Безопасность жизнедеятельности человека в электромагнитных полях. Методические рекомендации к выполнению практической работы по курсу «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей и форм обучения (стр. 3 )

1	2
5 Радиостанции	На настоящее время данных о жалобах на ухудшение состояния здоровья, связанное непосредственно с работой радиопередающих станций, не имеется
6 Мобильная связь	Данных о жалобах на ухудшение состояния здоровья, связанное с работой установок спутниковой связи и базовых станций сотовой связи, не имеется. Вопрос о воздействии излучения мобильного аппарата сотовой связи на организм пользователя до сих пор остается открытым. Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран на биологических объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречивым, результатам. По последним данным, электромагнитное поле мобильных аппаратов вызывает изменения в подсистеме кровообращения головного мозга, а также изменения биоэлектрической активности мозга. Однако данных о жалобах на негативное воздействие на здоровье электромагнитного поля сотовых телефонов среди людей, не принимавших участия в исследованиях, на настоящее время не имеется
7 Электротранспорт	На настоящее время данных о жалобах на ухудшение состояния здоровья, связанное непосредственно с работой электротранспорта, не имеется
8 Радиолокационные станции	На настоящее время данных о жалобах на ухудшение состояния здоровья, связанное непосредственно с работой радарных установок, не имеется

Широкие исследования влияния электромагнитных полей на здоровье были начаты в нашей стране в 60-е годы прошлого столетия. Было установлено, что нервная система человека чувствительна к электромагнитному воздействию, а также что поле обладает так называемым информационным действием при воздействии на человека в интенсивностях, ниже пороговой величины теплового эффекта (величина напряженности поля, при которой начинает проявляться его тепловое воздействие).

Особо чувствительными к воздействию электромагнитных полей в человеческом организме являются нервная, иммунная, энокринно-регулятивная и половая системы.

1.4.1 Влияние электромагнитного поля на нервную систему

Большое число исследований и сделанные монографические обобщения позволяют отнести нервную систему к одной из наиболее чувствительных к воздействию электромагнитных полей систем человеческого организма. При воздействии поля малой интенсивности возникают существенные отклонения в передаче нервных импульсов на уровне нейронных биоэлектрохимических ретрансляторов (синапсов). Также происходит угнетение высшей нервной деятельности, ухудшается память. Нарушается структура капиллярного гематоэнцефалитического барьера головного мозга, что со временем может привести к неожиданным патологическим проявлениям. Особую чувствительность к электромагнитному воздействию проявляет нервная система эмбриона на поздних стадиях внутриутробного развития.

1.4.2 Влияние электромагнитного поля на иммунную систему

На данный момент имеется большое количество данных, указывающих на негативное воздействие электромагнитных полей на иммунологическую реактивность организма. Установлено также, что при электромагнитном воздействии изменяется характер инфекционного процесса – течение инфекционного процесса отягощается аутоиммунной реакцией (атакой иммунной системы на собственный организм). Возникновение аутоиммунитета связано с патологией иммунной системы, в результате чего она реагирует против нормальных, свойственных данному организму тканевых структур. Такое патологическое состояние характеризуется в большинстве случаев дефицитом лимфоцитов (специализированных клеток иммунной системы), генерируемых в вилочковой железе (тимусе), угнетаемой электромагнитным воздействием. Электромагнитное поле высокой интенсивности может способствовать неспецифическому подавлению иммунитета, а также особо опасной аутоиммунной реакции к развивающемуся эмбриону.

1.4.3 Влияние электромагнитного поля на эндокринно-регулятивную систему

Исследования российских ученых, начавшиеся в 60-е годы XX в. показали, что при действии электромагнитного поля происходит стимуляция гипофиза, сопровождающаяся увеличением содержания адреналина в крови и активизацией процессов свертывания крови. Также замечены изменения в коре надпочечников и структуре гипоталамуса (отдела мозга, регулирующего физиологические и инстинктивные реакции).

1.4.4 Влияние электромагнитного поля на половую систему

Нарушения половой функции обычно связаны с изменением ее регуляции со стороны нервной и эндокринно-регулятивной систем, а также с резким снижением активности половых клеток. Установлено, что половая система женщин более чувствительна к электромагнитному воздействию, нежели мужская. Кроме того, чувствительность к этому воздействию эмбриона в период внутриутробного развития во много раз выше, чем материнского организма. Считается, что электромагнитные поля могут вызывать патологии развития эмбриона, воздействуя в различные стадии беременности. Также установлено, что наличие контакта женщин с электромагнитным излучением может привести к преждевременным родам и снизить скорость нормального развития плода. При этом периодами максимальной чувствительности являются ранние стадии развития зародыша, соответствующие периодам имплантации (закрепления зародыша на плацентарной ткани) и раннего органогенеза.

1.4.5 Общее влияние электромагнитного поля на организм человека

Результаты клинических исследований, проведенных в России, показали, что длительный контакт с электромагнитным полем сверхвысокочастотного диапазона может привести к развитию заболевания, получившего наименование «радиоволновая болезнь». Клиническую картину этого заболевания определяют, прежде всего, изменения функционального состояния нервной и сердечно-сосудистой систем. Люди, длительное время находящиеся в зоне облучения, предъявляют жалобы на слабость, раздражительность, быструю утомляемость, ослабление памяти, нарушение сна. Нередко к этим симптомам присоединяются расстройства вегетативных функций нервной системы. Со стороны сердечно-сосудистой системы проявляются гипотония, боли в сердце, нестабильность пульса.

У людей, находящихся (в основном по долгу службы) в зоне облучения непрерывно, возникают изменения в структуре костного мозга в сторону увеличения скорости регенерации. Через 1–3 года у некоторых появляется чувство внутренней напряженности, суетливость. Нарушаются внимание и память. Возникают жалобы на малую эффективность сна и на утомляемость. Имеются также данные о возникновении психических расстройств у людей, в течение 5 лет и более систематически подвергавшихся облучению электромагнитным полем с напряженностью, близкой к предельно допустимой.

1.5 Методы защиты от электромагнитного воздействия

Защита персонала от воздействия электромагнитных излучений радиочастот осуществляется путем проведения организационных и инженерно-технических, лечебно-профилактических мероприятий, а также использования средств индивидуальной защиты.

К организационным мероприятиям относятся: выбор рациональных режимов работы оборудования; ограничение места и времени нахождения персонала в зоне воздействия ЭМП радиочастот (защита расстоянием и временем) и т. п.

Инженерно-технические мероприятия включают: рациональное размещение оборудования; использование средств, ограничивающих поступление электромагнитной энергии на рабочие места персонала (поглотители мощности, экранирование, использование минимальной необходимой мощности генератора); обозначение и ограждение зон с повышенным уровнем электромагнитных излучений.

Лечебно-профилактические мероприятия осуществляются в целях предупреждения, ранней диагностики и лечения нарушений в состоянии здоровья работника, связанных с воздействием электромагнитных излучений, и включают предварительные при поступлении на работу и периодические медицинские осмотры.

К средствам индивидуальной защиты относятся защитные очки, щитки, шлемы, защитная одежда (комбинезоны, халаты и т. д.).

Способ защиты в каждом конкретном случае должен определяться с учетом рабочего диапазона частот, характера выполняемых работ, необходимой эффективности защиты. Классификация методов и средств защиты человека от электромагнитных излучений радиочастот представлена на рисунке 1.

Экранирование источников излучения используется для снижения интенсивности электромагнитного поля на рабочем месте или устранения опасных зон излучения. В этом случае применяются отражающие или поглощающие экраны (стационарные или переносные). Для защиты от ЭМП обычно применяют металлические листы, которые обеспечивают быстрое затухание поля в материале. Однако во многих случаях экономически выгодно вместо металлического экрана использовать проволочные сетки, фольговые и радиопоглощающие материалы, сотовые решетки.

Рисунок 1 – Классификация методов и средств защиты от

электромагнитных излучений радиочастот

1.5.1  Организационные мероприятия по защите
населения от электромагнитных полей

К организационным мероприятиям по защите от действия электромагнитных полей относятся:

а) выбор режимов работы излучающего оборудования, обеспечивающих уровень излучения, не превышающий предельно допустимый;

б) ограничение места и времени нахождения людей в зоне действия поля;

в) обозначение и ограждение зон с повышенным уровнем излучения.

1.5.2  Защита временем

Применяется, когда нет возможности снизить интенсивность излучения в данной точке до предельно допустимого уровня. Путем обозначения, оповещения и т. п. ограничивается время нахождения людей в зоне выраженного воздействия электромагнитного поля. В действующих нормативных документах предусмотрена зависимость между интенсивностью плотности потока энергии и временем облучения.

1.5.3  Защита расстоянием

Применяется, если невозможно ослабить воздействие другими мерами, в том числе и защитой временем. Метод основан на падении интенсивности излучения, пропорциональном квадрату расстояния до источника. Защита расстоянием положена в основу нормирования санитарно-защитных зон – необходимого разрыва между источниками поля и жилыми домами, служебными помещениями и т. п. Границы зон определяются расчетами для каждого конкретного случая размещения излучающей установки при работе ее на максимальную мощность излучения. В соответствии с ГОСТ 12.1.026-80 зоны с опасными уровнями излучения ограждаются, на ограждениях устанавливаются предупреждающие знаки.

Рабочие места, установки, объекты, участки, где ППЭ превышает 500 мкВт/см2, обозначаются запрещающим знаком безопасности «СВЧ-излучение. Посторонним вход воспрещен» (рисунок 2, а). На местах, где ППЭ выше 1000 мкВт/см2, устанавливается знак «Осторожно! Опасность СВЧ-облучения» (рисунок 2, б). При входе на такую территорию устанавливается также предписывающий знак безопасности (рисунок 2, в), который требует при выполнении работ использовать средства индивидуальной защиты.

а б в

Рисунок 2 – Знаки безопасности

1.5.4  Инженерные мероприятия по защите людей от

электромагнитного воздействия

Инженерные защитные мероприятия строятся на использовании явления экранирования электромагнитных полей, либо на ограничении эмиссионных параметров источника поля (снижении интенсивности излучения). При этом второй метод применяется в основном на этапе проектирования излучающего объекта. Электромагнитные излучения могут проникать в помещения через оконные и дверные проемы (явление дисперсии электромагнитных волн). Для экранирования оконных проемов применяются либо мелкоячеистая металлическая сетка (этот метод защиты не распространен по причине неэстетичности самой сетки и значительного ухудшения вентиляционного газообмена в помещении), либо металлизированное (напылением или горячим прессованием) стекло, обладающее экранирующими свойствами. Металлизированное стекло горячего прессования имеет кроме экранирующих свойств повышенную механическую прочность и используется в особых случаях (например, для наблюдательных окон на атомных регенерационных установках). Для защиты от электромагнитного воздействия населения чаще всего применяется стекло, металлизированное напылением. Напыленная пленка металлов (олово, медь, никель, серебро) и их оксидов обладает достаточной оптической прозрачностью и химической стойкостью. Нанесенная на одну сторону поверхности стекла, она ослабляет интенсивность излучения в диапазоне от 0,8 до 150 см в 1000 раз. При нанесении пленки на обе стороны стекла достигается 10-тысячекратное снижение интенсивности.

Экранирование дверных проемов в основном достигается за счет использования дверей из проводящих материалов (стальные двери).

Для защиты населения от воздействия электромагнитных излучений могут применяться специальные строительные конструкции: металлическая сетка, металлический лист или любое другое проводящее покрытие, а также специально разработанные строительные материалы. В ряде случаев (защита помещений, расположенных относительно далеко от источников поля) достаточно использования заземленной металлической сетки, помещаемой под облицовку стен помещения или заделываемой в штукатурку. В сложных случаях (защита конструкций, имеющих модульную или некоробчатую структуру) могут применяться также различные пленки и ткани с электропроводящим покрытием.

Из специальных экранирующих материалов в настоящее время получили широкое распространение металлизированные ткани на основе синтетических волокон. Экранирующие текстильные материалы обладают малой толщиной, легкостью, гибкостью, хорошо закрепляются смолами и синтетическими клеящими составами.

1.6 Гигиеническое нормирование электромагнитных полей

Гигиеническая оценка ЭМП производится по фактическим уровням измеренных ЭМП и соответствию их гигиеническим нормативам, гарантирующим безопасность человека и обеспечивающим благоприятные условия его жизнедеятельности. Контролируемые параметры ЭМП представлены в таблице 8.

Таблица 8 – Параметры ЭМП, измеряемые при санитарно-гигиеническом контроле

Поле	Частота	Контролируемый параметр	Обозначение	Единица измерения
ЭСП	0 Гц	Напряженность ЭП Потенциал ЭП	E φ	В/м В
ПМП	0 Гц	Напряженность МП Индукция МП	H B	А/м Тл
ЭМП	0,1– 300 Гц	Напряженность ЭП Напряженность МП Индукция МП	E H B	В/м А/м Тл
0,3 кГц–300 МГц	Напряженность ЭП Напряженность МП Индукция МП Плотность потока энергии	E H B ППЭ	В/м А/м Тл мкВт/см2
30 кГц–300 МГц	Энергетическая экспозиция по ЭП Энергетическая экспозиция по МП	ЭЭE ЭЭH	(В/м)2ч (А/м)2ч
300 МГц–300 ГГц	Энергетическая экспозиция плотности потока энергии	ЭЭППЭ	(мкВт/см2)ч

Согласно санитарным нормам, в диапазоне частот от 0 до 300 МГц контролируются напряженность электрического поля и напряженность магнитного поля (индукция магнитного поля). В диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц измеряется плотность потока энергии. Длительность пребывания человека в зонах влияния источников излучения оценивается:

– энергетической экспозицией (энергетической нагрузкой) по электрическому полю:

;

(5)

– энергетической экспозицией по магнитному полю:

;

(6)

– энергетической экспозицией по плотности потоку энергии:

,

(7)

где Т – продолжительность экспозиции, ч.

Отечественные гигиенические нормативные документы разработаны по частотным диапазонам: электромагнитные поля радиочастотного диапазона от 30 кГц до 300 ГГц; электромагнитные поля участка спектра электромагнитных колебаний от 10 кГц до 30 кГц; электрические поля и магнитные поля частотой 50 Гц; электростатические поля; постоянные магнитные поля и по видам отдельных радиоэлектронных средств (персональные ЭВМ, средства подвижной радиосвязи, передающие радиотехнические объекты, бытовая электротехника).

Нормирование ЭМП промышленной частоты осуществляют по предельно допустимым уровням напряженности электрического и магнитного полей частотой 50 Гц в зависимости от времени пребывания в нем, которые регламентируются «Санитарными нормами и правилами выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты» № 000-91 и ГОСТ 12.1.002-84.

Пребывание в электрическом поле напряженностью до 5 кВ/м включительно допускается в течение всего рабочего дня. Допустимое время (ч) пребывания в электрическом поле напряженностью от 5 до 20 кВ/м

.

(8)

Допустимое время пребывания в электрическом поле может быть реализовано одноразово или дробно в течение рабочего дня. В остальное рабочее время напряженность электрического поля не должна превышать 5 кВ/м. При напря­женности до 20…25 кВ/м время пребывания персонала не должно превышать 10 мин. Предельно допустимый уровень напряженности электрического поля устанавливается равным 25 кВ/м.

Предельно допустимый уровень магнитного поля частотой 50 Гц не должен превышать установленное значение в 100 мкТл для полного рабочего дня, равного 8 ч.

Для предупреждения неблагоприятного действия ЭМП на состояние здоровья специалистов, работающих с установками промышленного, научного и медицинского назначения, использующих электромагнитную энергию в диапазоне частот от 10 до 30 кГц, установлены следующие гигиенические нормативы: напряженности электрического и магнитного полей на рабочих местах не должны превышать 500 В/м и 50 А/м при воздействии в течение полного рабочего дня; 1000 В/м и 100 А/м при двухчасовой экспозиции за рабочий день.

В диапазоне радиочастот от 30 кГц до 300 ГГц ЭМП регламентируются энергетической экспозицией по напряженности электрического поля – ЭЭE, энергетической экспозицией по напряженности магнитного поля – ЭЭH и энергетической экспозицией по плотности потока
энергии – ЭЭППЭ. Предельно допустимые значения указаны в таблице 9.

Таблица 9 – Предельно допустимые значения ЭЭ [1]

Частота	ЭЭЕ, (В/м)2ч	ЭЭН, (А/м)2ч	ЭЭППЭ, (мкВт/см2)ч
30 кГц–3 МГц	20000	200	–
3–30 МГц	7000	Не разработана	–
30–50 МГц	800	0,72	–
50–300 МГц	800	Не разработана	–
300 МГц- 300 ГГц	–	–	200

1.7 Расчет эффективности экранирования электромагнитных полей

Основной характеристикой каждого экрана является степень ослабления Э электромагнитного поля, называемая эффективностью экранирования, которая представляет собой отношение Е, Н, ППЭ в данной точке при отсутствии экрана к Еэ, Нэ, ППЭэ в той же точке при наличии экрана:

(10)

Эффективность экранирования зависит от материала экрана (токопроводящий, диэлектрический или поглощающий) и его конструкции (сплошной, сетчатый, в виде пластины или замкнутого контура и т. д.).

Электромагнитное поле имеет зоны индукции и излучения, которые для элементарных излучателей (диполей) в воздухе определяются соответственно неравенствами:

(11)

где – расстояние от источника.

Обычно считают, что расстояние от источника, не большее длины волны, – зона индукции. Например, для частот 109 и 106 Гц расстояние, которое определяет зону индукции, меньше 0,3 м и 300 м соответственно.

Различают экранирование магнитного, электрического и электромагнитного полей. В большинстве случаев с двух сторон от экрана находится одна и та же диэлектрическая среда – воздух, и эффективность экранирования, в данном случае, записывают в виде

(12)

где h – толщина экрана, мм;

– коэффициент распространения, мм-1;

z1 – импеданс среды электромагнитному полю, Ом;

z2 – импеданс материала экрана электромагнитному полю, Ом.

Для вакуума импеданс равен

(Ом),

(13)

где и – соответственно электрическая и магнитная постоянные:
Ф/м,
Гн/м.

В таблице 10 приведены ориентировочные значения коэффициента распространения и импеданса для металлов , наиболее часто применяемых для экранирования электромагнитных полей.

Более сложно определяется импеданс z1. В зоне излучения импеданс диэлектрической среды – воздуха – будет равен (для воздуха ) Ом. Однако в зоне индукции импеданс z1 зависит не только от вида основной составляющей электромагнитного поля. Он определяется также формой конструкции экрана (рисунок 3).

Таблица 10 – Характеристики металлов, применяемых для

экранирования ЭМП

Металл	Электрическая проводимость См/м	Магнитная проницаемость,	Коэффициент распространения мм-1	Импеданс Ом
Медь	57,1	1
Алюминий	34,5	1
Сталь	7,2	100
Свинец	4,8	1
Примечания – круговая частота, – абсолютная диэлектрическая проницаемость, – абсолютная магнитная проницаемость, – удельная проводимость среды

Рисунок 3 – Конструкции экранов

С учетом формы экрана импеданс z1 записывается в виде

при экранировании электрического поля; при экранировании магнитного поля,

(14)

где m=2 при для плоского экрана;

m=1 при для цилиндрического экрана;

при для сферического экрана.

При экранировании магнитного поля необходимо учитывать особенности материала, из которого изготовлен экран. Обычно для магнитных материалов (сталь, пермаллой, феррит) , а для немагнитных материалов (медь, алюминий, свинец) .

При условии, что на относительно низких частотах электромагнитного поля (f<104 Гц) для защитных устройств из магнитных металлов эффективность экранирования рассчитывается по формуле

(15)

Она не зависит от частоты поля.

Для защитных устройств из немагнитных металлов эффективность экранирования рассчитывается по формуле

(16)

Эта эффективность зависит от частоты и при частоте тоже стремится к нулю.

В области относительно высоких частот (104< f, Гц <109) эффективность экранирования удобно определять по формуле

(17)

В области СВЧ, охватывающей дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны (Гц), длина волны соизмерима с диаметром экрана d, т. е. , и эффективность экранирования носит колебательный характер.

При наличии в экране отверстий или щелей, возникающих вследствие несовершенства его конструкции и технологии изготовления, эффективность экранирования снижается. В этом случае ее можно определить по формуле

(18)

где импеданс z1 определяется по формулам (14);

;

слагаемое A и множитель В учитывают негерметичность экрана;

(19)

где – эквивалентный радиус экрана любой геометри-

ческой формы (V – внутренний объем экрана, мм3), мм;

– наибольший размер отверстия (щели) в экране, мм;

.

Эффективность экранирования электрического поля при использовании проволочных сеток

,

(20)

где A – то же, что и в выражении (19), а множитель С и величину z2 при заданном диаметре провода d и шаге s сетки рассчитывают по формулам

,

где – эквивалентная толщина сетки.

В сортамент фольговых материалов толщиной h от 0,01 до 0,05 мм входят в основном диамагнитные материалы – алюминий, латунь, цинк. Расчет эффективности экранирования фольговых материалов производится по формулам для тонких материалов. При негерметичности эффективность экранирования электрического поля

(21)

где .

Эффективность экранирования сотовыми решетками зависит вплоть до сантиметрового диапазона от отношения глубины к ширине ячейки.

Ориентировочно эффективность

(22)

где и – глубина и максимальный поперечный размер ячейки со

товой решетки;

n – число ячеек.

учебное пособие / , , . – СПб.: Политехника, 2006. – 263 с.: ил.

2.  Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов / под общ. ред. . – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 1999. – 448 с.: ил.

3.  Зотов, жизнедеятельности на производстве: учеб. пособие для вузов / , . – М.: КолосС, 2002. – 432 с.: ил.

Овчаренко Александр Григорьевич

Козлюк Андрей Юрьевич

БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Редактор

Технический редактор

Подписано в печать 03.06.08. Формат 60×84 1/16
Усл. п. л. – 2,21. Уч. изд. л. – 2,38.
Печать – ризография, множительно-копировальный
аппарат «RISO TR-1510»

Тираж 100 экз. Заказ 2008-49.

Издательство Алтайского государственного
технического университета
г. Барна

Оригинал-макет подготовлен ИИО БТИ АлтГТУ.

Отпечатано на ИИО БТИ АлтГТУ.
9.