Лекции по экологии

Уровни электромагнитных полей, создаваемые антеннами базовых станций на селитебной территории, внутри жилых, общественных и производственных помещений, не должны превышать следующих предельно

воздействия на человека ЭМП, создаваемых подвижными станциями сухопутной радиосвязи (включая абонентские терминалы спутниковой связи) непосредственно у головы пользователя. ВДУ электромагнитных полей не должны превышать следующих значений [Новый]:

Обратим внимание, что ВДУ локального облучения головы увеличен в 5… 10 раз в сравнении с общим облучением человека в указанных диапазонах.

Таблица 2

Предельно допустимые уровни электромагнитных полей на частотах метровых телевизионных каналов

В таблице 3 приведена предельно допустимая энергетическая экспозиция как нормируемая величина дозы электромагнитного излучения для

132

* – норматив по магнитной составляющей не разработан Зная энергетическую экспозицию, можно, во-первых, определять предельно

допустимые уровни напряженности электрического ЕПДУ, магнитного НПДУ полей и плотность потока энергии ППЭПДУ для заданного времени облучения по формулам:

определять время нахождения производственного персонала Т в поле заданной интенсивности Е, Н или ППЭ:

Гигиенические нормативы с частотно зависимыми предельно допустимыми уровнями составляющих напряженности поля или плотности потока мощности, отражающие допустимую степень воздействия электромагнитного поля, существенно отличаются в различных странах.

В одних стандартах в качестве порога возможных биологических эффектов рассматривается величина УПМ равная 0,4 Вт/кг, в других УПМ не должна превышать 4 Вт/кг (усредненная величина на все тело) для производственного персонала или контролируемых условий и 0,08 Вт/кг для населения или неконтролируемых условий. Этим реализуется единый подход к гигиеническому нормированию ЭМП для производственного персонала и населения. Различие в значениях предельно допустимых уровней составляет 5

раз по мощности или 5 по напряженности поля.

Зарубежные национальные стандарты и международные рекомендации допускают существенно более высокие уровни ЭМП для всех категорий облучаемых людей в сравнении с нормативами России. Считается, что это обусловлено различием в подходах к оценке вредности воздействующего ЭМП, а именно, ориентацией отечественного нормирования на пороги вредного воздействия, связанные не с тепловыми эффектами, а со специфическим действием ЭМП, которое наблюдается на значительно более низких уровнях.

В настоящее время у нас в стране и за рубежом проводятся разносторонние медико-биологические исследования с целью получения новых и уточнения имеющихся гигиенических нормативов. По мнению экспертов Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), сформулированному на основании детального анализа совокупности имеющихся данных по биологическому действию и клиническим эффектам ЭМП, ПДУ радиочастотных воздействий должны лежать в диапазоне интенсивностей 100...1000 мкВт/см2 с возможным повышением для некоторых частот и условий воздействия и снижением для населения.

133

Весьма актуальными стали вопросы нормирования воздействия электромагнитных полей сочетанного (от двух и более источников одного частотного диапазона), смешанного (от двух и более источников различных частотных диапазонов) и комбинированного (в случае одновременного действия какого-либо другого неблагоприятного фактора). Такие нормативы охватывали бы комплексы разнодиапазонных технических средств.

Для населения не решен вопрос учета в предельно допустимых уровнях фактора времени так, как это сделано для производственного персонала.

16.4 Методологические принципы расчетного прогнозирования электромагнитных полей вблизи излучающих технических средств

Одной из важнейших проблем электромагнитной экологии является прогнозирование электромагнитной обстановки вокруг излучающих объектов. Оно должно проводиться на стадиях проектирования, строительства или реконструкции излучающих объектов и позволяет оценить электромагнитную обстановку с точки зрения выполнения действующих нормативов, наметить комплекс мероприятий организационного и градостроительного характера. Кроме того, правильный прогноз оценивает перспективы развития объектов телекоммуникаций и обосновывает ресурс энергетического потенциала технических средств с точки зрения электромагнитной безопасности, позволяет производить оптимизацию размещения антенных устройств.

Электромагнитное прогнозирование для целей электромагнитной экологии определяется широким диапазоном подходов и характеристик.

С точки зрения природы прогнозируемого объекта (ЭМП) прогнозы электромагнитной обстановки относятся к вероятностным, в которых фиксируются основные характеристики вероятностной системы. Отметим, что в настоящее время, несмотря на то, что природа распространения ЭМП связана с вероятностными параметрами, в мировой и отечественной гигиенической

практике приняты детерминированные подходы.

По признаку масштабности электромагнитное прогнозирование может относиться, с одной стороны, к локальным и суперлокальным, когда речь идет о прогнозировании ЭМП вблизи отдельных антенн и комплексов антенн. С другой стороны, электромагнитный прогноз может быть субглобальным (например, карта ЭМП отдельного города) и глобальным, когда оценивается электромагнитная структура биосферы в целом.

По числу излучающих средств прогнозирование может быть мультиплетным и охватывать комплексы разнодиапазонных технических средств, а также сингулярным, относящимся к одному объекту или излучателю.

По характеру связи с другими объектами или загрязняющими факторами электромагнитное прогнозирование является в настоящее время безусловным.

Как нормируемый загрязняющий фактор окружающей среды, прогнозирование ЭМП не связывается с другими загрязнениями. Пока не производится гигиеническая оценка комплексного характера воздействия ЭМП и других загрязнений.

134

По признаку назначения электромагнитное прогнозирование рассчитано на требования потребителей – органов санитарно-гигиенического и экологического контроля, архитектурно-планировочных организаций и органов управления народным хозяйством.

Для целей санитарно-гигиенического мониторинга расчетное прогнозирование должно производиться по достоверным, апробированным, научно обоснованным методикам. Разработка таких методик для технических средств радиосвязи, радиовещания и телевидения сложная проблема, поскольку эти технические средства работают в очень широком диапазоне частот, размещаются в различных условиях, их излучающие системы весьма разнообразны, а прогнозирование часто проводится в ближней зоне излучателей, где поле имеет сложную структуру. Такие методические указания (МУК), утверждаются Минздравом России и имеют статус Государственных методических документов.

Следует отметить, что в практике проектирования излучающих объектов имели место попытки создания математических моделей на основании ряда допущений, приближений и упрощений, верных только для дальней зоны излучения, не учитывающих полупроводящих свойств земной поверхности и ориентированных на ручные методы расчета. Приближенные математические модели были применимы для частных случаев, давали результаты оценочного характера и неприменимы для комплексов антенн.

Применение в качестве метода исследования математического моделирования и ориентация расчетных методик на широкое применение компьютеров предопределили необходимость получения удобных для этих целей решений соответствующих задач электродинамики.

Излучаемому ЭМП характерно наличие различных зон излучения. Область

вблизи источника ЭМП называется ближней зоной.

Ближние поля быстро изменяются с расстоянием и математические выражения для поля обычно содержат составляющие, пропорциональные

1/r, 1/r2,... 1/rn, где r – расстояние от источника до точки, в которой определяется поле. На больших расстояниях от источника составляющие,

пропорциональные 1/r2, 1/r3 и более высоких порядков, являются малыми величинами в сравнении с составляющей, пропорциональной 1/r, и поля носят название полей дальней зоны. Эти поля представляют собой сферические волны, которые в ограниченной области пространства могут быть аппроксимированы плоскими волнами. Измерения и вычисления полей в дальней зоне обычно более просты, чем в ближней.

135

Рисунок 16.1 - Соотношение между составляющими поля Методики расчета обычно разрабатываются по группам антенн,

отличающихся по принципам действия, диапазонам частот и условиям размещения.

Первая группа включает антенны НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов, анализ излучения которых проводится с учетом реальных электрофизических параметров земной поверхности. Антенны этих диапазонов представляют собой проволочные и вибраторные конструкции. Методики расчета ближних ЭМП основаны на строгом решении задачи излучения элементарного электрического вибратора, расположенного над полупроводящей поверхностью раздела, с последующим использованием принципа суперпозиции. Эти решения ориентированны на численные методы расчета, дают весь набор составляющих ЭМП и применимы для распространения на сложные излучающие системы.

Вторая группа антенн – это антенны телевидения, ОВЧ ЧМ вещания и систем подвижной связи. Эти антенны располагаются высоко над землей, санитарные зоны практически всегда попадают в дальнюю зону. Поэтому для целей электромагнитной экологии вполне достаточен анализ ЭМП по двухлучевой модели с использованием эксплуатационных характеристик антенн либо очевидных соотношений для различных типов антенн.

Третья группа – это апертурные антенны, которые используются в УВЧ и СВЧ диапазонах. Сложность анализа ЭМП апертурных антенн связана с необходимостью расчета полей в ближней зоне, в том числе и за апертурой, при многообразии амплитудно-фазовых распределений, особенностях конструкций антенн и необходимости учета излучения облучателя.

136

16.4 Методы инструментального контроля электромагнитных полей

Несмотря на большой объем информации, расчетные методы часто не могут заменить инструментальный контроль, который является единственным средством, позволяющим в условиях статистически неоднородной среды оценить биологическую опасность электромагнитных полей из-за невозможности учета в моделях излучения всего многообразия влияющих факторов. Различают два отличающихся своими целями вида инструментального контроля – это инструментальный контроль расчетного прогноза и профилактический санитарный инструментальный контроль.

Инструментальный контроль расчетного прогноза электромагнитного поля имеет своей целью оценить достоверность расчетного прогноза, при необходимости его скорректировать, выявить и обосновать неучтенные факторы в условиях реального размещения объекта.

Методики инструментального контроля расчетного прогноза разрабатываются в соответствии с методиками расчетного прогнозирования и включают в себя не только перечень и эксплуатационные требования измерительной аппаратуры, но и учитывают те особенности и предпосылки, которые заложены в основу расчета.

Профилактический инструментальный контроль санитарногигиеническими службами имеет своей целью проверку уровней поля в любых точках, в том числе в зонах, не поддающихся расчетному прогнозированию. Сложную самостоятельную проблему составляет инструментальный контроль электромагнитных полей вблизи переизлучающих объемов и в замкнутых объемах, к которым следует относить и помещения.

Подготовка к проведению инструментального электромагнитного мониторинга технических средств телекоммуникаций в обязательном порядке должна включать несколько этапов:

1. Подготовка информации об источнике излучения, в которую входят: состав технических средств – типы передатчиков и антенн, рабочие диапазоны частот,

режимы работы технических средств (расписание работы, направления излучения, смена частот и т.д.), технические данные передатчиков (мощность, кпд, модуляционные характеристики),

конструктивные особенности и технические данные антенн (диаграммы направленности, коэффициенты усиления, кпд, вид поляризации).

2.Подготовка информации о местности, где планируется проводить измерения. Это предполагает знание или измерение расстояний до источников излучений, знание рельефа местности и доступности территорий, информацию

одругих источниках излучений, определение объектов, которые могут в значительной степени влиять на результаты измерений.

3.Изучение нормативной санитарно-гигиенической документации, относящейся к данному виду технических средств и диапазонов.

4.Подбор и подготовка необходимой измерительной аппаратуры.

137

5. Результаты расчетного прогнозирования электромагнитной обстановки. Приступать к измерениям следует только после проведения расчетов ЭМП для режимов работы технических средств, обеспечиваемых во время измерений.

При правильном выборе приборов и тщательном проведении измерений может быть достигнута приемлемая погрешность результатов измерений.

16.5 Защита окружающей среды от электромагнитных излучений

Существует и научно обоснован целый комплекс организационных и технических мероприятий по защите окружающей среды и человека от воздействия электромагнитных полей. К ним относятся, в первую очередь, «пассивные» методы защиты – это защита расстоянием (организация санитарных зон), временем (ограничение времени пребывания в электромагнитных полях), экранирование (применение поглощающих и экранирующих материалов), градостроительные мероприятия (озеленение, специальная планировка прилегающих к излучающим объектам районов, использование естественного и создание затеняющего искусственного рельефа местности) и т.д.

Так как рассматривается проблема загрязнения окружающей среды электромагнитными полями технических средств телекоммуникаций, поэтому при обсуждении способов защиты основное внимание уделим защите населения. С этой точки зрения экранирование не может рассматриваться в качестве одного из способов пассивной защиты. Напомним, что экранирование зданий, помещений и применение индивидуальных средств защиты приводят к созданию для человека гипогеоэлектромагнитных условий со всеми вытекающими последствиями. Проблематичны для населения и методы защиты, связанные с ограничением времени пребывания человека в ЭМП. Существующие в настоящее время Государственные нормативные документы не содержат для населения подобных регламентаций, и предполагается, что население подвергается воздействию ЭМП круглосуточно. Таким образом,

основными видами пассивной защиты для населения являются защита расстоянием и градостроительные мероприятия.

За счет планировочных и градостроительных мероприятий можно снизить уровень ЭМП как на территории жилой зоны, так и внутри зданий. Определенная ориентация зданий – глухим торцом к излучению, уменьшение этажности, увеличение разрывов между зданиями могут снизить уровень поля на 3…10 дБ. К сожалению, планировка и застройка селитебных

территорий, прилегающих к излучающим объектам, как правило, осуществляется без учета мероприятий по защите населения от ЭМП.

Это приводит в дальнейшем к осложнениям в отношениях между населением и владельцами излучающих объектов, что обычно кончается не в пользу последних.

Неприменимы для населения индивидуальные средства защиты, как не только создающие гипогеоэлектромагнитные условия, но и просто не эстетичные и не естественные атрибуты для человека.

138

Сквозное затухание, вносимое лесом летом и зимой

защитные меры невозможны или недостаточно эффективны. Средства

индивидуальной защиты основаны на принципе экранирования человека поглощающими и отражающими материалами.

Для защиты тела применяется одежда из металлизированных тканей и радиопоглощающих материалов. Металлизированная ткань подобна металлической экранирующей сетке.

Если что и может способствовать улучшению электромагнитной обстановки селитебных территорий, то это только целенаправленное использование зеленых насаждений и, в первую очередь, создание лесопарковых зон. На рисунке приведены зависимости от частоты сквозного (погонного) затухания леса для зимы и лета.

139

Развитие методов анализа полей вблизи излучателей позволило совершенствовать «активные» методы защиты, к которым следует отнести уменьшение излучаемых мощностей, перенос и реконструкцию излучающих элементов, изменение режимов работы технических средств и т.д. Очевидно, что все методы активной защиты применимы для населения. Важным

направлением, способствующим решению задач «активной» защиты, является классификация антенн по степени экологической опасности и разработка излучающих систем с улучшенными экологическими характеристиками.

Выводы:

1.Нормирование ПДУ электромагнитных полей для населения осуществляется по двум параметрам – частоте и интенсивности поля.

2.Методики, используемые в процессе расчетного прогнозирования,

разрабатываются для групп антенн, отличающихся принципом действия, диапазоном частот и условиями размещения.

3.Инструментальный контроль включает два вида контроля - контроль расчетного прогноза и профилакти-ческий санитарный контроль.

4.Основными видами пассивной защиты для населения являются защита расстоянием и градостроительные мероприятия.

5.«Активные» методы защиты, к которым следует отнести уменьшение излучаемых мощностей, перенос и реконструкцию излучающих элементов, изменение режимов работы технических средств и т.д., применимы для населения.

Вопросы для самоконтроля

1.Нормируемые параметры ЭМП.

2.Характер воздействия ЭМП.

3.Нормирование ЭМП, излучаемых радиотехническими объектами.

4.Нормирование ЭМП, создаваемых радиотелевизионными станциями.

5.Допустимые уровни воздействия ЭМП, создаваемых системами сотовой связи.

6.Принципы нормирования ЭМП для производственного персонала.

7.Особенности нормирования ЭМП в зарубежных стандартах.

140

Лекция 17

Комплексы излучающих технических средств радиосвязи, радиовещания и телевидения

Цель: рассматриваются вопросы, связанные с электромагнитной безопасностью комплексов излучающих технических средств радиосвязи, радиовещания и телевидения:

- состав и особенности комплексов излучающих средств радиочастотного диапазона;

-управляемые параметры электромагнитной безопас-ности комплексов технических средств;

-санитарные зоны и санитарнщ-эпидемиологическое заключение; -критерии оценки электромагнитной обстановки комплексов технических

средств

17.1 Состав и особенности комплексов излучающих средств радиочастотного диапазона

Определим излучающие комплексы как совокупность технических

средств телекоммуникационных систем различных назначений и частотных диапазонов, технология которых предполагает излучение электромагнитной энергии в окружающую среду. Одиночные излучатели в отрасли телекоммуникаций практически не встречаются за исключением, быть может, слабонаправленных антенн на выделенных радиостанциях.

Целесообразность организации комплексов технических средств диктовалась, с одной стороны, обеспечением для однотипных технических средств необходимых условий формирования заданных направленных свойств антенных систем или условий прохождения радиоволн. Так, например, для технических средств НЧ и СЧ диапазонов для формирования направленных свойств антенн требуются значительные территории, а технические средства ВЧ диапазона при оптимальном ионосферном прохождении радиоволн и обеспечении круглосуточной работы в принципе представляют собой несколько передатчиков и несколько антенн. С другой стороны, концентрация технических средств на ограниченных территориях экономически выгодна с точки зрения прокладки коммуникаций, эксплуатации, использования и охраны территории и т. д.

Технические средства НЧ и СЧ диапазонов используются в основном для радиовещания и обеспечивается системой радиоцентров, равномерно расположенных по территории. Весьма распространенной является ситуация, когда на одной технической территории совместно с техническими средствами НЧ или СЧ диапазонов размещаются технические средства ВЧ диапазона. Такие ситуации наблюдаются повсеместно.

Весьма распространенным случаем является создание и функционирование крупных передающих центров, на которых все технические средства работают в ВЧ диапазоне. Количество антенн на таких центрах достигает 100, а

141