2. Заходи та засоби захисту від дії електромагнітних полів

Захист персоналу від впливу ЕМП досягається шляхом проведення організаційних, інженерно-технічних заходів, а також використанням засобів індивідуального захисту.

До організаційних заходів відносяться: вибір раціональних режимів роботи установок, обмеження місця і часу перебування персоналу в зоні опромінення і т. ін.

Інженерно-технічні заходи включають раціональне розміщення устаткування, використання засобів, що обмежують проникнення електромагнітної енергії на робочі місця персоналу (поглинаючі матеріали, екранування і т. ін).

До основних заходів щодо захисту від ЕМП відносяться: захист часом, захист відстанню, екранування джерел випромінювання, зменшення потужності випромінювання в самому джерелі випромінювання, виділення зон випромінювання, екранування робочих місць, застосування засобів індивідуального захисту (ЗІЗ).

Захист часом передбачає обмеження часу перебування людини в робочій зоні і застосовується лише тоді, коли немає можливості знизити інтенсивність випромінювання до допустимих значень. Припустимий час перебування в робочій зоні при наявності ЕМП визначається за допомогою формул: (2.77) – для електростатичного поля; (2.80) – для ЕМП промислової частоти; (2.83-2.84) – для ЕМП радіочастотного діапазону на частотах до 300 МГц та (2.85) – на частотах більше 300 МГц.

Захист відстанню застосовується лише у тому випадку, коли нема іншої можливості послабити дію ЕМП іншими заходами, в тому числі і захистом часом. У цьому випадку збільшують відстані між випромінювачем ЕМП і персоналом. Припустима відстань до джерела ЕМП, що забезпечує гранично допустимі значення інтенсивності випромінювання, визначається за допомогою вище наведених формул (2.63-2.70) і обов’язково перевіряється експериментальними вимірюваннями рівнів ЕМП на робочих місцях.

Зменшення потужності випромінювання у самому джерелі випро­мінювання може бути реалізовано наступними заходами.

В системах зв’язку, це, в першу чергу, підвищення чутливості приймальних пристроїв, застосування завадостійких видів кодування і модуляції сигналу в передавально-приймальних системах, застосування близьких до оптимальних алгоритмів обробки сигналів та вибір діапазону частот, в якому мінімальні зовнішні завади. Все це дозволяє знижувати випромінювану потужність передавачів і одночасно отримувати необхідну завадостійкість та дальність роботи систем зв’язку.

При юстіровці антен і знятті їхніх діаграм спрямованості можлива заміна основного (потужного) генератора передавача допоміжним (малопотужним), потужність якого визначається із співвідношення

Р_{випр.доп} ∙ ГПЕ_норм, (2.91)

де: ГПЕ_норм – нормативне значення ГПЕ для роботи протягом визначенного часу;

r – відстань від джерела випромінювання до робочого місця, м;

G – коефіцієнт підсилення антени ( для ізотропних випромінювачів G=1);

L_з – затухання (послаблення) ЕМП на шляху його розповсюдження.

Цей метод застосовується, наприклад, при необхідності проведення антенних вимірювань поблизу антен. Для зменшення опромінення персоналу ЕМП при випробуваннях скануючих антенних систем із круговим режимом огляду їх переводять у режим секторного сканування.

Також можлива заміна антен їх узгодженими еквівалентами, які повністю поглинають енергію, що генерується передавачем. Еквіваленти антен представляють собою відрізки коаксиальних або хвилеводних ліній частково заповнених поглинаючими матеріалами, які відбивають лише незначну частку енергії (рис.2.44). При їх застосуванні енергія, що генерується передавачем, поглинається в заповнювачі і перетворюється на теплову. Заповнювачами можуть бути: графіт, чистий або в суміші з цементом, піском, гумою; пластмаси; порошкове залізо в бакеліті, кераміка , вода і т.ін.

Таким чином, зменшення потужності випромінювання у самому джерелі випро­мінювання, як правило, досягається за рахунок застосування спеціальних пристроїв: поглиначів потужності, еквівалентів антен, а також атенюаторів, спрямованих відгалуджувачів, подільників потужності, хвилеводних послаблювачів, бронзових прокладок між фланцями хвилеводів, дросельних фланців і т. ін.

Поглиначі потужності та еквіваленти антен випускаються промисловістю на поглинання ЕМП потужністю 5, 10, 30, 50, 100, 250 Вт у діапазоні довжин хвиль 3,1...3,5 та 6... 1000 см. Атенюатори дозволяють послабити ЕМВ в межах від 0 до 120 дБ потужністю 0,1; 1,5; 10; 50; 100 Вт у діапазоні довжин хвиль 0,4...0,6; 0,8...300 см. Спрямовані відгалуджувачі дають послаблення потужності випромінювання на 20...60 дБ. Фланцеві з'єднання є джерелом побічних випромінювань. Застосування бронзових прокладок між фланцями підвищує послаблення паразитних випромінювань від 40 до 60 дБ, а застосування дросельних фланців – до 70...80 дБ.

Рис. 2.44. Коаксиальні (зліва) і хвилеводні (праворуч) еквіваленти антен: а,г – для поглинання малої потужності (до декількох ват), поглинач – порошкове залізо; б,д – для поглинання значної потужності (до 1 кВт), поглинач – графітова суміш; в,е – для поглинання великої потужності (до 1 кВт), поглинач – вода.

Виділення небезпечних зон випромінювання. Для кожної установки, що випромінює ЕМП вище гранично допустимих значень, повинні виділятися зони, у яких інтенсивність випромінювання є небезпечною для людини. Границі таких зон, де інтенсивність ЕМП може перевищувати гранично допустимі рівні, визначають експериментально для кожного конкретного випадку розміщення установки чи апаратури під час їх роботи на максимальну потужність випромінювання. Крім того, у відповідності з ГОСТ 12.4.026-76 небезпечні зони випромінювання із інтенсивністю ЕМП більше гранично допустимих рівнів огороджуються і встановлюються попереджуючі знаки з написом: „Не заходити, небезпечно!”. Також, в разі необхідності, ці зони можна додатково позначати по границях широкими червоними лініями на підлозі приміщення чи територій, а також застосовувати попереджувальну сигналізацію відповідно до ГОСТ 12.1.006-84.

Для зменшення опромінення персоналу ЕМП відповідно до вимог ДСНіП №476-2002 зони випромінювання ЕМП розташованих поруч установок не повинні перекриватися або ці установки повинні працювати на випромінювання у різний час.

Екранування джерел випромінювання застосовують для зниження інтенсивності ЕМП на робочих місцях. Необхідно підкреслити, що захист екрануванням важається основним та найбільш ефективним методом захисту.

Екрани поділяють на відбиваючі і поглинаючі. Безумовно, що такий розподіл є досить умовний, тому що будь-який екран у більшій або меншій мірі і відбиває і поглинає падаючу на нього електромагнітну хвилю. Потужність падаючої на екран електромагнітної хвилі (ГПЕ_пад) поділяється на потужність відбитої від екрана хвилі (ГПЕ_від), потужність хвилі поглиненої у товщі екрана (ГПЕ_погл) і потужність хвилі, що пройшла крізь екран ГПЕ_пр (рис.2.45).

Рис. 2.45. Ослаблення ГПЕ екраном

У залежності від того, яка частка падаючої потужності ЕМП переважає, відбита або поглинута, екран відносять до типу відбиваючих або поглинаючих.

Для оцінки екрануючих властивостей екранів використовуються наступні характеристики.

Втрати на поглинання – це втрати частини потужності падаючої хвилі в товщі матеріалу за рахунок вихрових струмів ( А – absorption).

Втрати при відбитті – це втрати частини потужності падаючої хвилі за рахунок часткового відбиття від поверхні екрану (R – reflection).

Загальні екранні втрати (екранне послаблення ЕМП – L) - це втрати потужності падаючої хвилі (ГПЕ_пад) в екрані за рахунок як поглинання, так і відбиття:

, дБ (2.92)

де: – коефіцієнт вихрових струмів,

– товщина екрану.

Z_п – хвильовий опір повітря;

Z_м – хвильовий опір матеріалу екрану.

Поглинання ЕМП в екрані збільшується із зростанням частоти поля, товщини, магнітної проникності і провідності матеріалу екрану, а відбиття в основному визначається невідповідністю хвильових характеристик повітря і матеріалу екрану. Саме тому відбиваючі екрани, як правило, і виготовляються з металів, так як вони мають хвильові опори, що істотно відрізняються від хвильового опору повітря.

За конструктивним виконанням відбиваючі екрани поділяються на суцільні та сітчасті.

Суцільні екрани виготовляються з листів міді, алюмінію та деяких марок сталі. З метою підвищення провідності екрану і, отже, наскрізного згасання, екрани з боку випромінювача покривають шаром срібла. Місце встановлення і форма екрану визначаються взаємним розташуванням випромінюючих елементів (антен) і робочих місць та орієнтацією їх діаграм спрямованості.

Для одержання необхідного значення екранного послаблення ЕМП (L), товщина суцільного плоского екрану _е (при нормальному падінні електромагнітної хвилі на екран без врахування дифракції електромагнітної хвилі на краях екрану) визначається за формулою:

. (2.93)

де: f (Гц ) – частота ЕМП;

( Гн/м ) – магнітна проникність матеріалу екрана;

(См/м ) – питома провідність матеріалу екрана.

Товщина екрану , яка необхідна для забезпечення екранного послаблення ГПЕ ЕМП до гранично допустимих значень (ГПЕ_гд, Вт/м²), при використанні антени з коефіцієнтом спрямованої дії G, яка випромінює потужність Р_випр (Вт) на частоті f (Гц) і знаходиться на відстані r (м) від суцільного екрану з параметрами  (Гн/м) і (см/м) (рис. 2.46), визначається за формулою:

∙( Р_випр /ГПЕ_гд) (2.94)

Рис. 2.46. Визначення товщини суцільного відбиваючого екрану

Світлові, оглядові і вентиляційні вікна та отвори в суцільних замкнутих екранах, а також інші технологічні отвори, наприклад, для введення в простір, що екранується, електричних кабелів і проводів чи для виносу органів дистанційного керування, можуть істотно зменшити екранне послаблення (L). Ступінь цього зменшення залежить від числа отворів і від співвідношення між їхніми розмірами і довжиною хвилі ЕМП. Для того щоб у цьому випадку екранне згасання зменшувалося лише в допустимих межах, отвори в суцільних екранах закриваються сітчастими екранами або в них встановлюються відрізки позамежових хвилеводів (рис. 2.47).

Рис. 2.47. Додаткове екранування технологічних отворів у суцільних екранах: а – сітчастим екраном; б – позамежовим хвилеводом простої конструкції; в – позамежовим хвилеводом стільникової конструкції

У позамежових хвилеводах ЕМП з довжиною хвилі > кр швидко згасає вздовж хвилеводу. Критична довжина хвилі для прямокутного хвилеводу кр =2a , де a – розмір більшої сторони поперечного перерізу хвилеводу; для круглого хвилеводу – кр =3,413R , де R – радіус хвилеводу. У таблиці 2.29 наведені рекомендації щодо вибору розмірів позамежових хвилеводів. Додаткове послаблення (L_дод) інтенсивності ЕМП позамежовими хвилеводами стільникової конструкції можна обчислити за наступними формулами:

– квадратні хвилеводи:

, (2.95)

– прямокутні хвилеводи:

, (2.96)

де n і n – числа, які показують скільки разів довга сторона поперечного перерізу одного стільника хвилеводу укладається відповідно на стороні квадратного та на широкій стороні прямокутного хвилеводів.

Таблиця 2.29