71

Американскиестандартыоснованынаиспользованиитепловогоэффекта каккритериянормированияЭМИ. Философиятакогоподходадовольнопод- робноизложенавработахШванна, Майкслсона, ТеллаиХарлена.

Зарубежное нормирование, основанное на тепловом балансе человека, было сделано Шваном в 1953 г. Тело человека в нормальных условиях способ- но рассеять 10 мВт/см2 тепла в окружающее пространство. Это соответствует энергозатратам человека при легкой работе. При определенных благоприятных условияхтеплоотдачаможетдостигать100 мВт/см2.

В качестве основного норматива европейские страны приняли значение, равное 10 мВт/см2 [1.11]. Доказательству этой величины с тех же позиций по- священаоченьобстоятельнаяработаТеллаиХарлена. Вкачестведополнитель- ного критерия принимается отсутствие увеличения внутренней температуры болеечемнаI 0С.

Российские стандарты жёстче по сравнению с европейскими и американ- скими; так, например, (для 8-ми часового рабочего дня) в диапазоне 30 кГц – 3 МГц: - вРоссииЕПДУ=50 В/м, взарубежныхстранах~ 600 В/м; вдиапазоне300 МГц - 300 ГГц: - в России ППЭПДУ=25 мкВт/см2, в европейских странах 10000 мкВт/см2, вСША5000 мкВт/см2 [1.11].

1.7 Защита человека от биологического действия ЭМП

Защита человека от неблагоприятного биологического действия ЭМП строитсяпоследующимосновнымнаправлениям:

-организационныемероприятия;

-инженерно-техническиемероприятия;

-индивидуальныесредствазащиты;

-лечебнопрофилактическиемероприятия.

1.7.1Организационные мероприятия по защите от ЭМП

Корганизационным мероприятиям по защите от воздействия ЭМП отно-

сятся:

-выбор режима работы излучающего оборудования, обеспечивающего уровень излучения, не превышающий предельно допустимый (если это воз- можнопоусловиямработы);

-отсутствие посторонних лиц, не обслуживающих оборудование, являю- щемсяисточникомЭМП;

-расположениерабочихмествнезонынаправленногоизлучения;

-обозначениеиограждениезонсповышеннымуровнемЭМП;

-предупреждающиезнаки;

В целях информирования о наличии источника электромагнитного поля или магнитного поля, лазерного излучения, ионизирующего излучения повы- шенного уровня, используются предупреждающие знаки (по форме - равносто- роннийтреугольник) табл. 1.9 [1.13].

73

Защита временем и расстоянием

Защита временем – ограничение времени пребывания в ЭМП, превы- шающем ПДУ; защита временем применяется, когда нет возможности снизить интенсивность излучения нарабочем месте ниже предельно допустимого уров- ня. Для определённых диапазонов частот ПДУ предусмотрены в зависимости отвременивоздействияЭМП.[1.9].

лучения с расстоянием от источника; т.е., чем дальше от источника ЭМИ, тем меньше интенсивность поля; защита расстоянием применяется, когда невоз- можно ослабить ЭМП другими мерами, в том числе и защитой временем. За- щитарасстояниемположенавосновузоннормированияизлучениядляопреде- ления необходимого разрыва между источниками ЭМП и рабочей зоной, слу- жебнымипомещениями, жилымидомамиит.п.

Для каждой установки, излучающей электромагнитную энергию, опреде- ляетсясанитарно-защитнаязона(СЗЗ), этозона, вкоторойинтенсивностьЭМП превышает ПДУ. Границы зон определяются расчётом для каждого конкретно- го случая размещения излучающей установки при работе их на максимальную мощность излучения и контролируется с помощью измерительных приборов. СЗЗ ограждаются, либо устанавливают предупреждающие знаки с надписями: «Невходить, опасно!»

Для защиты населения от отрицательного воздействия ЭМП устанавли- ваютсяграницысанитарно-защитнойзоны(СЗЗ) изоныограничениязастройки

(ЗОЗ).

Для защиты населения от вредного влияния ЭМП промышленной часто- тыСЗЗиЗОЗустановленыкакрасстоянияоткрайнихпроводовпроекцииЛЭП наземлю. Ихзначенияприведенывтаблице1.10 [1.13].

Таблица 1.10

Санитарно-защитные зоны ЛЭП

74

Впроцессеопределенияэлектромагнитнойобстановкирассчитываются, а затемизмеряются, распределениеуровнейэлектромагнитнойэнергииоткаждо- го технического средства объекта. Оценка соответствия электромагнитной об- становки в районе размещения излучающего объекта действующим нормати- вам предельно допустимых уровней (ПДУ) воздействия ЭМИ проводиться сравнениемраспределенияуровнейэлектромагнитнойэнергии(расчетным– на стадии проектирования объекта и/или измеренным – при вводе объекта в экс- плуатацию) сПДУ.

Впроцессе анализа результатов расчётного прогнозирования и натурных измерений оцениваются уровни электромагнитной энергии (напряженности электрической и/или магнитной составляющей поля, плотности потока излуче- ния) в функции от горизонтальной дальности для каждого технического сред- ства, и выявляются источники, вносящие наибольший вклад в суммарный уро- веньизлучений.

Определяются границы санитарно-защитной зоны (СЗЗ) и зон ограниче- ниязастройки(ЗОЗ) – какрасстояниявгоризонтальнойплоскостиотусловного центра антенного поля объекта (проекции центра антенны технического сред- ства на землю) в функции азимута и высоты расчётной точки. При этом СЗЗ определяется на высоте 2 м, а ЗОЗ на высотах, соответствующих высотам су- ществующейи/илиперспективнойзастройки.

Санитарно-защитные зоны и зоны ограничения застройки для передаю- щихрадиоителевизионныхстанций, оборудованныхантеннаминаправленного излучениявгоризонтальнойплоскости, атакжедлярадиолокационныхстанций круговогообзораустанавливаютсявокруградиотехническогообъекта.

Для передающих радиостанций, оборудованных антеннами направленно- го действия, антенны которых фиксированы в определённом направлении, са- нитарно-защитные зоны и зоны ограничения застройки устанавливаются в на- правленииизлученияэлектромагнитнойэнергии, однакоприэтомдолжныучи- тыватьсятакжебоковыеизадниелепесткихарактеристикизлученияантенны.

Для передающих радио-, телевизионных станций, антенны которых излу- чают электромагнитную энергию под определённым углом к горизонту, уро- вень электромагнитного поля изменяется в зависимости от высоты, зона огра- ничения застройки устанавливается дифференцированно по вертикали в преде- лахвысотыжилойзастройки.

Для защиты населения от электромагнитной энергии высокой частоты от передающих радио-, телевизионных и радиолокационных станций устанавли- ваются санитарно-защитные зоны (минимально допустимое расстояние между жилой постройкой и передающей станцией). Размеры санитарно-защитных зон длятиповыхпередающихрадиостанцийприведенывтабл. 1.11.

75

Таблица 1.11 Размеры санитарно-защитных зон типовых передающих радиостанций

Для условий, отличающихся от типовых, санитарно-защитные зоны уста- навливаютсясучётомреальнойситуации.

Размеры санитарно-защитных зон для передающих телевизионных стан- ций устанавливаются по суммарной мощности передатчиков по каналу изобра- женияизвуковомуканалу(табл. 1.12).

Таблица 1.12 Размеры санитарно-защитных зон для передающих телевизионных станций

.1.7.2 Инженерно-технические мероприятия по защите от ЭМП

Инженерно-технические защитные мероприятия строятся на основе экра- нирования электромагнитных полей непосредственно в местах пребывания че- ловека, либо на мероприятиях по ограничению эмиссионных параметров ис-

76

точникаполя. Последнее, какправило, применяетсянастадииразработкиизде- лия, служащегоисточникомЭМП.

Однимизосновныхспособовзащитыотэлектромагнитныхполейявляет- ся их экранирование в местах пребывания человека. Экранируют либо источ- ники ЭМП от людей, либо рабочее место от источников ЭМП. Защитные свой- стваэкрановоснованынаэффектеослабленияэнергииЭМП.

При экранировании ЭМП в радиочастотном диапазоне используют два типа экранов, различающихся по принципу действия: отражающие экраны и поглощающиеэкраны.

Принастройкегенератораиспользуютэквивалентантенны.

1.7.2.1 Электромагнитное экранирование

Определение термина «Электромагнитный экран»

Электромагнитными экранами называют конструкции, предназначенные для ослабления электромагнитных полей, создаваемых какими-либо источни- камив некоторойобластипространства. В основном электромагнитныеэкраны делаются из металлов: меди, алюминия, стали. Однако для защиты от постоян- ных и очень низкочастотных магнитных полей в настоящее время иногда при- меняютиферриты.

В практике и литературе часто противопоставляют друг другу понятия «электростатический экран», «магнитостатический экран» и «электромагнит- ный экран». Такое противопоставление вряд ли уместно: подобно тому, как электростатическое и магнитостатическое поля являются частными случаями электромагнитного поля, так и электростатический и магнитостатиче- ский экраны являются частными видами электромагнитного экрана

[1.14].

Принцип действия электромагнитного экрана

Под действием первичного поля (поля источника) на поверхности экрана (состороныисточникаполя) индуцируются заряды, а втолще экрана — токии магнитная поляризация. Эти заряды, токи и поляризация создают (в толще эк- рана) вторичноеполе(точнее, снимисвязановторичноеполе).

От сложения вторичного поля с первичным образуется результирующее поле значительно ослабленное, и за экраном, т.е. в защищаемой области про- странства, оказываетсязначительноменьшимпосравнениюспервичным.

На границе раздела диэлектрик (воздух) – проводник (металл) часть па- дающего первичного поля отражается от границы раздела, а остальная часть проникаетвнутрь(втолщу экрана), гдезначительноослабляетсяилидажепол- ностью затухает, если толщина экрана, d, превышает расстояние проникнове- нияполявэкран.

Таким образом, принцип действия электромагнитного экрана состоит в том, что, отражая и направляя поток электромагнитной энергии, созда-

77

ваемый источниками поля, экран отводит поток энергии от защищаемой области пространства, не допускает в эту область [1.14].

Результирующее поле, возникающее при сложении вторичного поля с первичным, быстро убывает в экране, проникая в него на значительное рас- стояние. Энергия ЭМП превращается в тепло-

µ' – относительная магнитная проницаемость среды (µ'=1 для немагнитных материалов: медь, алюминий, серебро, латунь и др.; µ'>1 для магнитных мате-

нице(kx=1) называютглубинойпроникновенияэлектромагнитнойволныиобо- значаютсимволомδ(x=δ).

Глубинапроникновенияэлектромагнитнойволнывпроводящийэкран, δ, представляет собою дистанцию, при распространении на которую электромаг- нитная волна (векторы Е и Н) ослабевает в е – раз и получает поворот по фазе (отстает) на π/2. Эту дистанцию принято называть толщиной поверхностного слоя.

С понятием о толщине поверхностного слоя приходится сталкиваться также при изучении распределения плотности переменного тока по поверхно- сти сечения различных проводников. В сущности, физические процессы при этомтеже, чтоврассматриваемомнамислучаеплоскойволны.

Глубинупроникновенияопределяютизвыражения: kδ=1.

78

δ=0,38 мм;

б) сталь, у которой σ=107 См/м, µ`=1000, толщина поверхностного слоя δ=0,03 мм.

Таким образом, даже на низкой частоте, амплитуды E и H падающей волныуменьшаютсяве – разнаглубинепроникновения- долимиллиметра.

С ростом частоты глубина проникновения уменьшается; например, при увеличении частоты в 100 раз (f=3 МГц) δ уменьшиться в 10 раз, т.е., соответ-

ственно, а) δ=0,038 мм; б) δ=0,003 мм.

В идеальный проводник (с бесконечно большой проводимостью) волна вовсенепроникает, онаполностьюотнегоотражается.

На глубине δ амплитуда волны уменьшается в е – раз, но поле проникает впроводящийэкраниглубже, чемтолщинаповерхностногослоя, δ.

Обычно экраны из листового материала с высокой электропроводностью изготавливают толщиной не менее 0,5 мм для обеспечения конструктивной прочности.

За экраном поле от источника будет значительно ослабленным (напри- мер, не выше ПДУ), если толщина защитного экрана (d) меньше расстояния проникновенияполя в экран (x), т.е. если d<x, или его может вовсене быть, ес- лиd>x.

Для оценки функциональных качеств экрана используют параметр эф- фективность экранирования. Количественно эффективность электромагнитного экрана или, что то же самое, эффективность экранирования характеризуют от- ношением напряженностей поля в защищаемой области пространства при от- сутствииэкрана(Е1 илиН1 – первичноеполе) иприналичииэкрана(ЕЭ илиНЭ

– экранированное поле в защищаемой области пространства). Эффективность экранированияобозначаютбуквойЭ.

Материал экранов

Материал для экранирования необходимо выбирать так. чтобы были обеспечены:

– заданное значение ослабления ЭМИ или его составляющих в рабочем диапазонечастот;

79

–устойчивостьпротивкоррозииимеханическаяпрочность;

–экономическаяцелесообразность;

–возможностьпрактическоговыполнениявыбранноювариантаэкрана. Отражающиеэкранывыполняютизхорошоэлектропроводящихматериа-

лов, это металлы – немагнитные: медь, алюминий, латунь, бронза, олово и др. имагнитные: стальидр.

Тонколистовые и фольгированные материалы толщиной oт 0.01 до 0.05

мм могут быть применены для экранирования электрической составляющей ЭМИ. Магнитную составляющую эти материалы ослабляют недостаточно. Кроме того, на частотах резонанса эффективность экранирования помещения этимиматериаламиможетоказатьсянедостаточной[1.15].

В области высоких частот эффективность экранирования (ослабление ЭМИ) магнитными металлами любого из рассматриваемых видов полей (элек- трического, магнитного, электромагнитного) оказывается выше эффективности экранирования немагнитными металлами (глубина проникновения и толщина экрана меньше у магнитного материала). Но на ВЧ применение магнитных ме- талловприводиткбольшимэлектрическимпотерямвэкранируемойцепи.

У стали (магнитный материал) толщина поверхностного слоя много меньше, чем у меди или алюминия, то стальной экран оказывается более эф- фективным. Например, при d>0,2 мм и f>100 кГц стальной экран эффективнее медного.

Сростомчастотыуменьшаетсяглубинапроникновенияи, следовательно, толщинаэкрана.

Сетчатые экраны

Целесообразноиспользоватьсетчатые экраны (приэтомэкономитсяме- талл), выполненныеизметаллическойпроволоки.

Расстояние между осями соседних параллельных проволок, т.е. шаг сет- ки, а тем более диаметр проволоки, должны быть много меньше четверти дли- ныволны, чтобыячейкисеткинеслужилиантеннами.

Длясетчатыхэкрановсправедливоследующее:

– с увеличением частоты уменьшается эффективность экранирования се-

ток;

–эффективность экранирования медных сеток при прочих равных усло- вияхвыше, чемстальных, особеннодлячастотменее1МГц;

–длячастотниже50 кГцболееэффективныредкиесеткиизтолстойпро- волоки, дляболеевысокихчастот– густыесеткиизболеетонкойпроволоки.

Если установленная на отверстии сетка не обеспечивает требуемой эф- фективности экранирования, а заменитьее более густой сеткой невозможно, то имеетсмыслприменятьдвухслойныесетки.

Двухслойные экран из сетки эффективнее однослойного из той же сетки.

Вотличие от сплошных экранов экраны из сетки имеет смысл делать двух- слойные.

При экранировании зданий сеткой по периметру дверных проемов про- кладывается жгут из трёх проводов. который пропаивается в местах пересече-

80

ния с сеткой. Оконные рамы экранируются аналогичной сеткой или радиоза- щитным стеклом. Все вертикальные провода сетки наверху припаиваются к шине, проложенной по периметру помещения. Сетка, проложенная по верху здания, соединяется с экранировкой стен через 1 м. У основания здания все вертикальные провода присоединяются к сборному контуру, выполненному в виде жгута из трёх медных проводов диаметром 2 мм и проложенному вокруг зданиявземленаглубине0,5 м.

Смотровые окна, входные двери в кабину с источником ЭМП и другие технологическиеотверстиявэкранахзакрываютгустойметаллическойсеткойс ячейками не более 4×4 мм. В диапазоне НЧ сетка толстая и редкая, в СВЧ тон- каяичастая.

Экран должен заземляться. Швы между отдельными листами экрана или сетки должны обеспечивать надёжный электрический контакт между соедини- тельными элементами. Шов выполняют сваркой с шагом не более 50-100 мм. [1.15]

Экранирующиесвойствасеткинижелистовогометалла, носеткаудобнее в конструктивном отношении, особенно при экранировании смотровых и вен- тиляционных отверстий, окон, дверей и т.д. Защитные свойства сетки зависят от величины ячейки и толщины проволоки: чем меньше величина ячеек, чем толщепроволока, темвышееёзащитныесвойства.

Сетчатые экраны ослабляют плотность потока энергии в 100-1000 раз (на

20-30 дБ).

Преимуществами проволочных сеток по сравнению со сплошными ме- таллическимилистамиявляются:

-сниженныемассогабаритныепараметры;

-улучшенныйтеплообменэкранированногопомещения(камеры) свнеш- нейсредой;

-возможностьвизуальногонаблюдениязаиндикаторамиустановок.

Все экраны заземляются. Элементы экрана из листов или сетки соединя- ются между собой сваркой или пайкой для хорошего электрического контакта междусобойисзаземляющимустройством.

Радиозащитное стекло

ВдиапазонеВЧ, СВЧэкранможетвыполнятьсяввиделистаизстекласнане- сённойнанеготонкойметаллическойплёнки(радиозащитное стекло) свето- прозрачной, чтопозволяетвестинаблюдениезаработойрадиооборудованияна расстоянииизазащитнымэкраном.

Основным недостатком экранов отражающего типа является частичное отражениепадающейрадиоволны(до30%) отграницыразделавоздух– прово- дящий слой (диэлектрик – проводник), что повышает уровень ЭМП в помеще- нии, нарушает настройку радиоаппаратуры. Этот недостаток можно частично устранитьприменениемэкрановпоглощающеготипа.

Экраны отражающего типа применяются, в основном, для защиты от па- разитного излучения, чтобы ЭМИ не распространялось от источника во всём помещении.

81

Поглощающие экраны

Поглощающие экраны по конструктивному исполнению - листы из ра- диопоглощающих материалов одно- или многослойные, приклеены к основе илизакрепленымеханически.

Многослойные – обеспечивают поглощениерадиоволнвболеешироком диапазоне частот. Для улучшения экра- нирующего действия у многих радиопо- глощающих материалов с одной сторо- ны впрессована металлическая сетка

или латунная фольга. При создании эк-

ранов эта сторона обращена в сторону,

противоположную источнику излучения

[1.8].

Радиопоглощающие материалы должны отвечать следующим требова- ниям: - максимальное поглощение элек- тромагнитных волн в широком частот- ном диапазоне, - минимальное отраже- ние, - отсутствие вредных испарений, -

пожаробезопасность, - небольшиегабаритыивес.

Средства защиты (экраны, кожухи и т. п.) из радиопоглощающих мате- риалов выполняют в виде тонких резиновых ковриков, гибких или жестких листов поролона, ферромагнитных пластин, смеси графита с другими радиопо- глощающимиматериалами[1.4].

Коэффициентотраженияпоглощающихматериалов(1-3)%. Экранызаземляются.

1.7.2.2 Эквивалент антенны

Эквивалент антенна – это согласованная нагрузка тракта передачи от ге- нератора до антенны. Используется, когда не нужно излучать в окружающее пространство (настройка генератора). Конструктивно эквивалент антенной мо- жетслужитькусокволновода, заполненныйрадиопоглощающимматериалом(в основном - графитом), внёмэлектромагнитнаяэнергияпревращаетсявдругой видэнергии– тепловую.

Эквивалент антенна под нагрузкой нагревается, для охлаждения поверх- ность эквивалент антенны выполняют ребристой, либо с водяным охлаждени- ем.

Настройкагенераторапроводитсяприпониженноймощности.

1.7.2.3 Строительные конструкции иихпокрытия

Строительные конструкции и их покрытия также проявляют экранирую- щиесвойства.

82

Взависимостиоттехнологическогопроцессавысокочастотныеустановки могут размещаться в отдельных помещениях или в общем производственном помещении. Электромагнитная энергия, излучаемая отдельными элементами радиотехнической аппаратуры, при отсутствии экранов (настройка, регулиров- каииспытания) распространяетсявпомещении, отражаетсяотстениперекры- тий, частично проходит сквозь них. В результате образования стоячих волн в помещении могут создаваться зоны с повышенной плотностью электромагнит- ного излучения. Поэтому, работы следует проводить в отдельных специально выделенных помещениях, которые должны быть изолированы от других поме- щенийданногозданияииметьнепосредственныйвыходвкоридорилинаружу. Для этих целей подходят угловые помещения первых и последних этажей зда- ний.

Помещения, в которых проводят работы по настройке, регулированию и испытаниям установок, необходимо устраивать так, чтобы при включении ус- тановок на полную мощность их излучение практически не проникало через стены, перекрытия, оконные проёмы и двери в смежные помещения. Толщину стен и перекрытий помещений определяют в каждом случае расчётным путём, исходя из мощности установок и поглощающих свойств строительных мате- риалов.

Материалы стен и перекрытий зданий, в том числе и окрасочные мате- риалы, различно не только поглощают, но и отражают электромагнитные вол- ны. Маслянаякраска, например, создаетгладкуюповерхность, отражающуюдо 30% электромагнитной энергии сантиметрового диапазона. Известковые по- крытия имеют малую отражательную способность. Поэтому для уменьшения отражения электромагнитной энергии потолок и стены целесообразно покры- ватьизвестковойилимеловойкраской.

1.7.3 Индивидуальные средства защиты

Индивидуальные средства защиты выполняются из эластичных материа- лов – из хлопчатобумажных или синтетических волокон с переплетёнными ме- таллическими нитками (радиозащитные ткани). Применяются радиозащитные тканидляизготовленияспецодежды: - халаты, фартуки, комбинезоны, курткис капюшонамисвмонтированными внихзащитнымиочками, шлемы, бахилы.

Радиозащитное стекло применяется для изготовления смотровых отвер- стий и очков как средство индивидуальной защиты. Радиозащитное стекло – это стекло, покрытое тонкой светопрозрачной (до 90%) металлической плён- койдвуокисиоловаилиокисловдругихметаллов(серебра, золотаидр.).

Одежда из радиозащитной ткани позволяет снизить облучение в 1001000 раз, тоестьна20-30 децибел(дБ). Защитныеочкиснижаютинтенсивность облученияна20-25 дБ.