Тема. Електромагнітні поля та випромінювання радіочастотного діапазону

 Питання теми

1. Джерела, особливості і класифікація електромагнітних випромінювань та електричних і магнітних полів.

2. Характеристики полів і випромінювань.

3. Нормування електромагнітних випромінювань. Прилади та методи контролю.

4. Захист від електромагнітних випромінювань і полів.

 Прочитайте

1. ГОСТ 12.1.006-84(1999) ССБТ Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля

2. ГОСТ 12.1.002-84(1999) ССБТ. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах.

3. Державні санітарні норми і правила захисту населення від впливу електромагнітних випромінювань, затверджені наказом Міністерства охорони здоров'я України від 01.08.96 р. №239.

4. Основи охорони праці [Текст] : підручник / М. П. Гандзюк, Є. П. Желібо, М. О. Халімовський ; ред. М. П. Гандзюк. - К. : Каравела, 2003. - С. 210-222.

5. Катренко, Л. А. Охорона праці [Текст] : навч. посібник / Л. А. Катренко, Ю. В. Кіт, І. П. Пістун. - 2-ге вид., стер. - Суми : Університетська книга, 2011. - С. 106-111.

6. Охорона праці [Текст] : навч. посібник / В. П. Кучерявий [та ін.] ; ред. В. П. Кучерявий. - Львів : Оріяна-Нова, 2007. - С. 161-167.

% Увага

У промисловості та й побуті масово застосовуються прилади, різноманітне обладнання та пристрої, робота яких пов’язана з використанням та утворенням електромагнітного випромінювання різних частот – від звукових хвиль до електромагнітних хвиль оптичного діапазону. Робота персоналу по обслуговуванню обладнання, а також осіб, які знаходяться поруч з обладнанням, пов’язана з впливом цього випромінювання на організм людини, тому потребує спеціального захисту.

4 Методичні вказівки

Опрацьовуючи матеріал теми, звернути увагу на джерела електромагнітного випромінювання та його спектр.

Слід розуміти, що навколо провідника, по якому протікає електричний струм, виникають електричне та магнітне поля. Якщо струм постійний, то ці поля існують незалежно одне від одного. При змінному електричному струмі електричне та магнітне поля пов’язані між собою, становлячи єдине електромагнітне поле. При появі електричної напруги на струмоведучих частинах з’являється електричне поле (ЕП). Якщо електричне коло замкнуте, тобто по ньому протікає струм, це супроводжується появою магнітної складової поля, і в цьому випадку говорять про існування електромагнітного поля (ЕМП). Для характеристики ЕМП введено поняття напруженості його складових – електричного та магнітного полів.

Вивчаючи питання теми, звернути увагу на дію електромагнітного випромінювання на організм людини, його нормування та заходи захисту.

Запам’ятайте, що ступінь впливу електромагнітних випромінювань на організм людини взагалі залежить від діапазону частот, тривалості опромінення, характеру опромінення, режиму опромінення, розмірів поверхні тіла, яке опромінюється, та індивідуальних особливостей організму.

При малих частотах, у тому числі промисловій частоті 50 Гц, електричне і магнітне поля не зв’язані, тому їх можна розглядати окремо, як і дію, яку вони викликають у біологічному об’єкті.

У будь-якій точці електромагнітного поля, яке виникає в електроустановках промислової частоти, енергія магнітного поля, що поглинається тілом людини, приблизно в 50 разів менша енергії електричного поля, яка поглинається ним.

У результаті дії ЕМП на людину можливі гострі та хронічні форми порушення фізіологічних функцій організму. Ці порушення виникають в результаті дії електричної складової ЕМП на нервову систему, а також на структуру кори головного та спинного мозку, серцево-судинної системи.

Запам’ятайте, що ступінь негативної дії електричного поля промислової частоти на організм людини можна оцінити за кількістю поглиненої тілом енергії електричного поля, за струмом, який проходить через людину в землю, і за напруженістю поля в місці, де знаходиться людина.

Звернути увагу, що гігієнічні норми часу перебування людини без засобів захисту в електричному полі встановлюють залежно від напруженості цього поля. Опромінення електричним полем регламентується як за величиною напруженості, так і за часом дії.

 Теоретичні відомості

Джерела випромінювання електромагнітної енергії: потужні телевізійні, радіомовні станції; промислові установки високочастотного нагріву; вимірювальні і лабораторні прилади різного призначення; персональні комп’ютери; елементи, включені у високочастотне поле тощо.

Відомо, що біля провідника, по якому тече струм, виникає одночасно і електричне, і магнітне поля. Якщо струм не змінюється в часі, то ці поля не залежать одне від одного. При змінному струмі магнітне і електричне поля пов’язані між собою, являючи собою єдине електромагнітне поле.

Можна також вважати, що в електроустановках електричне поле виникає при напрузі на струмопровідних частинах, а магнітне - при проходженні струму по цих частинах. Електромагнітне поле (ЕМП) можна розглядати як таке, що складається з двох полів – магнітного і електричного.

Спектр електромагнітних випромінювань:

Радіохвилі – з частотою 3…3∙10¹² Гц та довжиною хвилі від 100 км до 0,1 мм

• Дуже низькі частоти (ДНЧ) – 3…3∙10⁴ Гц

• Низькі частоти (НЧ) – 3∙10⁴…3∙10⁵ Гц

• Середні частоти (СЧ) – 3∙10⁵…3∙10⁶ Гц

• Високі частоти (ВЧ) – 3∙10⁶…3∙10⁷ Гц

• Дуже високі частоти (ДВЧ) – 3∙10⁷…3∙10⁸ Гц

• Ультрависокі частоти (УВЧ) – 3∙10⁸…3∙10⁹ Гц

• Надвисокі частоти (НВЧ) – 3∙10⁹…3∙10¹⁰ Гц

• Надмірновисокі частоти (НВЧ) – 3∙10¹⁰…3∙10¹¹ Гц

• Понаднадмірновисокі частоти (ПНВЧ) – 3∙10¹¹…3∙10¹² Гц

Випромінювання оптичного діапазону – з частотою 3∙10¹²…3∙10²⁰ і більше та довжиною хвилі () від 0,1 мм до 0,01 Å і менше.

• Інфрачервоні хвилі – частота 3∙10¹²…3,94∙10¹⁴ Гц,  = 0,1 мм – 7600 Å

• Видиме світло – частота 3,94∙10¹⁴…7,7∙10¹⁴ Гц,  = 7600 Å – 3900 Å

• Ультрафіолетові хвилі – частота 7,7∙10¹⁴…3∙10¹⁷ Гц,  = 3900 Å – 10 Å

• Рентгенівське випромінювання – частота 3∙10¹⁷…3∙10²⁰ Гц, =10 Å – 0,01 Å

• Гамма-випромінювання – частота 3∙10²⁰ Гц і більше,  = 0,01 Å і менше.

Характеристики полів і випромінювань

Електромагнітне поле (ЕМП) характеризується векторами напруженості і складових його електричного і магнітного полів.

Напруженість електричної (Е, В/м) і магнітної ( Н, А/м) складових визначаються за формулами:

, (6)

, (7)

де U – напруга, В

l – віддаль від джерела випромінювання до точки виміру, м

I – сила струму, А

R – радіус кола силової лінії провідника, м

Електромагнітне поле характеризується також і довжиною хвилі l або частотою коливань:

, (8)

де с = 3∙10⁸ м/с – швидкість поширення радіохвиль

f – частота коливань, Гц

Т – період коливань, с

Нормування електромагнітних випромінювань. Прилади та методи контролю

При малих частотах, у тому числі промисловій частоті 50 Гц, електричне і магнітне поля не зв’язані, тому їх можна розглядати окремо, як і дію, яку вони викликають у біологічному об’єкті.

У будь-якій точці електромагнітного поля, яке виникає в електроустановках промислової частоти, енергія магнітного поля, що поглинається ним.

Негативна дія на організм людини електромагнітного поля в електроустановках промислової частоти обумовлена електричним полем. Дія магнітного поля на біологічний об’єкт незначна і її можна не враховувати.

Порушення регуляції фізіологічних функцій організму обумовлене дією електричного поля на різні відділи нервової системи і на структури головного і спинного мозку. Зміни викликає індукований в тілі струм, а вплив самого електричного поля значно менший. Механізм дії полягає в поляризації атомів і молекул тіла людини в електричному полі, появі іонних струмів, і як наслідок – нагріванні тканини. Тепловий ефект тим більший, чим більша напруга і час дії.

Поряд з біологічною дією електричне поле обумовлює виникнення розрядів між людиною і металевим предметом, який має інший, ніж у людини, потенціал.

Ступінь негативної дії електричного поля промислової частоти на організм людини можна оцінити за кількістю поглиненої тілом енергії електричного поля, за струмом, який проходить через людину в землю, і за напруженістю поля в місці, де знаходиться людина.

Кількість поглиненої електромагнітної енергії, Вт/см²:

, (9)

де I – іонний струм, що індукується в тілі

scp – середня питома провідність тіла, Ом/см

Значення струму, який проходить через людину:

, (10)

де k – коефіцієнт, який враховує розміри тіла людини, наявність металевих конструкцій, частоту поля;

E – напруженість поля в місці знаходження людини.

Допустиме значення струму, який може тривалий час проходити через людину і обумовлений дією електричного поля, складає приблизно 50-60 мкА, що відповідає напруженості електричного поля на висоті зросту людини приблизно 5 кВ/м.

Якщо при електричних розрядах, які виникають у момент дотику людини до металевих конструкцій, які мають інший, ніж людина, потенціал, струм, що встановився, не перевищує 50-60 мкА, то людина, як правило, не відчуває болю.

Якщо цей струм перевищує 50 мкА, необхідно застосовувати засоби індивідуального захисту (екрани, захисні костюми, комбінезони із металізованої тканини з гнучким проводом заземлення).

Унаслідок довгого перебування в зоні дії радіохвиль настає передчасна втомлюваність, сонливість або порушення сну, головні болі, розлад нервової системи. При систематичному опроміненні спостерігається зміна кров’яного тиску, порушення серцево-судинної системи, сповільнення пульсу, нервово-психічні захворювання, трофічні явища (випадання волосся, ламкість нігтів).

Дослідженнями встановлено, що біологічна дія одного і того ж за частотою ЕМП залежить від напруженості його складових або густини потоку потужності для діапазону > 300 МГц. Це є критерієм для визначення біологічної активності ЕМ – випромінювань. Для цього ЕМ – випромінювання з частотою до 300 МГц розбиті на діапазони, для яких встановлені гранично допустимі рівні (ГДР) напруженості електричної (В/м) і магнітної (А/м) складових поля.

Для населення враховують також і м місцезнаходження в зоні забудови або житлових приміщень. ГОСТ 12.1.006-84 (1999) – ССБТ «Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля» встановлює гранично допустиму напруженість ЕМП на робочих місцях залежно від частоти.

У діапазоні частот 60 кГц – 300 мГц нормуються напруженість електричної (Е) і магнітної (Н) складових, а в діапазоні частоти 300 мГц – 300 ГГц – поверхнева густина потоку енергії (ПГЕ).

Гранично допустимі значення Е і Н на робочих місцях визначають виходячи з допустимого енергетичного навантаження і часу дії.

Гігієнічні норми часу перебування людини без засобів захисту в електричному полі встановлюють залежно від напруженості цього поля.

За ГОСТом 12.1.002-84 (1999) – ССБТ. «Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах» опромінення електричним полем регламентується як за величиною напруженості, так і за часом дії. Гранично допустима величина напруженості ЕМП за електричною складовою становить 5кВ/м. При такій напруженості людина може знаходитись необмежену кількість часу. При напруженості електричного поля 5-10кВ/м – 3 години; 10-15 кВ/м – 0,5 години; 15-20 кВ/м – не більше 5 хвилин.

Кожні півроку проводять заміри напруженості електричного поля.

Прилади для вимірювання електромагнітних випромінювань: широкосмуговий вимірювач напруженості поля NBM-550; вимірювач електромагнітного випромінювання EFA-200, EFA-300; вимірювач характеристик електромагнітного поля SRM-3000.

Контроль за дотриманням гранично допустимих рівнів ЕМП здійснюється спеціалістами установ санітарно-епідеміологічної служби МОЗ України на стадії проектування, реконструкції і експлуатації радіо технічних об’єктів (РТО)

Державний облік і реєстрацію РТО, які є джерелами електромагнітних випромінювань, здійснюють санітарно-епідеміологічні станції.

Обліку і реєстрації підлягають всі РТО, які випромінюють електромагнітну енергію в навколишнє середовище.

Заходи захисту від дії електромагнітного випромінювання:

• Захист часом передбачає обмеження перебування людини в електромагнітному полі. Допустимий час перебування людини в електромагнітному полі залежить від інтенсивності опромінення або напруженості електромагнітного поля.

• Захист відстанню. Проводиться, якщо не можна послабити інтенсивність опромінення в заданій зоні іншими способами. У цьому випадку збільшують відстань між випромінювачем і обслуговуючим персоналом.

• Зменшення потужності випромінювання безпосередньо в джерелі досягається використанням спеціальних пристроїв - поглиначів потужності (еквівалент антени і навантаження), які повністю поглинають або знижують енергію електромагнітного випромінювання, що передається на шляху від генератора до випромінюючого пристрою.

• Екранування джерел випромінювання використовується для зниження інтенсивності електромагнітного поля на робочому місці. Застосовуються заземлені екрани з металевих листів або сіток у вигляді замкнутих камер, кожухів.

• Засоби індивідуального захисту. До засобів захисту від електромагнітного поля належать халати і комбінезони з металізованої тканини, з виводом на заземлення. Опір заземлення повинен бути до 10 Ом.

Для захисту очей від електромагнітного випромінювання використовують захисні окуляри марки ЗП5-90. Скло окулярів покрито напівпровідниковим оловом, яке дає послаблення електромагнітної енергії до 30 дБ при світлопропусканні не нижче 74%.

Запитання для самоконтролю

1. Назвіть джерела випромінювання електромагнітної енергії.

2. Надайте класифікацію електромагнітних випромінювань.

3. Охарактеризуйте електромагнітне поле.

4. Як нормуються електромагнітне випромінювання?

5. Які прилади застосовуються для вимірювання електромагнітних випромінювань?

6. Назвіть заходи захисту від дії електромагнітного випромінювання.