Электромагнитные поля

Электромагнитные волны возникают при ускоренном движении электрических зарядов. Электромагнитные волны – это взаимосвязанное распространение в пространстве изменяющихся электрического и магнитного полей. Совокупность этих полей, неразрывно связанных друг с другом, называется электромагнитным полем. Несмотря на то, что длина электромагнитных волн и их свойства различны, все они, начиная от радиоволн и заканчивая гамма-излучением, - одной физической природы. Исследованный в настоящее время диапазон электромагнитных волн состоит из волн с длинами, соответствующим частотам от 10³ до 10²⁴ Гц. По мере убывания длины волны в диапазон включаются радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет (световые лучи), ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и гамма-излучение.

Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме не зависит от длины волны и равна

С ≈ 3 ∙ 10⁸ м/с.

Электромагнитная волна, распространяясь в неограниченном пространстве со скоростью света, создаёт переменное электромагнитное поле, которое способно воздействовать на заряженные частицы и токи, в результате чего происходит превращение энергии поля в другие виды энергии.

Переменное электромагнитное поле представляет собой совокупность магнитного и электрического полей, количественной характеристикой которых является напряжённость электрического поля Е [В/м] и напряжённость магнитного поля Н [А/м]. Величины Е и Н – векторные, их колебания происходят во взаимоперпендикулярных плоскостях.

Источниками электромагнитных полей являются атмосферное электричество, космические лучи, излучение Солнца, а также искусственные источники: различные генераторы, трансформаторы, антенны, лазерные установки, микроволновые печи, мониторы компьютеров и др. На предприятиях источниками электромагнитных полей промышленной частоты являются высоковольтные линии электропередачи (ЛЭП), измерительные приборы, устройства защиты и автоматики, соединительные шины и др. В зависимости от длины волны электромагнитное излучение делят на ряд диапазонов (от километровых волн до миллиметровых (НЧ – КВЧ).

Переменные электромагнитные поля способны оказывать негативное воздействие на организм человека, которое зависит от напряжённости электрического и магнитного полей, частоты излучения, плотности потока энергии, размера облучаемой поверхности тела человека и индивидуальных особенностей его организма. Ткани человеческого организма поглощают энергию электромагнитного поля, в результате этого происходит нагрев тела человека. Интенсивнее всего электромагнитные поля воздействуют на органы и ткани с большим содержанием воды: мозг, желудок, желчный и мочевой пузырь, почки. При воздействии электромагнитного излучения на глаза человека возможно помутнение хрусталика (катаракта).

Человеческий организм обладает свойством терморегуляции, т.е. поддержания постоянной температуры тела. При нагреве человеческого организма в электромагнитном поле происходит отвод избыточной теплоты до плотности потока энергии:

I = 10 м ∙ Вт/см².

Эта величина называется тепловым порогом, начиная с которого система терморегуляции не справляется с отводом генерируемого тепла, происходит перегрев организма человека, что негативно сказывается на его здоровье. Источниками повышенной опасности в быту (источниками риска) в настоящее время признаются электроплиты с электроподводкой, электрогрили, утюги, холодильники (при работающем компрессоре) и другие бытовые электроприборы, включая электробритвы и электрочайники.

При воздействии на организм человека постоянных магнитных и электростатических полей с интенсивностью, превышающей безопасный уровень, могут развиться нарушения деятельности сердечнососудистой системы, органов дыхания и пищеварения, возможно изменение состава крови и т.д. Электрические поля промышленной частоты (f = 50 Гц) воздействуют на мозг и центральную нервную систему. Предельно допустимые уровни облучения в диапазоне радиочастот определяются по ГОСТ 12.1. 006 – 84 (1999) «ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля». Предельно допустимая напряжённость магнитного поля определяется в соответствии с названным выше ГОСТом.

Предельно допустимые уровни воздействия постоянных магнитных полей нормируются в соответствии с СанПиН 2.2.4.1191 – 03 «Электромагнитные поля в производственных условиях».

Электрические поля промышленной частоты нормируются в соответствии с ГОСТ 12.1.002 – 84 (1999) «ССБТ. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряжённости и требования к проведению контроля на рабочих местах».

К основным методам защиты от электромагнитных излучений относятся:

- рациональное размещение излучающих и облучающих объектов, исключающее и ослабляющее воздействие излучения на персонал;

- ограничение места и времени нахождения работающих в электромагнитном поле;

- защита расстоянием, т.е. удаление рабочего места от источника электромагнитных излучений;

- уменьшение мощности источника излучения;

- использование поглощающих или отражающих экранов;

- применение средств индивидуальной защиты и др.

Из перечисленных выше методов защиты чаще всего применяют поглощающие и отражающие экраны. Защитное действие таких экранов заключается в следующем. Под влиянием электромагнитного поля в материале экрана возникают вихревые токи (токи Фуко), которые наводят в нём вторичное поле. Амплитуда наведённого поля приблизительно равна амплитуде экранируемого поля, а фазы этих полей противоположны. Поэтому результирующее поле, возникающее в результате сложения двух рассмотренных полей, быстро затухает в материале экрана, проникая в него на малую глубину.

Вдоль линий электропередачи, около генераторов, трансформаторов, высоковольтных распределительных устройств с промышленной частотой 50 Гц действует электромагнитное поле (ЭМП). Под его действием в тканях человеческого организма возникают высокочастотные токи с образованием теплоты. Длительное воздействие электромагнитных излучений приводит к нарушениям в центральной нервной и сердечно-сосудистой системах, помутнению хрусталиков глаз (катаракте), ломкости ногтей, выпадению волос. Действие ЭМП проявляется в виде быстрой утомляемости, слабости, головной боли, снижения частоты пульса, артериального давления, повышения температуры тела.

Под действием ЭМП изолированное от земли тело человека приобретает некоторый потенциал, который при соприкосновении с почвой, растительностью или протяжёнными металлическими предметами воздействует на человека в виде разрядного тока.

Отрицательное действие ЭМП возрастает с увеличением частоты и интенсивности излучения, продолжительности облучения, размеров облучаемой поверхности тела. Она зависит также от индивидуальных особенностей организма. С удалением от источника интенсивность излучения снижается пропорционально увеличению расстояния от него.

Ниже приведены предельно допустимые уровни электромагнитных полей промышленной частоты 50 Гц. Согласно СанПиН 2.2.4.1191 – 03 «Электромагнитные поля в производственных условиях» оценку ЭМП осуществляют раздельно по напряжённости электрического поля (Е) в кВ/м и напряжённости магнитного поля (H) в А/м или индукции магнитного поля (B) в мкТл.

ПДУ напряжённости электрического поля (ЭП) на рабочем месте установлен равным 5 кВ/м. при большей напряжённости время пребывания в этом поле ограничивается. При напряжённости (Е) в интервале 5 – 20 кВ/м допустимое время пребывания (t), час, рассчитывают по формуле

t_доп = (50/Е) – 2.

При напряжённости свыше 20 и до 25 кВ/м оно не должно превышать 10 мин. При более высоких напряжённостях (> 25 кВ/м) пребывание в электромагнитном поле без средств защиты не допускается.

ПДУ напряжённости периодического (синусоидального) магнитного поля (МП) установлены (табл.) для облучения всего тела и только рук (локальное облучение).

Ослабление мощности воздействующего на человека электромагнитного поля достигают удалением рабочего места от источника излучения, применением защитных экранов. Экранируют как источники излучений, так и рабочие места. Экраны изготавливают в виде козырьков, навесов, перегородок, кабин и других конструкций из сплошных металлических листов высокой проводимости или металлической сетки с размером ячеек не более 50 × 50 мм, которые обязательно заземляют. Сопротивление заземления не должно превышать 10 Ом. Защитное действие экранов основано на образовании в них токов Фуко, наводящих вторичное поле, почти равное по амплитуде и противоположное по фазе, которое и ослабляет первичное ЭМП.

Водителей любых машин, тракторов, работающих вблизи ЛЭП, хорошо защищают от действия ЭП металлические кабины. При отсутствии кабин над обслуживающим персоналом устанавливают защитные козырьки из металлических сеток с размером ячейки не более 50 × 50 мм, которые металлическим проводником соединяют с корпусом машины. Для отвода электрического потенциала, наводимого ЭМП, корпуса машины заземляют (если машина имеет резиновые колёса, то это делают с помощью металлической цепи).

В качестве средств индивидуальной защиты применяют экранирующие костюмы: комбинезон (или куртка с брюками, плащ с копюшоном), головной убор, рукавицы, обувь, выполненные из специальной токопроводящей или металлизированной ткани. Все элементы экранирующего костюма должны иметь между собой надёжную электрическую связь, а обувь должна обеспечивать хороший контакт с основанием (полом, землёй). Органы зрения защищают с помощью очков, например типа ОРЗ-5, стёкла которых покрыты слоем полупроводникового оксида олова, или мелкосетчатыми очками в виде полумаски.

Особо следует отметить опасность электрического поля в зонах прохождения воздушных ЛЭП, а это очень часто сельскохозяйственные угодья, поля; к сожалению – это и районы расположения дач, автогаражей и даже жилых домов. Напряжённость электрического поля в 30 м от крайних проводов ЛЭП-500 (500 кВ), например, достигает 14 кВ/м. это почти в три раза превышает допустимые 5 кВ/м.

Пространство, в котором напряжённость ЭП составляет 5 кВ/м и более, называют опасной зоной, или зоной влияния. Для электроустановок напряжением 400 – 500 кВ она ограничивается радиусом 20 м, а 750 кВ – 30 м. при напряжённости ЭП более 5 кВ/м человек ощущает кожный зуд, шевеление волос.

Вдоль воздушных линий электропередачи установлены санитарно-защитные зоны, в пределах которых напряжённость ЭП превышает 1 кВ/м .

_____________________________________________