Источники и характеристики электромагнитных полей. Их воздействие на организм человека

Санкт-Петербургский  государственный политехнический  университет

Кафедра Управления в социально-экономических  системах 
 
 
 

      Курсовая  работа 

      Источники и характеристики электромагнитных полей. Их воздействие на организм человека. Нормирование электромагнитных полей. 
 
 
 
 
 
 

Санкт-Петербург

2010

Содержание

Введение 

   В современных  условиях научно-технического прогресса  в результате развития различных  видов энергетики и промышленности электромагнитные излучения занимают одно из ведущих мест по своей экологической и производственной значимости среди других факторов окружающей среды. 
 

Общая характеристика электромагнитного  поля 

   Электромагнитное  поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными частицами. Представляет собой взаимосвязанные переменные электрическое поле и магнитное поле. Взаимная связь электрического и магнитного полей заключается в том, что всякое изменение одного из них приводит к появлению другого: переменное электрическое поле, порождаемое ускоренно движущимися зарядами (источником), возбуждает в смежных областях пространства переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает в прилегающих к нему областях пространства переменное электрическое поле, и т. д. Таким образом, электромагнитное поле распространяется от точки к точке простран­ства в виде электромагнитных волн, бегущих от источника. Благодаря конечности скорости распространения электромагнитное поле может существовать автономно от породившего его источника и не исчезает с устранением источника (например, радиоволны не исчезают с прекращением тока в излучившей их антенне). 
 

Характеристики электромагнитных полей 

   Известно, что около проводника, по которому протекает ток, возникают одновременно электрическое и магнитное поля. Если ток не меняется во времени, эти поля не зависят друг от друга. При переменном токе магнитное и электрическое поля связаны между собой, представляя единое электромагнитное поле.

   Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию.

   Частота электромагнитного поля — это число колебаний поля в секунду. Единицей измерения частоты является герц (Гц) — частота, при которой совершается одно колебание в секунду.

   Длина волны — это расстояние между  двумя ближайшими друг к другу  точками, колеблющимися в одинаковых фазах.

   Поляризация — это явление направленного колебания векторов напряженности электрического поля  или напряженности магнитного поля.

   Электромагнитное  поле обладает определённой энергией и характеризуется электрической и магнитной напряжённостью, что необходимо учитывать при оценке условий труда.  
 

Источники электромагнитных полей 

   В целом  общий электромагнитный фон состоит  из источников естественного (электрические и магнитные поля Земли, радиоизлучения Солнца и галактик) и искусственного (антропогенного) происхождения (телевизионные и радиостанции, линии электропередачи, электробытовая техника). Источниками электромагнитных излучений также служат радиотехнические и электронные устройства, индукторы, конденсаторы термических установок, трансформаторы, антенны, фланцевые соединения волноводных трактов, генераторы сверхвысоких частот и др.

   Современные геодезические, астрономические, гравиметрические, аэрофотосъёмочные, морские геодезические, инженерно-геодезические, геофизические работы выполняются с использованием приборов, работающих в диапазоне электромагнитных волн, ультравысокой и сверхвысокой частот, подвергая работающих опасности с интенсивностью облучения до 10 мкВт/см². 
 

Воздействие электромагнитных полей  на организм человека 

   Электромагнитные  поля человек не видит и не чувствует  и именно поэтому не всегда предостерегается от опасного воздействия этих полей. Электромагнитные излучения оказывают  вредное воздействие на организм человека. В крови, являющейся электролитом, под влиянием электромагнитных излучений возникают ионные токи, вызывающие нагрев тканей. При определённой интенсивности излучения, называемой тепловым порогом, организм может не справиться с образующимся теплом.

   Нагрев  особенно опасен для органов со слаборазвитой  сосудистой системой с неинтенсивным  кровообращением (глаза, мозг, желудок  и др.). При облучении глаз в  течение нескольких дней возможно помутнение хрусталика, что может вызвать катаракту.

   Кроме теплового воздействия электромагнитные излучения оказывают неблагоприятное  влияние на нервную систему, вызывают нарушение функций сердечно-сосудистой системы, обмена веществ.

   Длительное  воздействие электромагнитного  поля на человека вызывает повышенную утомляемость, приводит к снижению качества выполнения рабочих операций, сильным болям в области сердца, изменению кровяного давления и пульса.

   Оценка  опасности воздействия электромагнитного  поля на человека производится по величине электромагнитной энергии, поглощённой телом человека. 
 

Нормирование  электромагнитных полей 

ЭМП любой  частоты имеет 3 условные зоны в зависимости  от расстояния X до источника:

• Зону индукции (пространство с радиусом Х< l/2P);
• Промежуточную зону (зону дифракции);
• Волновую зону, Х>=2Pl

      Рабочие места вблизи источников ВЧ полей  попадают в зону индукции. Для таких  источников уровни облучений нормированы  величиной напряжённости электрического Е(В/м) и магнитного Н(А/м) полей.

      ГОСТом 12.1.006-84 установлены ПДУ на рабочем месте в течении всего рабочего дня:

   Работающие  с генератором СВЧ попадают в  волновую зону. В этих случаях нормируется энергетическая нагрузка на организм человека W (мкВт*ч/см.кв.) W = 200 мкВт*ч/см.кв. – для всех случаев облучения, исключая облучение от врвщающихся и сканирующих антенн – для них W = 2000 мкВт*ч/см.кв. Предельно допустимую плотность потока энергии (ПДУ) σ_доп (мкВт/см.кв) вычисляются по формуле σ_доп = W / Т, где Т – время работы в часах в течении рабочего дня. Во всех случаях σ_доп  ≤ 1000 мкВт/см.кв.

   Национальные  системы стандартов являются основой  для реализации принципов электромагнитной безопасности. Как правило, системы стандартов включают в себя нормативы ограничивающие уровни электрических полей (ЭП), магнитных полей (МП) и электромагнитных полей (ЭМП) различных частотных диапазонов путем введения предельно допустимых уровней воздействия (ПДУ) для различных условий облучения и различных контингентов.

   В России система стандартов по электромагнитной безопасности складывается из Государственных  стандартов (ГОСТ) и Санитарных правил и норм (СанПиН). Это взаимосвязанные  документы, являющиеся обязательными для исполнения на всей территории России.

   Государственные стандарты по нормированию допустимых уровней воздействия электромагнитных полей входят в группу Системы  стандартов безопасности труда - комплекс стандартов, содержащих требования, нормы  и правила, направленных на обеспечение безопасности, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда. Они являются наиболее общими документами и содержат:

• требования по видам соответствующих опасных и вредных факторов;
• предельно допустимые значения параметров и характеристик;
• общие подходы к методам контроля нормируемых параметров и методы защиты работающих.

   Государственные стандарты России в области электромагнитной безопасности приведены в таблице 1.

   Таблица 1.

   Государственные стандарты РФ в области электромагнитной безопасности

   Санитарные  правила и нормы регламентируют гигиенические требования более  подробно и в более конкретных ситуациях облучения, а также  к отдельным видам продукции. По своей структуре включают те же основные пункты, что и Государственные стандарты, однако излагают их более подробно. Как правило, санитарные нормы сопровождаются Методическими указаниями по проведению контроля электромагнитной обстановки и проведению защитных мероприятий.

   В зависимости  от отношения подвергающегося воздействию ЭМП человека к источнику излучения в условиях производства в стандартах России различаются два вида воздействия: профессиональное и непрофессиональное. Для условий профессионального воздействия характерно многообразие режимов генерации и вариантов воздействия. В частности, для облучения в ближней зоне обычно характерно сочетание общего и местного облучения. Для непрофессионального облучения типичным является общее облучение. ПДУ для профессионального и непрофессионального воздействия различны.

   Перечень  Санитарных правил и Норм РФ для  различных категорий облучаемых приведен в таблицах 2 и 3.

   Таблица 2.

   Санитарные  нормы и правила для условий  профессионального облучения электромагнитными  полями

   Таблица 3.

   Санитарные  нормы и правила для условий  непрофессионального облучения (население)

   В основе установления ПДУ лежит принцип  «пороговости» вредного действия ЭМП.

   В качестве ПДУ ЭМП принимаются такие  значения, которые при ежедневном облучении в свойственном для данного источника излучения режимах не вызывает у населения без ограничения пола и возраста заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования в период облучения или в отдаленные сроки после его прекращения.

   Основной  критерий определения уровня воздействия  ЭМП как предельно допустимого - воздействие не должно вызывать у  человека даже временного нарушения  гомеостаза (включая репродуктивную функцию), а также напряжения защитных и адаптационно-компенсаторных механизмов ни в ближайшем, ни в отдаленном периоде времени. Это означает, что в качестве ПДУ принимается дробная величина от минимального уровня электромагнитного поля, способного вызвать какую либо реакцию.

   В зависимости  от места нахождения человека относительно источника ЭМП он может подвергаться воздействию электрической или  магнитной составляющей поля или  их сочетанию, а в случае пребывания в волновой зоне - воздействию сформированной электромагнитной волны. По этому признаку определяется необходимый критерий контроля безопасности.

  В части  требований ГОСТов и СанПиН по проведению контроля записано, что контроль уровней  ЭП осуществляется по значению напряженности  ЭП - Е, В/м. Контроль уровней МП осуществляется по значению напряженности МП - Н, А/м или значению магнитной индукции - В, Тл. В зоне сформировавшейся волны контроль осуществляется по плотности потока энергии (ППЭ), Вт/м².

Нормирование  ЭМП для населения 

   В России установлены самые жесткие в  мире предельно допустимые уровни облучения населения электромагнитными полями.

   Система Санитарно-гигиенического нормирования ПДУ ЭМП для населения в  России исходит из принципа введения ограничений для конкретных случаев  облучения.

   Можно выделить следующие виды условий  облучения, на которые для населения  установлены специально разработанные  Санитарно - гигиенические нормы: элементы систем сотовой связи и других видов подвижной связи, все типы стационарных радиотехнических объектов (включая радиоцентры, радио- и телевизионные станции, радиолокационные и радиорелейные станции, земные станции спутниковой связи, объекты транспорта с базированием мобильных передающих радиотехнических средств при их работе в штатном режиме в местах базирования), видеодисплейные терминалы и мониторы персональных компьютеров, СВЧ - печи, индукционные печи.

   На  иные условия облучения, где в  качестве источников выступает бытовая  потребительская техника, включая  телевизоры, в настоящее время  используются межгосударственные российско-белорусские санитарные нормы, устанавливающие требования только к электрической составляющей диапазона 50 Гц и уровню электростатического поля.

   При определении  конкретного значения уровня ПДУ  разработчики руководствуются либо результатами специально выполненных работ (н.р. печи СВЧ и индукционные печи), либо результатами общих медико-биологических исследований (системы сотовой связи, радиотехнические объекты, ПК).

   В случае отсутствия на конкретный вид продукции  отдельного норматива, санитарно-гигиенические требования к этой продукции предъявляются на основе ПДУ, установленного в общих стандартах.

   Информация  о конкретных значениях ПДУ для  упомянутых выше условий облучения  приведена в таблицах 4, 5 и 6.

   Таблица 4.

   Предельно допустимые уровни электромагнитного поля для потребительской продукции, являющейся источником ЭМП

   Таблица 5.

   Временно  допустимые уровни (ВДУ) воздействия  электромагнитных излучений, создаваемых  системами сотовой радиосвязи, непрофессиональное воздействие

   Таблица 6.

   Предельно допустимые уровни воздействия ЭМП, создаваемых радиотехническими  объектами для основного населения

   Для населения  отдельно нормируется предельно допустимая напряженность электрического поля создаваемого ЛЭП, значения ПДУ для разных условий облучения приведены в таблице 7.

   Таблица 7.

   Допустимые  уровни воздействия ЭП ПЧ на населения  от ЛЭП

Контроль  облучения

      Производят  не реже 1 раза в год, измеряя Е, Н, σ.

Датчиками для измерения являются: диполь (для  Е); рамка (для Н); рупорная антенна (для  σ).

Способы и средства защиты от ЭМ облучений 

1. Экранирование источника или рабочего места.
2. Защита расстоянием (удаление рабочего места от источника).
3. СИЗ (средства индивидуальной защиты).
4. Рациональное размещение излучающего оборудования в помещение, позволяющее обеспечить минимум направленности прямой и отражённой энергии на рабочее место.
5. Сигнализация о превышении ПДУ облучения (сигнализатор типа П2-2).
6. Ограничение длительности работы персонала и оборудования.

Экранирование 

      Для отражающих экранов используют металлы (медь, латунь, алюминий, сталь), имеющие высокую проводимость. Экраны в виде: листов толщиной 0,5 мм (или по расчёту); сетки из проволоки 0,1¸1,0 мм с ячейками 1´1, 10´10 мм (в зависимости от l, нужно <<l). Форма экранов: замкнутые (камеры); незамкнутые (щит, П-образный, полусфера и т.п.).

При использовании экранов ЭМ энергия поглощается в поверхностном слое металла, частично отражаясь в сторону источника. Основная характеристика экрана - эффективность экранирования, т.е. степень ослабления ЭМП   Э = σ /σ_{с экр}. 

Экранирование высокочастотных  термических установок

Рабочий элемент-конденсатор

      Расчёт  заключается в определении размеров экрана. В качестве экрана может  быть использована, например, замкнутая  труба квадратного сечения.

а) продольное и б) поперечное сечение экрана.

Напряжённость электрического поля Е ослабляется экраном и убывает обратно пропорционально квадрату расстояния (Х) от источника до оператора.