит в соответствии с биологическим действием на ряд областей спектра:
0,2тАФ0,4 мкмтАФультрафиолетовая область; 0,4тАФ0,7тАФвидимая; 0,75тАФ1,4 мкм тАФ ближняя инфракрасная; свы-I ше 1,4 мкмтАФдальняя инфракрасная область. Основными энергетическими параметрами лазерного излучения I являются: энергия излучения, энергия импульса, мощность излучения, плотность энергии (мощности) излучеВнния, длина волны.
При эксплуатации лазерных установок обслуживаВнющий персонал может подвергаться воздействию ряда опасных и вредных производственных факторов. ОсновВнную опасность представляют прямое, рассеянное и отраженное излучение.
Наиболее чувствительным органом к лазерному излуВнчению являются глаза тАФ повреждения сетчатки глаз могут быть при сравнительно небольших интенсивностях.
Лазерная безопасность тАФ это совокупность техничеВнских, санитарно-гигиенических и организационных мероВнприятий, обеспечивающих безопасные условия труда персонала при использовании лазеров. Способы защиты от лазерного излучения подразделяют на коллективные и индивидуальные.
Коллективные средства защиты включают: применеВнние телевизионных систем наблюдений за ходом процесВнса, защитные экраны (кожухи); системы блокировки и сигнализации; ограждение лазерно-опаснои зоны. Для контроля лазерного излучения и определения границ лазерно-опаснои зоны применяют калориметрические, фотоэлектрические и другие приборы.
В качестве средств индивидуальной защиты испольВнзуют специальные противолазерные очки, щитки, маски, технологические халаты и перчатки. Для уменьшения опасности поражения за счет уменьшения диаметра зрачВнка оператора в помещениях должна быть хорошая освеВнщенность рабочих мест: коэффициент естественной освеВнщенности должен быть не менее 1 ,.5 %, а общее искусВнственное освещение должно создавать освещенность не менее 150 лк.
Вместе с этим смотрят:
Защита салона автомобиля от съема информацииИзбыточные кодыИзмерение больших линейных геометрических размеровИзмерение низких температур