В современной жизни человека практически любое электрическое устройство имеет своё излучение. Источником (ЭМП) служит высоковольтная линия, телевизор и даже личный смартфон. Всё человечество живёт в одном большом месте, это Земля, которая изначально пронизана природными волнами различного спектра.
Общее пространство
Ученые установили уровень природного волнового фона, в котором организм привык существовать. У земного шара имеется два отличающихся полюса, и каждый день мы на себе испытываем влияние спектра излучения. Изменяясь под действием внешних факторов, электромагнитное поле человека нарушается, что приводит к проблемам со здоровьем.
Исследователи давно заметили, что самые крупные войны в мире происходили после вспышек на Солнце, когда нарушался естественный магнитный фон Земли. В последнее время этот показатель приводится в прогнозах погоды по телевидению. В природе существуют особые места с горными породами. Здесь человек не может находиться по следующей причине: электромагнитное излучение и электромагнитное поле собственное не совпадают.
Влияние на здоровье
Электромагнитное излучение и электромагнитное поле влияют на здоровье человека, поэтому были установлены допустимые показатели. Отмечено негативное действие волн на нервную систему, работу головного мозга и сердца. У животных и насекомых, обитающих в районах повышенного ЭМП, наблюдают патологии в строении тела.
Согласно исследованиям, влияние волн негативно сказывается на самочувствии человека. Провоцируется головная боль и усталость, нарушается работа внутренних органов. Более старшее поколение может даже потерять сознание в опасной зоне: возле высоковольтных линий или работающего электромагнита.
Источником электромагнитного поля служит:
- Сотовая связь, смартфоны, излучатели Wi-Fi, бытовая техника. Сильное ЭМП появляется при работе микроволновой плиты.
- Электротранспорт, проводящие магистрали, промышленные объекты.
- Радары, рации, излучающие установки.
- Сканеры медицинские, в аэропортах.
- Телерадиосвязь, УВЧ-установки.
Нормы
Рядом с мощными излучателями по нормативным актам должна быть организована санитарная зона. Она рассчитывается согласно техническим данным объекта специальной комиссией. Стандартные значения указаны в документации. Так, при формировании показателей учитывают напряжение сети и силу тока, протекающую по проводам.
Таким источником электромагнитного поля является высоковольтная линия электропередач, питающая целый город. Санитарная зона учитывает, что нагрузка на подходящие провода меняется со временем суток и года. Область этого участка опасна для людей, животных и растений. Максимально допустимая граница, не опасная для организма, - это плотность потока равная 0,3 мкТл. Выше этой величины у здорового человека могут проявиться онкологические и сердечные заболевания.
Домашние приборы
Поэтому в инструкции микроволновой печи указано: не рекомендуется находиться непосредственно перед лицевой панелью во время разогревания пищи. Длительное пребывание беременных женщин в зоне повышенного электромагнитного поля может приводить к выкидышам. Учёными доказан тот факт, что сотовый телефон влияет на самочувствие человека. Лучше его не оставлять на ночь рядом с головой и не носить в карманах около сердца.
На улице
Источником электромагнитного поля служит ЛЭП, электротранспорт: трамваи, троллейбусы. Поэтому при выборе загородного участка опытные люди стараются держаться подальше от линий с питающими станций вещания, ретрансляторов сотовой связи, электрических подстанций. При подозрении о превышении допустимых норм излучение можно проверить прибором. Виновник будет обязан устранить негативный фактор.
Ещё один мощный излучатель - это железная дорога. Возле неё обязательно будут завышенные показатели. Однако от них никуда не деться, это плата за удобство передвижения горожан.
Методы борьбы
Одним из основных способов исключения влияния ЭМП на человека является пространственное отдаление излучающих объектов. Высоковольтные линии прокладываются высоко над природными ландшафтами, чтобы не навредить растениям и животным. Рядом с такими сооружениями запрещено возводить жилые дома, выращивать сельскохозяйственные культуры, пасти домашнюю скотину.
В городе распространено экранирование излучающих объектов. Энергия электромагнитного поля не проникает через заземленные металлические оболочки. Если человека надолго изолировать от поля Земли, у него появится сильная слабость или, наоборот, агрессия. Аналогичное самочувствие проявляется у моряков или подводников после длительного плавания.
Волновое лечение
При правильном излучении может наблюдаться обратный эффект. Его используют в медицине для восстановления функций организма. Источником электромагнитного поля служит который пациент прикладывает к больному месту. Длительная терапия снимает хронические недомогания суставов, сосудов, сердца.
ЭМП используется для снятия боли, улучшения кровообращения, благодаря ему быстро проходит усталость. Лечебный эффект образуется из-за ионизации металлических составляющих крови. Человек чувствует согревающее действие излучения. Периодическое применение медицинских аппаратов сводит на нет рецидивы хронических заболеваний.
Электромагнитное поле положительно влияет на иммунитет, убирает отеки. Наблюдается быстрая регенерация клеток после травм. Однако магнитотерапия может оказывать негативное влияние при наличии кардиостимуляторов или тогда, когда человек имеет заболевания крови. Назначать такое лечение должен врач по результатам обследования.
Что ещё запрещено размещать в негативных зонах?
Санитарная зона возле сильных источников электромагнитного поля устанавливается надзорными органами. В этом месте все объекты размещаются только после согласования с ними. Запрет касается помещений и площадок, отведенных под хранение горюче-смазочных материалов. Нельзя строить нефтебазы, заправки, стоянки под любой вид транспорта, кроме электрического.
Также в зоне не должны находиться люди. Запрещается размещать остановки, рынки, устраивать собрания. При необходимости организации подобных мест используется экранирование источника. На крышах, где имеются передающие станции, часто можно увидеть металлическую сетку вокруг антенны. Так добиваются сужения санитарной зоны.
Подобные меры принимаются для защиты жилых и производственных построек от обычных и шаровых молний. На крыше устанавливается металлическая антенна, заземленная глубоко в грунт. Вокруг здания образуется скопление положительного потенциала, а электроны уходят по искусственной цепи. При размещении нового прибора в своём доме лучше позаботиться заранее о месте его установки подальше от спального помещения.
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Кафедра Управления в социально-экономических системах
Курсовая работа
Источники и характеристики электромагнитных полей. Их воздействие на организм человека. Нормирование электромагнитных полей.
Санкт-Петербург
Введение 3
Общая характеристика электромагнитного поля 3
Характеристики электромагнитных полей 3
Источники электромагнитных полей 4
Воздействие электромагнитных полей на организм человека 5
Нормирование электромагнитных полей 5
Нормирование ЭМП для населения 10
Контроль облучения 14
Способы и средства защиты от ЭМ облучений 14
Экранирование 14
Экранирование высокочастотных термических установок 14
Рабочий элемент-индуктор 15
Защита от СВЧ энергии 16
Защита от облучения при настройке и испытаниях СВЧ установок 17
Способы защиты от утечек сквозь отверстия 18
Защита рабочего места и помещений 18
Воздействие лазерного излучения на человека 19
Нормирование лазерного излучения 19
Измерение лазерного излучения 20
Расчёт энергетической освещённости на рабочем месте 20
Меры защиты от лазерного излучения 21
Первая помощь 22
Список источников 23
Введение
В современных условиях научно-технического прогресса в результате развития различных видов энергетики и промышленности электромагнитные излучения занимают одно из ведущих мест по своей экологической и производственной значимости среди других факторов окружающей среды.
Общая характеристика электромагнитного поля
Электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными частицами. Представляет собой взаимосвязанные переменные электрическое поле и магнитное поле. Взаимная связь электрического и магнитного полей заключается в том, что всякое изменение одного из них приводит к появлению другого: переменное электрическое поле, порождаемое ускоренно движущимися зарядами (источником), возбуждает в смежных областях пространства переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает в прилегающих к нему областях пространства переменное электрическое поле, и т. д. Таким образом, электромагнитное поле распространяется от точки к точке простран-ства в виде электромагнитных волн, бегущих от источника. Благодаря конечности скорости распространения электромагнитное поле может существовать автономно от породившего его источника и не исчезает с устранением источника (например, радиоволны не исчезают с прекращением тока в излучившей их антенне).
Характеристики электромагнитных полей
Известно, что около проводника, по которому протекает ток, возникают одновременно электрическое и магнитное поля. Если ток не меняется во времени, эти поля не зависят друг от друга. При переменном токе магнитное и электрическое поля связаны между собой, представляя единое электромагнитное поле.
Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию.
Частота электромагнитного поля - это число колебаний поля в секунду. Единицей измерения частоты является герц (Гц) - частота, при которой совершается одно колебание в секунду.
Длина волны - это расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах.
Поляризация - это явление направленного колебания векторов напряженности электрического поля или напряженности магнитного поля.
Электромагнитное поле обладает определённой энергией и характеризуется электрической и магнитной напряжённостью, что необходимо учитывать при оценке условий труда.
Источники электромагнитных полей
В целом общий электромагнитный фон состоит из источников естественного (электрические и магнитные поля Земли, радиоизлучения Солнца и галактик) и искусственного (антропогенного) происхождения (телевизионные и радиостанции, линии электропередачи, электробытовая техника). Источниками электромагнитных излучений также служат радиотехнические и электронные устройства, индукторы, конденсаторы термических установок, трансформаторы, антенны, фланцевые соединения волноводных трактов, генераторы сверхвысоких частот и др.
Современные геодезические, астрономические, гравиметрические, аэрофотосъёмочные, морские геодезические, инженерно-геодезические, геофизические работы выполняются с использованием приборов, работающих в диапазоне электромагнитных волн, ультравысокой и сверхвысокой частот, подвергая работающих опасности с интенсивностью облучения до 10 мкВт/см 2 .
Воздействие электромагнитных полей на организм человека
Электромагнитные поля человек не видит и не чувствует и именно поэтому не всегда предостерегается от опасного воздействия этих полей. Электромагнитные излучения оказывают вредное воздействие на организм человека. В крови, являющейся электролитом, под влиянием электромагнитных излучений возникают ионные токи, вызывающие нагрев тканей. При определённой интенсивности излучения, называемой тепловым порогом, организм может не справиться с образующимся теплом.
Нагрев особенно опасен для органов со слаборазвитой сосудистой системой с неинтенсивным кровообращением (глаза, мозг, желудок и др.). При облучении глаз в течение нескольких дней возможно помутнение хрусталика, что может вызвать катаракту.
Кроме теплового воздействия электромагнитные излучения оказывают неблагоприятное влияние на нервную систему, вызывают нарушение функций сердечно-сосудистой системы, обмена веществ.
Длительное воздействие электромагнитного поля на человека вызывает повышенную утомляемость, приводит к снижению качества выполнения рабочих операций, сильным болям в области сердца, изменению кровяного давления и пульса.
Оценка опасности воздействия электромагнитного поля на человека производится по величине электромагнитной энергии, поглощённой телом человека.
Нормирование электромагнитных полей
ЭМП любой частоты имеет 3 условные зоны в зависимости от расстояния X до источника:
Зону индукции (пространство с радиусом Х 2);
Промежуточную зону (зону дифракции);
Волновую зону, Х2
Рабочие места вблизи источников ВЧ полей попадают в зону индукции. Для таких источников уровни облучений нормированы величиной напряжённости электрического Е(Вм) и магнитного Н(А/м) полей.
ГОСТом 12.1.006-84 установлены ПДУ на рабочем месте в течении всего рабочего дня:
|
Е |
|||
.,В/мРаботающие с генератором СВЧ попадают в волновую зону. В этих случаях нормируется энергетическая нагрузка на организм человека W (мкВт*ч/см.кв.) W = 200 мкВт*ч/см.кв. – для всех случаев облучения, исключая облучение от врвщающихся и сканирующих антенн – для них W = 2000 мкВт*ч/см.кв. Предельно допустимую плотность потока энергии (ПДУ) σ доп (мкВт/см.кв) вычисляются по формуле σ доп = W / Т, где Т – время работы в часах в течении рабочего дня. Во всех случаях σ доп ≤ 1000 мкВт/см.кв.
Национальные системы стандартов являются основой для реализации принципов электромагнитной безопасности. Как правило, системы стандартов включают в себя нормативы ограничивающие уровни электрических полей (ЭП), магнитных полей (МП) и электромагнитных полей (ЭМП) различных частотных диапазонов путем введения предельно допустимых уровней воздействия (ПДУ) для различных условий облучения и различных контингентов.
В России система стандартов по электромагнитной безопасности складывается из Государственных стандартов (ГОСТ) и Санитарных правил и норм (СанПиН). Это взаимосвязанные документы, являющиеся обязательными для исполнения на всей территории России.
Государственные стандарты по нормированию допустимых уровней воздействия электромагнитных полей входят в группу Системы стандартов безопасности труда - комплекс стандартов, содержащих требования, нормы и правила, направленных на обеспечение безопасности, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда. Они являются наиболее общими документами и содержат:
требования по видам соответствующих опасных и вредных факторов;
предельно допустимые значения параметров и характеристик;
общие подходы к методам контроля нормируемых параметров и методы защиты работающих.
Государственные стандарты России в области электромагнитной безопасности приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Государственные стандарты РФ в области электромагнитной безопасности
|
Обозначение |
Наименование |
|
ГОСТ 12.1.002-84 |
Система стандартов безопасности труда. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряжённости и требования к проведению контроля |
|
ГОСТ 12.1.006-84 |
Система стандартов безопасности труда. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля |
|
ГОСТ 12.1.045-84 |
Система стандартов безопасности труда. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля |
Санитарные правила и нормы регламентируют гигиенические требования более подробно и в более конкретных ситуациях облучения, а также к отдельным видам продукции. По своей структуре включают те же основные пункты, что и Государственные стандарты, однако излагают их более подробно. Как правило, санитарные нормы сопровождаются Методическими указаниями по проведению контроля электромагнитной обстановки и проведению защитных мероприятий.
В зависимости от отношения подвергающегося воздействию ЭМП человека к источнику излучения в условиях производства в стандартах России различаются два вида воздействия: профессиональное и непрофессиональное. Для условий профессионального воздействия характерно многообразие режимов генерации и вариантов воздействия. В частности, для облучения в ближней зоне обычно характерно сочетание общего и местного облучения. Для непрофессионального облучения типичным является общее облучение. ПДУ для профессионального и непрофессионального воздействия различны.воздействие на организм человека . Знание природы воздействия электромагнитных волн на организм человека , ... через физические характеристики поля излучения в...
Радиационное воздействие на здоровье человека
Реферат >> Экология... воздействия на наше тело. Ионизирующие излучения состоят из частиц (заряженных и незаряженных) и квантов электромагнитной ... воздействия ионизирующих излучений основаны на знании свойств каждого вида излучения, характеристики их ... воздействии на организм человека ...
Действие на организм человека электрического тока и первая помощь пострадавшим от него
Лабораторная работа >>... воздействие на организм человека ... их ... на открытых территориях. Наименьшая освещенность на полу ... источников ; - определить эффективность средств поглощения звука и звукоизоляции; - изучить характеристики ... электромагнитные , возникающие при работе электромагнитных ...
Воздействие токсичесиких веществ на организм человека
Реферат >> Безопасность жизнедеятельности... на здоровье потомства. Раздел I: КЛАССИФИКАЦИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПУТИ ИХ ПОСТУПЛЕНИЯ В ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА ... степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре... характеристик окружающей среды. Следствием действия вредных веществ на организм ...
В процессе эволюции и жизнедеятельности человек испытывает влияние естественного электромагнитного фона, характеристики которого используются как источник информации, обеспечивающий непрерывное взаимодействие с изменяющимися условиями внешней среды.
Однако вследствие научно-технического прогресса электромагнитный фон Земли в настоящее время не только увеличился, но и претерпел качественные изменения. Появились электромагнитные излучения таких длин волн, которые имеют искусственное происхождение в результате техногенной деятельности (например, миллиметровый диапазон длин волн и др.).
Спектральная интенсивность некоторых техногенных источников электромагнитного поля (ЭМП) может существенным образом отличаться от эволюционно сложившегося естественного электромагнитного фона, к которому привыкли человек и другие живые организмы биосферы.
Источники электромагнитных полей
К основным источникам ЭМП антропогенного происхождения относятся телевизионные и радиолокационные станции, мощные радиотехнические объекты, промышленное технологическое оборудование, высоковольтные линии электропередач промышленной частоты, термические цехи, плазменные, лазерные и рентгеновские установки, атомные и ядерные реакторы и т.п. Следует отметить техногенные источники электромагнитных и других физических полей специального назначения, применяемые в радиоэлектронном противодействии и размещаемые на стационарных и передвижных объектах на земле, воде, под водой, в воздухе.
Любое техническое устройство, использующее либо вырабатывающее электрическую энергию, является источником ЭМП, излучаемых во внешнее пространство. Особенностью облучения в городских условиях является воздействие на население как суммарного электромагнитного фона (интегральный параметр), так и сильных ЭМП от отдельных источников (дифференциальный параметр).
Основными источниками электромагнитных полей (ЭМП) радиочастот являются радиотехнические объекты (РТО), телевизионные и радиолокационные станции (РЛС), термические цехи и участки в зонах, примыкающих к предприятиям. Воздействие ЭМП промышленной частоты связано с высоковольтными линиями (ВЛ) электропередач, источниками постоянных магнитных полей, применяемыми на промышленных предприятиях. Зоны с повышенными уровнями ЭМП, источниками которых могут быть РТО и РЛС, имеют размеры до 100...150 м. При этом внутри зданий, расположенных в этих зонах, плотность потока энергии, как правило, превышает допустимые значения.
Спектр электромагнитных излучений техносферы
Электромагнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. Электромагнитное поле в вакууме характеризуется векторами напряженности электрического поля Е и индукции магнитного поля В, которые определяют силы, действующие на неподвижные и движущиеся заряды. В системе единиц СИ размерность напряженности электрического поля [Е] = В/м - вольт на метр и размерность индукции магнитного поля [В] = Тл - тесла. Источниками электромагнитных полей являются заряды и токи, т.е. движущиеся заряды. Единица заряда в СИ называется кулон (Кл), а единица тока - ампер (А).
Силы взаимодействия электрического поля с зарядами и токами определяются следующими формулами:
F э = qЕ; F м = , (5.9)
где F э - сила, действующая на заряд со стороны электрического поля, Н; q - величина заряда, Кл; F M - сила, действующая на ток со стороны магнитного поля, Н; j - вектор плотности тока, указывающий направление тока и равный по абсолютной величине А/м 2 .
Прямые скобки во второй формуле (5.9) обозначают векторное произведение векторов j и В и образуют новый вектор, модуль которого равен произведению модулей векторов j и В, умноженному на синус угла между ними, а направление определяется по правилу правого "буравчика", т.е. при вращении вектора j к вектору В по кратчайшему расстоянию вектор . (5.10)
Первое слагаемое соответствует силе со стороны электрического поля напряженностью Е, а второе - магнитной силе в поле с индукцией В.
Электрическая сила действует в направлении напряженности электрического поля, а магнитная сила перпендикулярна как скорости заряда, так и вектору индукции магнитного поля, и ее направление определяется по правилу правого винта.
ЭМП от отдельных источников могут быть классифицированы по нескольким признакам, наиболее общий из которых - частота. Неионизирующие электромагнитные излучения занимают довольно широкий диапазон частот от ультранизкочастотного (УНЧ) интервала в 0...30 Гц до ультрафиолетовой (УФ) области, т.е. до частот 3 · 1015 Гц.
Спектр техногенных электромагнитных излучений простирается от сверхдлинных волн (несколько тысяч метров и более) до коротковолнового γ-излучения (с длиной волны менее 10-12 см).
Известно, что радиоволны, свет, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, рентгеновские лучи и γ-излучение - все это волны одной электромагнитной природы, отличающиеся длиной волны (табл. 5.4).
Поддиапазоны 1...4 относятся к промышленным частотам, поддиапазоны 5...11 - к радиоволнам. К СВЧ-диапазону отнесены волны с частотами 3...30 ГГц. Однако исторически сложилось так, что под СВЧ-диапазоном понимают колебания волны длиной от 1 м до 1 мм.
Таблица 5.4. Шкала электромагнитных волн
|
Длина волны λ |
Поддиапазоны волн |
Частота колебаний v |
Диапазон |
|
№ 1...4. Сверхдлинные волны |
|||
|
№ 5. Километровые волны (НЧ - низкие частоты) |
|||
|
№ 6. Гектометровые волны (СЧ - средние частоты) |
|||
|
Радиоволны |
|||
|
№ 8. Метровые волны (ОВЧ - очень высокие частоты) |
|||
|
№ 9. Дециметровые волны (УВЧ - ультравысокие частоты) |
|||
|
№ 10. Сантиметровые волны (СВЧ - сверхвысокие частоты) |
|||
|
№ 11. Миллиметровые волны (миллиметровый диапазон) |
|||
|
0,1 мм (100 мкм) |
Субмиллиметровые волны |
||
|
Инфракрасное излучение (ИК-диапазон) |
4,3 · 10 14 Гц |
Оптический диапазон |
|
|
Видимый диапазон |
7,5 · 10 14 Гц |
||
|
Ультрафиолетовое излучение (УФ-диа- пазон) |
|||
|
Рентгеновский диапазон |
|||
|
γ-Излучение |
|||
|
Космические лучи |
Под оптическим диапазоном в радиофизике, оптике, квантовой электронике понимается диапазон длин волн примерно от субмиллиметрового до дальнего ультрафиолетового излучений. К видимому диапазону относятся колебания волн длинами от 0,76 до 0,38 мкм.
Видимый диапазон составляет небольшую часть оптического диапазона. Границы переходов УФ-излучения, рентгеновского, γ-излучений точно не фиксированы, но примерно соответствуют указанным в табл. 5.4 значениям λ и v. Гамма-излучение, обладающее значительной проникающей способностью, переходит в излучение очень больших энергий, называемое космическими лучами.
В табл. 5.5 приведены некоторые техногенные источники ЭМП, работающие в различных диапазонах электромагнитного спектра.
Таблица 5.5. Техногенные источники ЭМП
|
Название |
Диапазон частот (длин волн) |
|
Радиотехнические объекты |
30 кГц...30 МГц |
|
Радиопередающие станции |
30 кГц...300 МГц |
|
Радиолокационные и радионавигационные станции |
СВЧ-диапазон (300 МГц- 300 ГГц) |
|
Телевизионные станции |
30 МГц...З ГГц |
|
Плазменные установки |
Видимый, ИК-, УФ-диапазоны |
|
Термические установки |
Видимый, ИК-диапазон |
|
Высоковольтные линии электропередач |
Промышленные частоты, статическое электричество |
|
Рентгеновские установки |
Жесткий УФ-, рентгеновский диапазон, видимое свечение |
|
Оптический диапазон |
|
|
СВЧ-диапазон |
|
|
Технологические установки |
ВЧ-, СВЧ-, ИК-, УФ-, видимый, рентгеновский диапазоны |
|
Ядерные реакторы |
Рентгеновское иγ-излучение, ИК-, видимое и т. п. |
|
Источники ЭМП специального назначения (наземные, водные, подводные, воздушные), применяемые в радиоэлектронном противодействии |
Радиоволны, оптический диапазон, акустические волны (комби нированность действия) |
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.
Электричество вокруг нас
Электромагнитное поле (определение из БСЭ) — это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. Исходя из этого определения не понятно, что является первичным - существование заряженных частиц или же наличие поля. Быть может только благодаря наличию электромагнитного поля частицы могут получать заряд. Также как и в истории с курицей и яйцом. Суть в том, что заряженные частицы и электромагнитное поле неотделимы друг от друга и друг без друга существовать не могут. Поэтому определение не даёт нам с вами возможности понять суть явления электромагнитного поля и единственное, что следует запомнить, что это особая форма материи ! Теория электромагнитного поля была разработана Джеймсом Максвеллом в 1865 г.
Что такое электромагнитное поле? Можно представить себе, что мы живём в электромагнитной Вселенной, которая вся целиком и полностью пронизана электромагнитным полем, а различные частицы и вещества в зависимости от своего строения и свойств под воздействием электромагнитного поля приобретают положительный или отрицательный заряд, накапливают его, или же остаются электронейтральными. Соответственно электромагнитные поля можно разделить на два вида: статическое , то есть излучаемое заряженными телами (частицами) и неотъемлемое от них, и динамическое , распространяющееся в пространстве, будучи оторванным от источника, излучившего его. Динамическое электромагнитное поле в физике представляется в виде двух взаимноперпендикулярных волн: электрической (Е) и магнитной (Н).
Тот факт, что электрическое поле порождается переменным магнитным полем,а магнитное поле - переменным электрическим, приводит к тому, что электрические и магнитные переменные поля не существуют по-отдельности друг от друга. Электромагнитное поле неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц напрямую связано с самими частицами. При ускоренном движении этих заряженных частиц электромагнитное поле "отрывается" от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника.
Источники электромагнитных полей
Природные (естественные) источники электромагнитных полей
Природные (естественные) источники ЭМП делят на следующие группы:
Магнитное поле Земли. Величина геомагнитного поля Земли меняется по земной поверхности от 35 мкТл на экваторе до 65 мкТл вблизи полюсов.
Электрическое поле Земли направлено нормально к земной поверхности, заряженной отрицательно относительно верхних слоев атмосферы. Напряжённость электрического поля у поверхности Земли составляет 120…130 В/м и убывает с высотой примерно экспоненциально. Годовые изменения ЭП сходны по характеру на всей Земле: максимальная напряжённость 150…250 В/м в январе-феврале и минимальная 100…120 В/м в июне-июле.
Атмосферное электричество – это электрические явления в земной атмосфере. В воздухе (ссылка) всегда имеются положительные и отрицательные электрические заряды – ионы, возникающие под действием радиоактивных веществ, космических лучей и ультрафиолетового излучения Солнца. Земной шар заряжен отрицательно; между ним и атмосферой имеется большая разность потенциалов. Напряжённость электрастатического поля резко возрастает во время гроз. Частотный диапазон атмосферных разрядов лежит между 100 Гц и 30 МГц.
Внеземные источники включают излучения за пределами атмосферы Земли.
Биологический электромагнитный фон. Биологические объекты, как и другие физические тела, при температуре выше абсолютного нуля излучают ЭМП в диапазоне 10 кГц – 100 ГГц. Это объясняется хаотическим движением зарядов – ионов, в теле человека. Плотность мощности такого излучения у человека составляет 10 мВт/см2, что для взрослого даёт суммарную мощность в 100 Вт. Человеческое тело также излучает ЭМП с частотой 300 ГГц с плотностью мощности около 0,003 Вт/м2.
Антропогенные источники электромагнитных полей
Антропогенные источники делятся на 2 группы:
Источники низкочастотных излучений (0 - 3 кГц)
Эта группа включает в себя все системы производства, передачи и распределения электроэнергии (линии электропередачи, трансформаторные подстанции, электростанции, различные кабельные системы), домашнюю и офисную электро- и электронную технику, в том числе и мониторы ПК, транспорт на электроприводе, ж/д транспорт и его инфраструктуру, а также метро, троллейбусный и трамвайный транспорт.
Уже сегодня электромагнитное поле на 18-32% территории городов формируется в результате автомобильного движения. Электромагнитные волны, возникающие при движении транспорта, создают помехи теле- и радиоприему, а также могут оказывать вредное воздействие на организм человека.
Источники высокочастотных излучений (от 3 кГц до 300 ГГц)
К этой группе относятся функциональные передатчики - источники электромагнитного поля в целях передачи или получения информации. Это коммерческие передатчики (радио, телевидение), радиотелефоны (авто-, радиотелефоны, радио СВ, любительские радиопередатчики, производственные радиотелефоны), направленная радиосвязь (спутниковая радиосвязь, наземные релейные станции), навигация (воздушное сообщение, судоходство, радиоточка), локаторы (воздушное сообщение, судоходство, транспортные локаторы, контроль за воздушным транспортом). Сюда же относится различное технологическое оборудование, использующее СВЧ-излучение, переменные (50 Гц - 1 МГц) и импульсные поля, бытовое оборудование (СВЧ-печи), средства визуального отображения информации на электронно-лучевых трубках (мониторы ПК, телевизоры и пр.). Для научных исследований в медицине применяют токи ультравысокой частоты. Возникающие при использовании таких токов электромагнитные поля представляют определенную профессиональную вредность, поэтому необходимо принимать меры защиты от их воздействия на организм.
Основными техногенными источниками являются:
Особенностью облучения в городских условиях является воздействие на население как суммарного электромагнитного фона (интегральный параметр), так и сильных ЭМП от отдельных источников (дифференциальный параметр).