нормам производства, передачи и распределения электрической энергии.

Количественные характеристики качества электроэнергии:

–отклонение напряжения и частоты;

–размах колебаний напряжения и частоты;

–коэффициент несинусоидальности формы кривой напряжения;

–коэффициент несимметрии напряжения основной частоты. Вместе с тем можно классифицировать эти проблемы на 4группы: 1. Разработка условий электробезопасности.

2. Разработка требований к заземляющим устройствам.

3. Разработка требований к молниезащите.

4. Разработка требований к безопасному уровню элетрических

имагнитных полей для биологических объектов.

1.3.Помехи и электроэкология

Вкачестве электромагнитной помехи, проявляющейся в ухудшении рабочих показателей технических средств, вызванном электромагнитным возмущением, может фигурировать практически любое электромагнитное явление.

1.3.1.Классификация помех

Помехи классифицируются:

По степени влияния: допустимая, приемлемая, опасная (вредная)

1.Помеха допустимая – наблюдаемая и прогнозируемая помеха, удовлетворяющая количественным критериям помехи и критериям совместного использования частот.

2.Помеха приемлемая – помеха с более высоким уровнем, чем та, которая определяется как допустимая и которая согласована между двумя или несколькими администрациями без ущерба для других администраций.

3.Помеха опасная – помеха, которая мешает действию радионавигационной службы или других служб безопасности или существенно ухудшается качество, затрудняется или неоднократно прерывается работа служб радиосвязи.

8

По определению электромагнитной обстановки: низкоча-

стотные электромагнитные помехи, высокочастотные электромагнитные помехи, статические разряды.

1.Низкочастотными называют помехи, несущая частота которых измеряется десятками килогерц. Источниками низкочастотных помех являются колебания напряжения, несимметрия напряжения

втрехфазных системах электроснабжения, наведенное низкочастотное напряжение.

2.Высокочастотными называют помехи с несущей частотой более 100 кГц. Источниками высокочастотных помех являются: наведенное высокочастотное напряжение, колебательные переходные

процессы в цепях электроснабжения, апериодические процессы

всетях электроснабжения.

3.Электростатические разряды: грозовые разряды.

1.3.2.Основные источники помех и чувствительные

кпомехам элементы, каналы передачи

идопустимые уровни помех, уровень помехоустойчивости,

помеховосприимчивости, помехоэмиссии

К источникам электромагнитных помех можно отнести железнодорожный транспорт, индуцируемые помехи от соседних линий, удары молнии, устройства системы, генерирование и распределение электрической энергии, устройства преобразования электрической энергии, электрооборудование технологических систем (средства связи, радиолокации).

Электронные средства автоматизации при их практической работе подвергаются большим или меньшим электромагнитным воздействиям. В какой степени эти воздействия приводят к временным нарушениям функционирования или к необратимым повреждениям, зависит от помехоустойчивости и стойкости к повреждению. Стойкость к повреждению означает в данном случае способность противостоять воздействиям, вызывающим необратимые нарушения, а помехоустойчивость – воздействиям, вызывающим необратимые нарушения. Оба понятия можно охарактеризовать количественно, задаваясь граничными значениями воздействующего фактора, при которых еще сохраняется стабильное функционирование данного устройства.

9

Таблица 1.1 – Значения энергии, вызывающие повреждения различных электронных компонентов

Как видно из таблицы 1.1, наиболее уязвимы к помехам полупроводниковые элементы и микросхемы систем автоматизации

иуправления. Наименее уязвимы силовые компоненты схем.

1.3.3.Оборудование для испытания технических средств

на помехоустойчивость, помехоэмиссию

В соответствии с классом ЭМО окружающей среды устанавливают состав и степень жесткости испытаний технических средств.

Все испытания на ЭМС следует разделить на следующие:

–испытания на помехоэмиссию;

–испытания на помехоустойчивость.

При испытаниях на помехоэмиссию рассматривают индуктивные (излучаемые) и кондуктивные электромагнитные помехи, гармоники тока и фликер. Испытания на помехоустойчивость осуществляют к кондуктивным и индуктивным помехам. Все виды испытаний необходимо проводить в соответствии с нормативными документами (табл. 1.2).

При проведении испытаний на помехоустойчивость определены рекомендации по выбору портов испытываемых технических средств (ТС) (табл. 1.3).

10

Таблица 1.2 – Виды испытаний электромагнитной совместимости и соответствующие нормативные документы

11

Окончание таблицы 1.2

Таблица 1.3 – Рекомендации по выбору портов ТС, подлежащих воздействию при проведении испытаний на помехоустойчивость

12

Окончание таблицы 1.3

Примечание: П – подлежит воздействию, за исключением специальных случаев; Н – не подлежит воздействию, за исключением специальных случаев; М – подлежит воздействию при определенных обстоятельствах; НП – не подлежит воздействию.

Выбор портов ТС, подлежащих воздействию помех при проведении испытаний, определяет степень жесткости испытаний автоматическихиавтоматизированныхсистемтехнологическогоуправления электротехническими объектами, что указывается в соответствующих нормативных документах. Например, испытания систем на устойчивость к воздействию импульсных помех, возникающих при коммутации силового оборудования и коротких замыканий на высоком напряжении, определяют следующие степени жесткости испытаний:

Степень жесткости испытания 1. Порты ТС подключены к кабелям, не выходящим за пределы помещения для управления.

Степень жесткости испытания 2. ТС установлены в кон-

тролируемых помещениях и залах релейной защиты. Порты ТС

13

подключены к кабелям, соединенным с оборудованием, расположенным в помещениях управления и залах релейной защиты.

Степень жесткости испытания 3. ТС установлены в помеще-

ниях и залах релейной защиты. Порты ТС подключены к кабелям, соединенным с оборудованием, расположенным в этих помещениях и вне помещений. Для указанных ТС при степени жесткости 3 применяют напряжение помехи 2,5 кВ.

Степень жесткости испытания 4 не применяют при уста-

новлении требований помехоустойчивости ТС, предназначенных для эксплуатации на электростанциях и электрических подстанциях среднего и высокого напряжения. Если выбор указанной степени жесткости на основе анализа первичных явлений, вызывающих появление колебательных помех, считается необходимым, должны быть приняты соответствующие меры помехоподавления.

Чтобы исключить или уменьшить опасность воздействий электромагнитных помех, проводят испытания на помехоустойчивость ТС, а для того, чтобы установить уровень электромагнитных помех, которые излучает какое-либо ТС, проводят испытания на помехоэмиссию. Испытания на помехоэмиссию являются обязательными при сертификации ТС.

Нормы и методы испытаний, а также оборудование, которое используется при проведении испытаний технических средств, приведены в соответствующих нормативных документах.

При испытании ТС используют специальное оборудование, которое предназначено для имитации различных электромагнитных помех, – испытание на помехоустойчивость, или аппаратура, позволяющая определить уровень электромагнитных помех, – испытания на помехоэмиссию.

Так, при проведении испытаний используют:

–оборудование для испытаний на устойчивость к кондуктивным электромагнитным помехам;

–оборудование для испытаний импульсной прочности электрической изоляции;

–оборудование для испытаний коммутационных характеристик электротехнических аппаратов;

–TEM и GTEM-камеры для проведения испытаний на устойчивость и эмиссию полевых радиопомех;

–безэховые камеры для проведения испытаний на ЭМС.

14

В качестве имитаторов электромагнитных помех служат испытательные генераторы нано- и микросекундных импульсов, испытательные генераторы одиночных колебательных затухающих помех, испытательные генераторы повторяющихся колебательных затухающих помех, испытательные генераторы токов, испытательные генераторы искажения синусоидальности напряжения электропитания, а также измерительные средства (высоковольтные делители, шунты токовые), помехоподавляющие фильтры и т.д.

Рассмотрим некоторые устройства, предназначенные для испытаний на ЭМС различных ТС.

ТЕМ-камера представляет собой отрезок квадратной коаксиальной линии с волновым сопротивлением 50 Ом большого сечения с плоским внутренним проводником. С обоих концов камеры имеются пирамидальные сужения и переходы на стандартные коаксиальные разъемы. Суженные участки должны быть достаточно плавными и длинными, чтобы свести к минимуму возмущение ТЕ-волны (поперечноэлектромагнитные волны) при прохождении от одного участка к другому. Обычно длину выбирают равной половине ширины камеры.

GTEM-камерапредставляетсобойчетырехграннуюпирамиду, лежащую на боковой грани. В поперечном сечении это прямоугольная коаксиальная линия с центральным проводником специального профиля. На узком конце линия плавно переходит к входному коаксиальному разъему. Нагрузкой линии является комбинация поглощающего материала и резисторов.

Для создания и контроля электромагнитного поля в камерах используются радиоизмерительные приборы общего назначения со специально разработанными усилителями и автоматизированной системой измерений.

Безэховаякамера–этоуникальноеинженерноесооружениедля проведения исследований и испытаний по ЭМС различных ТС и электромагнитнойбезопасности.Стеныипотолоккамерыоблицованыпоглощающим электромагнитные волны материалом. В полностью безэховой камере радиопоглощающим материалом покрыт также пол. Покрытие камеры радиопоглощающим материалом преследует цель предотвратить отражения радиоволн от внутренних поверхностей камеры, так как интерференция отраженного и излученного электромагнитных полей может привести к образованию пиков и провалов напряженности результирующего электромагнитного поля.

15

Коэффициент отражения радиопоглощающего материала зависит в основном от частоты и угла падения радиоволн. Как правило, поглощение электромагнитной энергии максимально при нормальном падении радиоволн на поверхность радиопоглощающего материала и снижается при возрастании угла падения. Для того чтобы уменьшить отражения и увеличить поглощение радиоволн, применяется радиопоглощающий материал в форме пирамид или конусов. Камеры предназначены для проведения испытаний и высокоточных измерений радиоэлектронной аппаратуры, антенной техники и испытаний ТС на ЭМС. Обеспечивают получение достоверных результатов измерений в обстановке сильного электромагнитного зашумления естественным и техногенным электромагнитным фоном, а также защиту информации. При испытаниях ТС различных видов и назначений на соответствие требованиям устойчивости к электромагнитным помехам и на соответствие предельным нормам на помехоэмиссию применяют стандартные методы испытаний, установленные в международных и отечественных стандартах.

Например, процедура определения устойчивости аппаратуры

кимпульснымпомехамсогласноГОСТР51317.4.12-99(МЭК61000- 4-12-97): подобные помехи создаются, в частности, при коммутациях высоковольтного оборудования. Процедура испытаний заключается в том, что на входы работающей аппаратуры подаются импульсы от стандартного испытательного генератора и при этом контролируется правильность работы аппаратуры: отсутствие ложных срабатываний, «зависания», перезагрузки и физического повреждения устройств.

Втребованиях к аппаратуре РЗА дается класс жесткости испытаний, которому соответствует некоторое испытательное напряжение. Но это напряжение определяется на холостом ходу испытательного генератора. В действительности напряжение, приложенное

каппаратуре при испытаниях, будет зависеть от ее полного входного сопротивления (точнее, от амплитудно- и фазочастотной характеристик в спектре частот рассматриваемых импульсов). Более того, вольт-амперная характеристика входов аппаратуры нередко оказывается нелинейной, особенно в случае установки в аппаратуру разрядников, варисторов и т.п. нелинейных устройств защиты. В случае превышения мощностью помехи нагрузочной способности, например варистора, он может быть выведен из строя, хотя напряжение

16

помех на входе оборудования не превысит нескольких сотен вольт. Как показывают измерения, это напряжение часто оказывается существенно меньше нормированного.

Разумеется, это не снижает ценность результатов испытаний, поскольку стандартами нормируется еще и внутреннее сопротивление испытательного генератора. Поэтому мощность помехи, попадающей на аппаратуру, контролируется в любом случае.

В качестве примера на рисунках 1.1–1.4 приведены типичные системы и комплект оборудования, которые используются в настоящее время для испытаний ТС и аппаратуры на помехоустойчивость и помехоэмиссию.

Рис. 1.1. Расположение и состав оборудования для тестирования испытательной системы на устойчивость к радиочастотным электромагнитным полям по ГОСТ P 51317.4.3-99 (МЭК 61000-4-3-95)

Рис. 1.2. Расположение и состав оборудования для проведения испытаний на устойчивость к радиочастотным электромагнитным полям

в соответствии с ГОСТ P 51317.4.3-99

17

CIT-10/75

Рис. 1.3. Состав оборудования для проведения испытаний на устойчивость к кондуктивным помехам, наведенным радиочастотными полями

по ГОСТ P 51317.4.6-99 (МЭК 61000-4-6-96);

ИТС – испытуемое техническое средство

Рис. 1.4. Состав оборудования для проведения измерения индустриальных радиопомех по ГОСТ P 51319-99 (СИСПР 16-1(1993-08)); ИТС – испытуемое техническое средство

1.4.Классификация электромагнитной обстановки

имест размещения технических средств (ТС) по допустимым уровням электромагнитных помех

Совокупность уровней помех на объекте называется электромагнитной обстановкой (ЭМО). Следует отметить большой разброс параметров ЭМО (например, уровней помех при коммутационных

18

операциях, кротких замыканиях, грозовых разрядах и пр.), которые проявляются в различных количественных и качественных интенсивностях электромагнитных воздействий. На основании предпроектных изысканий, расчетов, моделирования и анализа ЭМО определяют классы ЭМО для энергообъектов, устанавливают классы жесткости испытаний устройств автоматизированных систем технологического управления (АСТУ) по условиям помехоустойчивости. Помехоустойчивость аппаратуры, устройств, различных элементов системы обусловливает надежность функционирования этих технических средств в определенной электромагнитной обстановке. Для выявления требований, предъявляемых к различным устройствам в отношении электромагнитной совместимости, необходимо классифицировать окружающую среду по видам и уровням электромагнитных воздействий.

По критериям МЭК 61000-2-5-2002 определяют электромагнитную обстановку окружающей среды следующим образом:

Класс 1 – легкая электромагнитная обстановка.

Класс 2 – электромагнитная обстановка средней жесткости. Класс 3 – жесткая электромагнитная обстановка.

Класс 4 – крайне жесткая электромагнитная обстановка.

Для каждого класса по критериям МЭК 61000-2-5-2002 определены мероприятия, выполнение которых обеспечивает соответствующую ЭМО окружающей среды.

Класс 1 – легкая электромагнитная обстановка. В этом классе ЭМО выполнены следующие мероприятия:

–осуществлены оптимизированные и скоординированные мероприятия по подавлению помех, защите от перенапряжений во всех цепях;

–электропитание отдельных элементов устройства резервировано, силовые и контрольные кабели проложены раздельно;

–выполнение заземляющего устройства, прокладка кабелей, экранирование произведены в соответствии с требованиями ЭМС;

–климатические условия контролируются, и приняты специальные меры по предотвращению разрядов статического электричества.

Класс 2 – электромагнитная обстановка средней жесткости.

Вэтом классе ЭМО наблюдается следующее:

19

–цепи питания и управления частично оборудованы помехозащитными устройствами и устройствами для защиты от перенапряжений;

–отсутствуют силовые выключатели, устройства для отключения конденсаторов, катушек индуктивностей;

–электропитание устройств АСТУ осуществляется от сетевых стабилизаторов напряжения;

–имеется тщательно выполненное заземляющее устройство;

–токовые контуры разделены гальванически;

–предусмотрено регулирование влажности воздуха;

–материалы, способные электризоваться трением, отсутствуют;

–применение радиопереговорных устройств, передатчиков запрещено.

Класс 3 – жесткая электромагнитная обстановка. В этом классе ЭМО допускается следующее:

–защита от перенапряжений в силовых цепях и цепях управления не предусмотрена;

–повторного зажигания дуги в коммутационных аппаратах не происходит;

–имеется заземляющее устройство;

–силовые, контрольные кабели и коммутационные цепи раз-

делены;

–контрольные кабели линий передачи данных, сигнализации, управления разделены;

–относительная влажность воздуха поддерживается в определенных пределах;

–нет материалов, электризуемых трением;

–использование переносных радиопереговорных устройств ограничено (установлены ограничения приближения к приборам на определенное расстояние).

Класс 4 – крайне жесткая электромагнитная обстановка. ЭМО этого класса жесткости характеризуется следующим:

–защита в цепях управления и силовых контурах от перенапряжений отсутствует;

–имеются коммутационные устройства, в аппаратах которых возможно повторное зажигание дуги;

–существует неопределенность в выполнении заземляющего устройства;

20

–нет пространственного разделения силовых, контрольных кабелей и коммутационных цепей;

–допустимы любая влажность воздуха и наличие электризуемых трением материалов;

–возможно неограниченное использование переносных радиопереговорных устройств;

–в непосредственной близости могут находиться мощные радиопередатчики;

–вблизи могут находиться мощные технологические устройства (электропечи, сварочные машины и т.п.).

По результатам классификации ЭМО по видам воздействий устанавливаются степени жесткости испытаний устройств АСТУ, при этом порядковые номера класса ЭМО и степени жесткости испытаний должны совпадать.

1.5. Влияние электромагнитных полей на биологические объекты, нормы допустимых

значений напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты для населения и персонала

Интенсивное использование электромагнитной и электрической энергии в современном обществе привело к тому, что в последней трети XX века возник и сформировался новый значимый фактор загрязнения окружающей среды − электромагнитный. К его появлению привело развитие современных технологий передачи информации и энергии, дистанционного контроля и наблюдения, электрифицированного транспорта, а также развитие ряда технологических процессов. В настоящее время признано, что электромагнитное поле (ЭМП) искусственного (техногенного) происхождения является значимым экологическим фактором с высокой биологической активностью.

Анализ планов отраслей связи, передачи и обработки информации, транспорта и ряда современных технологий показывает, что в ближайшем будущем будет нарастать использование технических средств, генерирующих электромагнитную энергию в окружающую среду.

21

С начала 90-х годов XX века произошли изменения в структуре источников ЭМП, связанные с возникновением их новых видов (сотовой и других видов связи, персональной и мобильной коммуникаций), освоением новых частотных диапазонов теле- и радиовещания, развитием средств дистанционного наблюдения и контроля и т.д. Особенностью этих источников является создание равномерной зоны «радиопокрытия», что является ничем иным, как увеличением электромагнитного фона в окружающей среде.

Термин «глобальное электромагнитное загрязнение окружающей среды» официально введен в 1995 году Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), включившей эту проблему в перечень приоритетных для человечества. В числе немногих всемирных проектов ВОЗ реализует Международный электромагнитный проект (WHO International EMF Project), что подчеркивает актуальность и значение, придаваемое международной общественностью этой теме. В свою очередь практически все развитые страны реализуют национальные программы исследования биологического действия ЭМП и обеспечения безопасности человека и экосистем в условиях нового глобального (электромагнитного) фактора загрязнения окружающей среды. В этой области проводят широкомасштабные исследования и разрабатывают стандарты международные организации: Международная ассоциация по радиационной защите (IRPA), Международный комитет по защите населения от неионизирующих излучений (INIRC), Европейский комитет по электромагнитной стандартизации (CENELEC).

Живые организмы в процессе эволюции приспособились к определенному уровню ЭМП, однако резкое значительное повышение (в историческом аспекте) уровня ЭМП вызывает напряжение адаптационно-компенсаторных возможностей организма, долговременное действие этого фактора может привести к их истощению, что повлечет необратимые последствия на системном уровне.

В связи с увеличением числа источников ЭМП возрастает опасность их воздействия на человека. Домашняя электросеть, бытовые электроприборы, видеодисплейные терминалы, линии электропередач, телевизионные и радиосредства связи и информации, радиолокационные и навигационные станции – это только часть перечня источников, которые излучают ЭМП самой различной частоты, модуляции и интенсивности. Большинство населения фактически живет в весьма сложном ЭМП, которое становится все труднее и труднее

22

характеризовать, а его интенсивность в миллионы раз превосходит уровень естественного магнитного поля. При оценке опасности воздействия ЭМП на головной мозг человека следует учитывать, что поглощение электромагнитной энергии может быть крайне неравномерным с образованием в тканях мозга так называемых горячих точек с последующими структурными изменениями нервных клеток в очаге поглощения энергии.

Электромагнитные излучения существенно влияют на развитие патологических реакций организма, что определяется следующими факторами:

–объем поглощенной энергии;

–длительность воздействия;

–возраст человека и состояние его здоровья;

–факторы внешней среды;

–область облучения (например, в случае с сотовым телефоном это прежде всего головной мозг и периферические рецепторы вестибулярного, зрительного и слухового анализатора, при этом очевидно, что различные участки мозга и рецепторы несут ответственность за функционирование приведенных критических систем организма).

Электромагнитные излучения характеризуются весьма сложной структурой (электрические, магнитные, электромагнитные), кроме того, излучение происходит в большом диапазоне частот, интенсивностей и др.

Определяющими в оценке опасности воздействия ЭМП на организм человека являются не только время воздействия и интенсивность, но и модуляция электромагнитных излучений; потенциально опасным является сам факт контакта человека с модулированными электромагнитными излучениями.

Проблема электромагнитного загрязнения усложняется существованием взаимодействия естественного электромагнитного поля

иантропогенного загрязнения. Парадокс заключается в том, что природные электромагнитные поля – фактор существования жизни на Земле, а вызванное деятельностью человека искусственное электромагнитное загрязнение, интенсивность которого превышает естественный фон, угрожает живым организмам и растениям.

Организм человека осуществляет свою жизнедеятельность путем ряда сложных процессов и механизмов и в том числе –

23

сиспользованием внутри- и внеклеточных электромагнитных взаимодействий. Электромагнитная среда обитания фактически является источником электромагнитных помех в отношении жизнедеятельности человека и биоэкосистемы. В этой связи возникает проблема биоэлектромагнитной совместимости как весьма сложной системы взаимодействия живой природы и технических средств – источников электромагнитных излучений. В этой ситуации живой организм вынужден постоянно искать защиту от быстро меняющейся обстановки, используя свои внутренние возможности, и, естественно, довольно часто не справляется с этой задачей.

При взаимодействии электромагнитных излучений с биологическими объектами лишь часть энергии поглощается и вызывает негативные последствия. Распределение поглощенной электромагнитной энергии в организме зависит от электрофизических свойств биотканей, от их химического состава, а также от частоты колебаний, происходящих внутри биологического объекта и экспозиции воздействия. Электрофизические свойства биотканей определяют процессы поглощения электромагнитной энергии через различные слои вещества, в этом случае сказываются краевые эффекты на границе раздела сред

сразличными электрофизическими свойствами. Поэтому реакция отдельных органов на электромагнитные излучения различна.

При взаимодействии ЭМП с биовеществом возникают процессы, зависящие от электрофизических свойств тканей: колебания свободных зарядов (ионов) приводят к увеличению токов проводимости и потере энергии, связанной с электропроводностью вещества. Вращение дипольных молекул с частотой воздействующего ЭМП влияет на токи смещения и диэлектрические потери, обусловленные диэлектрической проницаемостью и вязкостью среды, что определяет распределение электрической составляющей электромагнитного поля и описывает релаксационную поляризацию. Магнитная проницаемость вещества обусловливает распределение магнитной составляющей электромагнитного поля.

Известно, что диэлектрическая проницаемость несовершенного диэлектрика, каким можно представить биологическое вещество, формально рассматривается как комплексная величина

ε = ε′− jε′′,

а тангенс угла диэлектрических потерь определяется как

24

tgδ= εε′′′.

Диэлектрические свойства биологических тканей существенно зависят от частоты электромагнитных колебаний. Эти зависимости приведены на рисунках 1.5 и 1.6.

ε" 108

107

Рис. 1.5. Зависимость мнимой составляющей диэлектрической проницаемости биологических тканей от частоты ЭМП

Рис. 1.6. Зависимость удельной проводимости биологических тканей от частоты ЭМП

25

ВоздействиеЭМПнабиотканьвызываетполяризацию,чтоприводит к возникновению ионных токов, которые протекают только по межклеточной жидкости, так как мембраны клеток – диэлектрики.

При частоте менее 10 кГц период электромагнитных колебаний достаточно высок и клеточные мембраны успевают перезарядиться за счет ионов внутри и вне клетки (двойной электрический слой). Это объясняет наличие удельной ионной проводимости для тканей с высоким содержанием воды. При этом полный заряд и диэлектрическая проницаемость ткани за период колебаний достаточно велики. Последующий рост удельной проводимости происходит вследствие снижения емкостного сопротивления мембран с увеличением частоты. Неполная перезарядка изолированных мембран вовлекает внутриклеточную жидкость в процесс образования ионных токов, проводимость ткани при этом плавно возрастает, а ее диэлектрическая проницаемость – падает.

Лавинное вовлечение внутриклеточной среды в процесс образования ионных токов на частотах 10–100 кГц вызывает резкий рост удельной проводимости. Кроме того, поляризация молекул тканей, в основном молекул воды, приводит к возникновению токов смещения, увеличивающих токи в тканях при тех же амплитудах напряженности электрического поля, т.е. падает их удельное сопротивление.

При частотах 100 кГц – 10 МГц мембраны практически не перезаряжаются, а емкостное сопротивление тканей падает. Содержимое клеток все активнее включается в процесс образования ионных токов, т.е. проводимость ткани продолжает возрастать, а ее диэлектрическая проницаемость падает. При этом значительно возрастает поляризация молекул и наблюдается увеличение токов смещения.

При частотах выше 10 МГц емкостное сопротивление достаточно мало и клетку можно считать короткозамкнутой. Поляризация молекул и токи смещения становятся доминирующими. Возбужденные молекулы приходят в колебательное движение, сталкиваются с псевдовозбужденными молекулами и передают им свою энергию, что проявляется в виде нагрева тканей и в различных химических преобразованиях. В это время проводимость резко возрастает, а диэлектрическая проницаемость остается практически неизменной.

ЭМП наиболее интенсивно воздействуют на органы с большим содержанием воды. Перегрев же особенно вреден для тканей со

26

слабо развитой сосудистой системой или с недостаточным кровообращением (почки, мозг), так как кровеносную систему можно уподобить системе водяного охлаждения. Облучение глаз вызывает помутнение хрусталика, которое проявляется достаточно быстро (несколько дней или недель после облучения).

ЭМП оказывают специфическое воздействие на ткани человека как биологические объекты при интенсивности поля, значительно меньшей теплового порога. Они изменяют ориентацию клеток или цепей молекул в соответствии с направлением силовых линий электрического поля, ослабляют биохимическую активность белковых молекул, нарушают функции сердечно-сосудистой системы и обмена веществ. Эти изменения носят обратимый характер (достаточно прекратить облучение, и болезненные явления исчезают), если интенсивность и экспозиция не превышают предельно допустимого уровня.

Многочисленные экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой биологической активности ЭМП практически всех участков спектра радиочастот, включая промышленную частоту, электростатические и магнитостатические поля.

Интенсивное электромагнитное поле промышленной частоты вызывает нарушение функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. При этом наблюдается повышенная утомляемость, снижение точности движений, изменение кровяного давления и пульса, возникновение болей в сердце, сопровождающихся сердцебиением и аритмией, и т.п.

Особого внимания требуют оценки возможного развития у населения отдельных последствий после длительного контакта с ЭМП: развитие рака (включая лейкемию), болезней, связанных прежде всего с деградацией нервных клеток. Для анализа отдаленных последствий проводятся долговременные эпидемиологические исследования.

Наиболее ранними клиническими проявлениями последствий воздействия электромагнитных излучений на человека являются функциональные нарушения со стороны нервной системы, проявляющиеся прежде всего в виде вегетативных дисфункций неврастенического и астенического синдрома. Лица, длительное время

27

находившиеся в зоне воздействия ЭМП, отмечают слабость, раздражительность, быструю утомляемость, ослабление памяти, нарушение сна. Нередко к этим симптомам присоединяются расстройства вегетативных функций. Нарушения со стороны сердечно-сосуди- стой системы проявляются, как правило, нейроциркуляторной дистонией: лабильность пульса и артериального давления, склонность к гипотонии, боли в области сердца и др. Отмечаются также фазовые изменения состава периферической крови (лабильность показателей) с последующим развитием умеренной лейкопении, нейропении, эритроцитопении. Изменения костного мозга носят характер реактивного компенсаторного напряжения регенерации. Обычно эти изменения возникают у лиц, по роду своей работы постоянно находившихся под воздействием ЭМП с достаточно большой интенсивностью. Работающие с магнитными полями и ЭМП, а также население, живущее в зоне действия ЭМП, жалуются на раздражительность, нетерпеливость. Через 1–3 года у некоторых появляется чувство внутренней напряженности, нарушаются внимание и память. Возникают жалобы на малую эффективность сна и на утомляемость.

Учитывая важную роль коры больших полушарий и гипоталамуса в осуществлении психических функций человека, можно ожидать, что длительное повторное воздействие предельно допустимых электромагнитных излучений (особенно в дециметровом диапазоне волн) может привести к психическим расстройствам.

В последние годы появились публикации, в которых имеются весьма важные указания о наличии так называемых резонансных эффектов при воздействии на биообъекты ЭМП, о роли в биоэффектах некоторых форм модуляции; показано наличие частотных и амплитудных окон, обладающих высокой биологической активностью на клеточном уровне, а также воздействие ЭМП на центральную нервную и иммунную системы. Во многих работах указывается на «информационный» механизм биологического действия ЭМП. Опубликованы данные о неадекватных патологических реакциях людей на модулированные электромагнитные поля.

Однако действующие гигиенические нормативы, основанные лишь на регламентации энергетической нагрузки, слагаемой из интенсивности и времени контакта с ЭМП, не позволяют распространить предельно допустимый уровень излучений на условия воздей-

28

ствия ЭМП со сложными физическими характеристиками, в частности применительно к конкретным режимам модуляции.

Имеющиесярезультатысвидетельствуютовозможноймодификации биоэффектов ЭМП как тепловой, так и нетепловой интенсивности под влиянием ряда факторов физической и химической природы. Условия комбинированного действия ЭМП и других факторов позволили выявить значительное влияние ЭМП сверхмалых интенсивностей на реакцию организма, а при некоторых сочетаниях может развиться ярко выраженная патологическая реакция.

ЗапоследниегодывРоссиирезкоувеличиваетсяиспользование средств персональной беспроводной коммуникации: ручные радиостанции разного типа, сотовая связь. Широкое использование сотовых телефонов, электромагнитные излучения которых воздействует на головной мозг и ряд периферических рецепторов, выдвигает на первый план необходимость проведения комплексных медико-гиги- енических исследований и разработку мер по снижению этого воздействия. Важным этапом в исследовании возможных последствий для населения использования сотовых телефонов являются работы по оценке поглощенной энергии в тканях мозга.

Расчетыфранцузскихученыхпоказали,чтонауровнежизненно важного образования мозга – гипоталамуса – поглощенная энергия электрического поля, излучаемая сотовым телефоном, будет соответствовать напряженности 20–30 В/м, при этом следует учитывать, что на пути ЭМП лежат ближе к телефонному аппарату такие образования, как рецепторы слухового и вестибулярного аппарата, сетчатка глаза. В этой ситуации существующие в России нормы для сотовых телефонов, равные 100 мкВт/см2, вызывают обеспокоенность специалистов, так как имеется достаточно большое число экспериментальных работ, в которых получены неблагоприятные эффекты при меньших энергиях и в условиях кратковременных воздействий.

Все бытовые приборы, работающие с использованием электрического тока, также являются источниками электромагнитных полей.

Наиболее мощными следует признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой «No frost», кухонные вытяжки, электроплиты,телевизоры.РеальносоздаваемоеЭМПвзависимостиотконкретной модели и режима работы может сильно различаться среди оборудования одного типа.

29

Опасность воздействия ЭМП на организм может усугубляться

вслучаях:

–использования сложных режимов генерации ЭМП;

–при воздействии на больной организм, в частности, на страдающих аллергическими заболеваниями или имеющих генетическую склонность к развитию опухоли;

–при облучении организмов в период эмбриогенеза и в детском возрасте;

–при совместном действии ЭМП и других факторов внешней среды обитания человека.

Таким образом, воздействие электромагнитных полей вредно для человека. Данные биофизических исследований позволяют сделать вывод, что основные патологические изменения возникают при непрерывном длительном облучении полем с плотностью мощности 1–10 мВт/см2 и более, но чувствительность организма замечена при очень низких плотностях, начиная с единиц и даже долей микроватт на квадратный сантиметр. Реакция организма на эти воздействия обычно едва различима на уровне естественных колебаний состояния организма. Поэтому воздействие поля с интенсивностью порядка единиц и даже десятков микроватт на квадратный сантиметр не может считаться сколько-нибудь опасным, а особенно вредно воздействие электромагнитных полей высокой интенсивности.

В настоящее время считается, что механизм негативного влияния электрических, магнитных и электромагнитных полей проявляется за счет воздействия индуцированных в теле человека токов в виде:

–изменения разности потенциалов между наружными и внутренними поверхностями мембран клеток (возникновения так называемого потенциала действия);

–нагрева тканей.

Некоторые данные о воздействии ЭМП на организм человека с учетом интенсивности излучения представлены в таблице 1.4.

Однако механизм воздействия неионизирующих электромагнитных излучений изучен недостаточно глубоко, поэтому сопоставляя опасность для населения облучения ионизирующим и неионизирующим электромагнитным излучением, можно утверждать, что воздействие ЭМП является потенциально даже более опасным (табл. 1.5), чем радиационные аварии по следующим причинам.

30

Таблица 1.4 – Возможные изменения в организме человека под влиянием электромагнитных излучений различной интенсивности

31

Таблица 1.5 – Сравнительная оценка степени опасности для населения облучения ионизирующим и неионизирующим (ЭМП) излучениями

* В 1995 г. Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) официально введен термин «глобальное электромагнитное загрязнение окружающей среды».

ЭМП воздействует практически на все население, включая детей, подростков, женщин.

Уровень ЭМП загрязнений непрерывно растет.

Практически полностью отсутствует контроль над этим облучением и не разрабатываются защитные и профилактические мероприятия для всего населения.

32