Реферат: Защита от электромагнитных полей

Источники электромагнитных полей радиочастот и их характеристика

Источниками электромагнитных полей (ЭМП) явля­ются: атмосферное электричество, радиоизлучения, элек­трические и магнитные поля Земли, искусственные ис­точники (установки ТВЧ, радиовещание и телевидение, радиолокация, радионавигация и др.). Источниками из­лучения электромагнитной энергии являются мощные телевизионные и радиовещательные станции, промышлен­ные установки высокочастотного нагрева, а также мно­гие измерительные, лабораторные приборы. Источниками излучения могут быть любые элементы, включенные в вы­сокочастотную цепь.

Токи высокой частоты применяют для плавления ме­таллов, термической обработки металлов, диэлектриков и полупроводников и для многих других целей. Для научных исследований в медицине применяют токи ульт­равысокой частоты, в радиотехнике — токи ультравы­сокой и сверхвысокой частоты. Возникающие при ис­пользовании токов высокой частоты электромагнитные поля представляют определенную профессиональную вредность, поэтому необходимо принимать меры защиты от их воздействия на организм.

Токи высокой частоты создают в воздухе излучения, имеющие ту же электромагнитную природу, что и инфра­красное, видимое, рентгеновское и гамма-излучение. Раз­личие между этими видами энергии — в длине волны и час­тоте колебаний, а значит, и в величине энергии кванта, составляющего электромагнитное поле. Электромагнит­ные волны, возникающие при колебании электрических

зарядов (при прохождении переменных токов), называ­ются радиоволнами.

Электромагнитное поле характеризуется длиной вол­ны l,м или частотой колебания f , Гц:

l = сТ == elf , или с == lf, (45)

где с = 3 • 10^s м/с — скорость распространения радио­волн, равная скорости света; f — частота колебаний, Гц;

Т = 1// — период колебаний.

Интервал длин радиоволн — от миллиметров до де­сятков километров, что соответствует частотам колебаний в диапазоне от 3 • 10⁴ Гц до 3 • 10" Гц (рис. 17).

Интенсивность электромагнитного поля в какой-либо точке пространства зависит от мощности генаратора и расстояния от него. На характер распределения поля в помещении влияет наличие металлических предметов и конструкций, которые являются проводниками, а также диэлектриков, находящихся в ЭМП.

Источники электромагнитных полей промышленной частоты в электроустановках сверхвысокого напряжения (СВН)

При эксплуатации электроэнергетических устано­вок — открытых распределительных устройств (ОРУ) и воздушных ЛЭП напряжением выше 330 кВ — в прост­ранстве вокруг токоведущих частей действующих элек­троустановок возникает сильное электромагнитное поле, влияющее на здоровье людей. В электроустановках напряжением ниже 330 кВ возникают менее интенсив­ные электромагнитные поля, не оказывающие отрица­тельного влияния на биологические объекты.

Эффект воздействия электромагнитного поля на био­логический объект принято оценивать количеством элек­тромагнитной энергии, поглощаемой этим объектом при нахождении его в поле. При малых частотах (в данном случае 50 Гц) электромагнитное поле можно рассматри­вать состоящим из двух полей (электрического и магнит­ного), практически не связанных между собой. Электри­ческое поле возникает при наличии напряжения на токо­ведущих частях электроустановок, а магнитное — при прохождении тока по этим частям. Поэтому допустимо рассматривать отдельно друг от друга влияние, оказыва­емое ими на биологические объекты.

Установлено, что в любой точке поля в электроуста­новках сверхвысокого напряжения (50 Гц) .поглощен­ная телом человека энергия магнитного поля примерно в 50 раз меньше поглощенной им энергии электрического поля (в рабочих зонах открытых распределительных устройств и проводов ВЛ-750 кВ напряженность магнит­ного поля составляет 20—25 А/м при опасности вредного влияния 150—200 А/м).

На основании этого был сделан вывод, что отрица­тельное действие электромагнитных полей электроуста­новок сверхвысокого напряжения (50 Гц) обусловлено электрическим полем, то есть нормируется напряжен­ность Е, кВ/м.

В различных точках пространства вблизи электро­установок напряженность электрического поля имеет разные значения и зависит от ряда факторов: номиналь­ного напряжения, расстояния (по высоте и горизонтали) рассматриваемой точки от токоведущих частей и др.

Воздействие электромагнитных полей на организм человека

Промышленная электротермия, в которой применяют­ся токи радиочастот для электротермической обработки ма­териалов и изделий (сварка, плавка, ковка, закалка, пай­ка металлов; сушка, спекание и склеивание неметаллов), широкое внедрение радиоэлектроники в народное хозяй­ство позволяют значительно улучшить условия труда, снизить трудоемкость работ, добиться высокой экономич­ности процессов производства. Однако электромагнитныеизлучения радиочастотных установок, воздействуя на организм человека в дозах, превышающих допустимые, могут явиться причиной профессиональных заболева­ний. В результате возможны изменения нервной, сердеч­но-сосудистой, эндокринной Я других систем организма человека.

Действие электромагнитных полей на организм чело­века проявляется в функциональном расстройстве цент­ральной нервной системы; субъективные ощущения при этом — повышенная утомляемость, головные боли и т. п. Первичным проявлением действия электромагнитной энергии является нагрев, который может привести к из­менениям и даже к повреждениям тканей и органов. Ме­ханизм поглощения энергии достаточно сложен. Возмож­ны также перегрев организма, изменение частоты пуль­са, сосудистых реакций. Поля сверхвысоких частот могут оказывать воздействие на глаза, приводящее к воз­никновению катаракты (помутнению хрусталика). Мно­гократные повторные облучения малой интенсивности могут приводить к стойким функциональным расстрой­ствам центральной нервной системы. Степень биологиче­ского воздействия электромагнитных полей на организм человека зависит от частоты колебаний, напряженности и интенсивности поля, длительности его воздействия. Биологическое воздействие полей разных диапазонов неодинаково. Изменения, возникающие в организме под воздействием электромагнитных полей, чаще всего обратимы.

В результате длительного пребывания в зоне дей­ствия электромагнитных полей наступают преждевремен­ная утомляемость, сонливость или нарушение сна, появ­ляются частые головные боли, ""наступает расстройство нервной системы и др. При систематическом облучении наблюдаются стойкие нервно-психические заболевания, изменение кровяного давления, замедление пульса, тро­фические явления (выпадение волос, ломкость ногтей и т. п.).

Аналогичное воздействие на организм человека ока­зывает электромагнитное поле промышленной частоты в электроустановках сверхвысокого напряжения. Интен­сивные электромагнитные поля вызывают у работающих нарушение функционального состояния центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы и перифе­рической крови. При этом наблюдаются повышенная

утомляемость, вялость, снижение точности рабочих дви­жений, изменение кровяного давления и пульса, возник­новение болей в сердце (обычно сопровождается арит­мией) , голов ные боли.

Предполагается, что нарушение регуляции физиоло­гических функций организма обусловлено воздействием поля на различные отделы нервной системы. При этом повышение возбудимости центральной нервной системы происходит за счет рефлекторного действия поля, а тор­мозной эффект — за счет прямого воздействия поля на структуры головного и спинного мозга. Считается, что кора головного мозга, а также промежуточный мозр особенно чуствительны к воздействию поля.

Наряду с биологическим действием электрическое поле обусловливает возникновение разрядов между че­ловеком и металлическим предметом, имеющим иной, чем человек, потенциал. Если человек стоит непосред­ственно на земле или на токопроводящем заземленном основании, то потенциал его тела практически равен ну­лю, а если он изолирован от земли, то тело оказывается под некоторым потенциалом, достигающим иногда не­скольких киловольт.

Очевидно, что прикосновение человека, изолирован­ного от земли, к заземленному металлическому предмету, равно как и прикосновение человека, имеющего контакт с землей, к металлическому предмету, изолированному от земли, сопровождается прохождением через человека в землю разрядного тока, который может вызывать бо­лезненные ощущения, особенно в первый момент. Часто прикосновение сопровождается искровым разрядом. В случае прикосновения к изолированному от земли ме­таллическому предмету большой протяженности (трубо­провод, проволочная ограда на деревянных стойках и т. п. или большого размера металлическая крыша дере­вянного здания и пр.) сила тока, проходящего через че­ловека, может достигать значений, опасных для жизни.

Нормирование электромагнитных полей

Исследованиями установлено, что биологическое дей­ствие одного и того же по частоте электромагнитного по-ля зависит от напряженности его составляющих (электри­ческой и магнитной) или плотности потока мощности для диапазона более 300 МГц. Это является критерием для

определения биологической активности электромагнит­ных излучений. Для этого электромагнитные излучения с частотой до 300 МГц разбиты на диапазоны, для кото­рых установлены предельно допустимые уровни напря­женности электрической, В/м, и магнитной, А/м, состав­ляющих поля. Для населения еще учитывают их место­нахождение в зоне застройки или жилых помещений.

Согласно ГОСТ 12.1.006—84, нормируемыми пара­метрами в диапазоне частот 60 кГц — 300 МГц являются напряженности Е и Н электромагнитного поля. На рабочих местах и в местах возможного нахождения пер­сонала, профессионально связанного с воздействием элек­тромагнитного поля, предельно допустимая напряжен­ность этого поля в течение всего рабочего дня не должна превышать нормативных значений.

Эффект воздействия электромагнитного поля на биоло­гический объект принято оценивать количеством элек­тромагнитной энергии, поглощаемой этим объектом при нахождении его в поле. Вт:

где s — плотность потока мощности излучения электро­магнитной энергии» Вт/м² ; 5эф — эффективная поглоща­ющая поверхность тела человека, м² .

В табл. 3 приведены предельно допустимые плотности потока энергии электромагнитных полей (ЭМП) в диа-назоне частот 300 МГц—300000 ГГц и

Таблица 3. Нормы облучения УВЧ и СВЧ

время пребывания на рабочих местах и в местах возможного нахожде­ния персонала, профессионально связанного с воздей­ствиемЭМП.

В табл. 4 приведено допустимое время пребывания человека в электрическом поле промышленной частоты сверхвысокого напряжения (400 кВ и выше).

Таблица 4. Предельно допустимое время c напряжением 400 кВ и выше

Ограничение времени пребывания человека в элек­тромагнитном поле представляет собой так называемую «защиту временем».

Если напряженность поля на рабочем месте превы­шает 25 кВ/м или если требуется большая продолжитель­ность пребывания человека в поле, чем указано в табл. 4, работы должны производиться'^ применением защитных средств — экранирующих устройств или экранирующих костюмов.

Пространство, в котором напряженность электриче­ского поля равна 5 кВ/м и больше, принято называть опасной зоной или зоной влияния. Приближенно можно считать, что эта зона лежит в пределах круга с центром в точке расположения ближайшей токоведущей части, находящейся под напряжением, и радиусом R == 20 м для электроустановок 400—500 кВ и R = 30 м для электроустановок 750 кВ (рио. 18). На пересечениях ли­ний электропередачи сверхвысокого (400—750 кВ) и ульт­равысокого (1150 кВ) напряжения с железными и автомо­бильными дорогами устанавливаются специальные знаки безопасности, ограничивающие зоны влияния этих воздушных линий.

Рис. 18. Радиусы опасных зон (зон влияния):

а—источник влияния—открытое распределительное устройство или про­вода воздушной линии электропередачи; б — источник влияния — токове-дущие части аппаратов

Допустимое значение тока, длительно проходящего через человека и обусловленного воздействием электри­ческого поля электроустановок сверхвысокого напряже­ния, составляет примерно 50—60 мкА, что соответствует напряженности электрического поля на высоте роста че­ловека примерно 5 кВ/м. Если при электрических раз­рядах, возникающих в момент прикосновения человека к металлической конструкции, имеющей иной, чем чело­век, потенциал, установившийся ток не превышает 50— 60 мкА, то человек, как правило, не испытывает боле­вых ощущений. Поэтому это значение тока принято в качестве нормативного (допустимого).

Измерение интенсивности электромагнитных полей

Для определения интенсивности электромагнитных полей, воздействующих на обслуживающий персонал, замеры проводят в зоне нахождения персонала по высоте от уровня пола (земли) до 2 м через 0,5 м. Для определе­ния характера распространения и интенсивности полей в цехе, на участке, в кабине, помещении (лаборатории и др.) должны быть проведены измерения в точках пере­сечения координатной сетки со стороной в 1 м. Измере­ния проводят (при максимальной мощности установки) периодически, не реже одного раза в год, а также при приеме в эксплуатацию новых установок, изменениях в конструкции и схеме установки, проведении ремонтов и т. д.

Исследования электромагнитных полей на рабочих ме-? стах должны проводиться в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.002—84, ГОСТ 12.1.006—84 по методике, утвержденной Минздравом СССР.

Для измерения интенсивности электромагнитных по­лей радиочастот используется прибор ИЭМП-1. Этим при­бором можно измерить напряженности электрического и магнитного полей вблизи излучающих установок в диа­пазоне частот 100 кГц—300 МГц для электрического по­ля и в диапазоне частот 100 кГц — 1,5 МГц — для маг­нитного поля. С помощью данного прибора можно установить зону, в пределах которой напряженность поля выше допустимой.

Плотность потока мощности в диапазоне УВЧ—СВЧ измеряют прибором ПО-1, с помощью которого можно определить среднее по времени значение о, Вт/м² .

Измерения напряженности электрического поля в электроустановках сверхвысокого напряжения произ­водят приборами типа ПЗ-1, ПЗ-1 м и др.

Измеритель напряженности электрического поля-работает следующим образом. В антенне прибора электри­ческое поле создает э. д. с>, которая усиливается с помо­щью транзисторного усилителя, выпрямляется полупро­водниковыми диодами и измеряется стрелочным микро-амперметром.'Антенна представляет собой симметрич­ный диполь, выполненный в виде двух металлических пластин, размещенных одна над другой. Поскольку на­веденная в симметричном диполе э. д. с. пропорцио­нальна напряженности электрического поля, шкала м аллиамперметра отградуирована в киловольтах на метр (кВ/м).

Измерение напряженности должно производиться во всей зоне, где может находиться человек в процессе вы­полнения работы. Наибольшее измеренное значение напряженности является определяющим. При размеще­нии рабочего места на земле наибольшая напряженность обычно бывает на высоте роста человека. Поэтому заме­ры рекомендуется производить на высоте 1,8 м от уровня земли.

Напряженность электрического поля, кВ/м, для лю­бой точки можно определить из выражения

где t — линейная плотность заряда провода, Кл/м; e₀ = 8,85 • 10¹² — электрическая постоянная, Ф/м; т — кратчайшее расстояние от провода до точки, в которой определяется напряженность, м.

Это выражение предусматривает определение напря­женности электрического поля уединенного бесконечно длинного прямолинейного проводника, заряженного рав­номерно по длине. Вводя соответствующие поправки, можно с достаточной точностью определить уровни напряженности электрического поля в заданных точках линии и подстанции сверхвысокого напряжения в реаль­ных условиях.

Методы защиты от электромагнитных полей

Основные меры защиты от воздействия электромаг­нитных излучений:

уменьшение излучения непосредственно у источника (достигается увеличением расстояния между источником направленного действия и рабочим местом, уменьшением мощности излучения генератора); рациональное размещение СВЧ и УВЧ установок (действующие установки мощностью более 10 Вт следует размещать в помещениях с капитальными стенами и пере­крытиями, покрытыми радиопоглощающими материала­ми — кирпичом, шлакобетоном, а также материалами, обладающими отражающей способностью —-масляными красками и др.); дистанционный контроль и управление передатчиками в экранированном помещении (для визуального наблю­дения за передатчиками оборудуются смотровые окна, защищенные металлической сеткой); экранирование источников излучения и рабочих мест (применение отражающих заземленных экранов в виде листа или сетки из металла, обладающего высокой электропроводностью — алюминия, меди, латуни, стали); организационные меры (проведение дозиметрического контроля интенсивности электромагнитных излучений — не реже одного раза в 6 месяцев; медосмотр — не реже одного раза в год; дополнительный отпуск, сокращенный рабочий день, допуск лиц не моложе 18 лет и не имеющих заболеваний центральной нервной системы, сердца, глаз);

применение средств индивидуальной защиты (спец­одежда, защитные очки и др.).

У индукционных плавильных печей и нагревательных индукторов (высокие частоты) допускается напряжен­ность поля до 20 В/м. Предел для магнитной составля­ющей напряженности поля должен быть 5 А/м. Напря­женность ультравысокочастотных электромагнитных полей (средние и длинные волны) на рабочих местах не должна превышать 5 В/м.

Каждая промышленная установка снабжается тех­ническим паспортом, в котором указаны электрическая схема, защитные приспособления, место применения, ди­апазон волн, допустимая мощность и т. д. По каждой установке ведут эксплуатационный журнал, в котором фиксируют состояние установки, режим работы, исправ­ления, замену деталей, изменения напряженности поля. Пребывание персонала в зоне воздействия электромаг­нитных полей ограничивается минимально необходимым для проведения операций временем.

Новые установки вводят в эксплуатацию после при­емки их, при которой устанавливают выполнение требо­ваний и норм охраны труда, норм по ограничению полей и радиопомех, а также регистрации их в государственных контролирующих органах..

Генераторы токов высокой частоты устанавливают в отдельных огнестойких помещениях, машинные гене­раторы — в звуконепроницаемых кабинах. Для устано­вок мощностью до 30 кВт отводят площадь не менее 40 м² , большей мощности — не менее 70 м² . Расстояние между установками должно быть не менее 2 м, помещения экра­нируют, в общих помещениях установки размещают в эк­ранированных боксах. Обязательна общая вентиляция помещений, а при наличии вредных выделений — и мест­ная. Помещения высокочастотных установок запрещает­ся загромождать металлическими предметами. Наибо­лее простым и эффективным методом защиты от электро­магнитных полей является «защита расстоянием». Зная характеристики металла, можно рассчитать толщину экрана S, мм, обеспечивающую заданное ослабление электромагнитных полей на данном расстоянии:

где w = 2 nf — угловая частота переменного тока, рад/с;

m— магнитная проницаемость металла защитного экра­на, Г/м; g — электрическая проводимость металла экрана (Ом • м)'¹ ; Э_х — эффективность экранирования на рабочем месте, определяемая из выражения

Э_х = Н_х ,/ Н_хэ (49)

где Нх и Нхэ — максимальные значения напряженности магнитной составляющей поля на расстоянии х, м от источника соответственно без экрана и с экраном, А/м.

Напряженность Нц может быть определена из выра­жения

Н_х = wIa² b_m / 4x² (50)

где w и а — число витков и радиус катушки, м; I — сила тока в катушке, А; х — расстояние от источника (катуш­ки) до рабочего места, м; b_m — коэффициент, определя­емый соотношением х/а (при х/а > 10 b_m = 1).

Если регламентируется допустимая электрическая составляющая поля E _д , магнитная составляющая может быть определена из выражения

H _д =1,27 × 10⁵ ( E _д / xf ) (51)

где f — частота поля, Гц.

Экранирование — наиболее эффективный способ за­щиты. Электромагнитное поле ослабляется экраном вследствие создания в толще его поля противоположного направления. Степень ослабления электромагнитного по­ля зависит от глубины проникновения высокочастотного тока в толщу экрана. Чем больше магнитная проницае­мость экрана и выше частота экранируемого поля, тем меньше глубина проникновения и необходимая толщина экрана. Экранируют либо источник излучений, либо ра­бочее место. Экраны бывают отражающие и поглощающие.

Для защиты работающих от электромагнитных излу­чений применяют заземленные экраны, кожухи, защит­ные козырьки, устанавливаемые на пути излучения. Средства защиты (экраны, кожухи) из радиопоглоща-ющих материалов выполняют в виде тонких резиновых ковриков, гибких или жестких листов поролона, ферро­магнитных пластин.

Для защиты от электрических полей сверхвысокого напряжения (50 Гц) необходимо увеличивать высоту под­веса фазных проводов ЛЭП. Для открытых распредели­тельных устройств рекомендуются заземленные экраны

(стационарные или временные) в виде козырьков, наве­сов и перегородок из металлической сетки возле коммута­ционных аппаратов, шкафов управления и контроля. К средствам индивидуальной защиты от электромагнит­ных излучений относят переносные зонты, комбинезоны и халаты из металлизированной ткани, осуществляющие защиту организма человека по принципу заземленного сетчатого экрана.

Защита от лазерного излучения

Лазеры широко применяют в технике, медицине. Принцип действия лазеров основан на использовании вынужденного электромагнитного излучения, возникающего в результате возбуждения квантовой системы. Лазерное излучение является электромагнитным излучением, генерируемым в диапазоне длин волн 0,2—1000 мкм, который может быть разбит в соответствии с биологическим действием на ряд областей спектра:

0,2—0,4 мкм—ультрафиолетовая область; 0,4—0,7—видимая; 0,75—1,4 мкм — ближняя инфракрасная; свы-I ше 1,4 мкм—дальняя инфракрасная область. Основными энергетическими параметрами лазерного излучения I являются: энергия излучения, энергия импульса, мощность излучения, плотность энергии (мощности) излуче­ния, длина волны.

При эксплуатации лазерных установок обслужива­ющий персонал может подвергаться воздействию ряда опасных и вредных производственных факторов. Основ­ную опасность представляют прямое, рассеянное и отраженное излучение.

Наиболее чувствительным органом к лазерному излу­чению являются глаза — повреждения сетчатки глаз могут быть при сравнительно небольших интенсивностях.

Лазерная безопасность — это совокупность техниче­ских, санитарно-гигиенических и организационных меро­приятий, обеспечивающих безопасные условия труда персонала при использовании лазеров. Способы защиты от лазерного излучения подразделяют на коллективные и индивидуальные.

Коллективные средства защиты включают: примене­ние телевизионных систем наблюдений за ходом процес­са, защитные экраны (кожухи); системы блокировки и сигнализации; ограждение лазерно-опаснои зоны. Для контроля лазерного излучения и определения границ лазерно-опаснои зоны применяют калориметрические, фотоэлектрические и другие приборы.

В качестве средств индивидуальной защиты исполь­зуют специальные противолазерные очки, щитки, маски, технологические халаты и перчатки. Для уменьшения опасности поражения за счет уменьшения диаметра зрач­ка оператора в помещениях должна быть хорошая осве­щенность рабочих мест: коэффициент естественной осве­щенности должен быть не менее 1 ,.5 %, а общее искус­ственное освещение должно создавать освещенность не менее 150 лк.

Охрана труда - основные термины, понятия, определения

Влияние магнитных полей на ранние стадии онтогенеза на представителей семейства бобовых

Электронный документооборот страхового общества

Проект высокоскоростной локальной вычислительной сети предприятия

Приемник цифровой системы передачи информации ВЧ-каналом связи по ВЛ

Анализ погрешностей волоконно-оптического гироскопа

Охрана труда на производстве

Разработка лабораторной установки по исследованию каналов утечки речевой информации

Разработка пульта проверки входного контроля

Разработка локальной сети и защита передачи данных на основе перспективных технологий

Программа регистрации процесса производства для автоматизированной системы управления предприятием электронной промышленности

Разработка системы для моделирования радиолокационной обстановки, которая бы позволила получать файлы на персональной ЭВМ, содержащие цифровое представление радиолокационной обстановки

Устройства передачи информации по сети электропитания

Пути повышение качества продукции

Фотоэлектрические свойства нитрида алюминия

Безопасности жизнедеятельности на предприятиях повышенной опасности

Воздействие электромагнитных полей