Защита от неионизирующих электромагнитных полей и излучений
Проблема взаимодействия человека с искусственным электромагнитным излучением (ЭМИ) в настоящее время весьма актуальна в связи с интенсивным развитием радиосвязи и радиолокации, расширением сферы применения электрической энергии высокой, ультравысокой и сверхвысокой частот для осуществления различных технологических процессов, массовым распространением бытовых электрических и радиоэлектронных устройств. Искусственные источники создают электромагнитные поля (ЭМП) большей интенсивности, нежели естественные.
Достоверно известно, что ЭМП искусственного происхождения оказывают неблагоприятное воздействие на сердечно-сосудистую систему, вызывают онкологические, аллергические заболевания, болезни крови и могут оказывать влияние на генетические структуры. В последнее время появились публикации о канцерогенной опасности ЭМП промышленной частоты 50/60 Гц.
В промышленности электромагнитные поля используют для плавления металлов, индукционной и диэлектрической обработки разнообразных материалов и т.д. Применение новых технологических процессов значительно улучшает условия труда. Например, при замене плавильных или нагревательных печей, работающих на разных топливах, установками индукционного нагрева значительно снижается загазованность воздуха на рабочих местах, уменьшается интенсивность теплового облучения. Однако устройства, генерирующие ЭМП, могут явиться причиной производственно-обусловленных заболеваний. Опасность воздействия электромагнитных полей усугубляется еще тем, что они не обнаруживаются органами чувств.
Электромагнитную природу имеют также инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые и ионизирующие излучения, отличающиеся по частоте (и длине) волны.
Источники и характеристики электромагнитных полей
Любое техническое устройство, использующее или вырабатывающее электрическую энергию, является источником ЭМП. В городских условиях на людей воздействуют как электромагнитный фон, так и электромагнитные поля отдельных источников. В бытовых условиях источниками электростатических полей могут быть любые поверхности и предметы, легко электризуемые за счет трения: ковры, линолеумы, лакированные покрытия, одежда из синтетических тканей, обувь; электростатический заряд накапливается на экранах телевизоров и компьютеров.
В соответствии с санитарными нормами допустимый уровень электростатических полей в жилых зданиях — 15 кВ/м. Электромагнитные поля производственных установок оцениваются (и нормируются) в двух частотных диапазонах: токов промышленной частоты (f = 3 ÷ 300 Гц) и радиочастот (f = 60 кГц ÷ 300 ГГц).
Источниками ЭМП промышленной частоты являются высоковольтные линии электропередач, распределительные устройства, нагревательные устройства, устройства защиты и автоматики. Источниками ЭМП радиочастот являются установки зонной плавки, а также высокочастотные элементы установок: индукторы, трансформаторы, конденсаторы, фидерные линии, электронно-лучевые трубки. В установках индукционного нагрева источник излучения — индукционная катушка; диэлектрического нагрева - рабочий конденсатор.
Электромагнитное поле непрерывно распределено в пространстве, распространяется в воздухе со скоростью света, воздействует на заряженные частицы и токи, вследствие чего энергия поля преобразуется в другие виды энергии. Переменное электромагнитное поле — это совокупность двух взаимосвязанных переменных полей: электрического и магнитного, которые характеризуются соответствующими векторами напряженности.
При использовании компьютерной техники проблема состоит в том, что электрические и магнитные поля от дисплеев столь же интенсивны, как и от телевизоров, а усадить пользователя персонального компьютера (ПК) на расстоянии двух-трех метров от дисплея невозможно. Пользователь ПК подвергает себя воздействию электромагнитных полей. В последнее время появились многочисленные сведения о неблагоприятных последствиях таких воздействий.
На рабочих местах с ПК можно выделить два вида пространственных полей: а) создаваемые собственно ПК; б) создаваемые посторонними источниками, окружающими рабочее место.
Современная компьютерная техника — энергонасыщенное оборудование с потреблением до 200-250 Вт, содержащим несколько электро- и радиоэлектронных устройств с различными принципами действия. Вокруг ПК создаются поля с широким частотным спектром и пространственным распределением:
- электростатическое поле;
- переменные низкочастотные электрические поля;
- переменные низкочастотные магнитные поля.
Потенциально возможными вредными факторами могут
быть также:
- рентгеновское и ультрафиолетовое излучение электронно-лучевой трубки дисплея;
- электромагнитное излучение радиочастотного диапазона;
- электромагнитный фон (электромагнитные поля, создаваемые другими источниками, в том числе и токоподводящими линиями).
Воздействие электромагнитных полей на человека
Известно, что длительное воздействие интенсивных электромагнитных излучений промышленной частоты может вызывать повышенную утомляемость, появление сердечных болей, нарушение функций центральной нервной системы. На сегодняшний день многие специалисты принимают за безопасные уровни электрического поля менее 0,5 кВ/м и магнитного поля менее 0,1 мкТл. Под линией электропередачи напряжением 400—750 кВ электрическая составляющая ЭМП более 10 кВ/м. В соответствии с действующими нормативами в зоне воздействия электрического поля с частотой 50 Гц и напряженностью 10 кВ/м можно находиться не более трех часов, в зоне поля 20 кВ/м и выше — не более 10 минут в день.
В 1960-е гг. появились данные о возникновении таких симптомов, как головная боль, повышенная утомляемость, боль в области сердца, головокружение, бессонница у работников силовых подстанций, подвергающихся воздействию низкочастотных электрических и магнитных полей в течение рабочего дня. Начиная с 1980-х гг. публикуется информация о связи повышенного уровня ЭМП на работе и в быту с увеличением числа онкологических заболеваний. В связи с этим стали проводиться исследования биологических эффектов искусственных ультранизкочастотных (УНЧ; 0,001-10 Гц) и крайне низкочастотных (КНЧ; 10-300 Гц) магнитных и электрических полей на организм человека. Наблюдаемые эффекты, выявленные при многочисленных медицинских исследованиях, приведены в таблице.
| Биологические эффекты, выявленные при медицинских исследованиях влияния магнитных полей на организм человека | |
| Источники, характеристика магнитных полей (МП) | Наблюдаемые эффекты |
|---|---|
| Силовые подстанции, 50 Гц | Головная боль, утомляемость, боли в сердце, головокружение, бессонница у работающих на силовых подстанциях |
| Промышленные МП, 50, 60 Гц | Утомляемость, сильная головная боль, депрессии, самоубийства |
| Импульсные ЭМП, 60 Гц | Повышенная смертность из-за несчастных случаев у работающих с импульсными полями |
| Линии электропередач, 50, 60 Гц | Увеличение числа сердечнососудистых заболеваний, повышенный (в 1,5-3 раза) риск заболеваний лейкемией, опухоли мозга у проживающих вблизи ЛЭП |
| Повышенный уровень ЭМП на рабочем месте | Повышенный риск заболеваний некоторыми формами лейкемии, опухоли мозга, рак груди у электромонтеров |
| МП от трамваев | Повышенный риск заболеваний раком груди у трамвайных рабочих |
| МП от электропоездов (переменный ток, 16, 67 Гц) | Повышенный риск (в 2-3 раза) заболеваний лейкемией, повышенная смертность от лейкемии у машинистов электропоездов |
| МП от электропоездов (постоянный ток) | Повышенный риск заболеваний сердечнососудистой системы у работающих на электропоездах |
Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о воздействии электрических и магнитных полей на нервную систему человека, в тканях которой протекают процессы, очень чувствительные к электрическим сигналам. Энергия электромагнитного поля поглощается тканями человека, оказывает биологическое действие на все системы организма человека, превращаясь в теплоту. Тепловой эффект возникает за счет переменной поляризации диэлектрика (сухожилия, хрящи и т.д.) и токов проводимости в жидких составляющих тканей, крови и т.п. Если механизм терморегуляции тела не способен рассеять избыточное тепло, то возможно повышение температуры тела. Перегрев особенно вреден для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный пузырь). Облучение глаз может вызвать помутнение хрусталика (катаракту).
Влияние ЭМП заключается не только в их тепловом воздействии. При действии поля происходит поляризация макромолекул тканей и ориентация их параллельно электрическим силовым линиям, что может привести к изменению их свойств: нарушению функций сердечно-сосудистой системы и обмена веществ, уменьшению количество эритроцитов в крови.
Субъективные критерии отрицательного воздействия полей — головные боли, повышенная утомляемость, раздражительность, ухудшение зрения, снижение памяти.
Степень воздействия ЭМП на организм человека зависит от диапазона частот излучения, интенсивности воздействия, продолжительности, характера и режима облучения, размера облучаемой поверхности и особенностей организма.
Длительное воздействие электромагнитного поля промышленной частоты может вызвать нарушения нервной и сердечно-сосудистой систем, выражающиеся в повышенной утомляемости, сильных болях в области сердца, изменении кровяного давления и пульса. Аналогично воздействие поля при высоких и ультравысоких частотах радиодиапазона, так как размеры тела человека малы по сравнению с длиной волны.
Наиболее биологически активен диапазон сверхвысокочастотного (СВЧ) и мягкого рентгеновского излучения, менее активны длинные и средние волны — диапазоны ультравысокой (УВЧ) и высокой (ВЧ) частоты. Облучение радиоволнами СВЧ может привести к перегреву отдельных органов, что обусловит нарушение, например, функционирования желудочно-кишечного тракта.
Функциональные нарушения, вызванные биологическим действием электромагнитных полей, обратимы, если вовремя исключить воздействие излучения и улучшить условия труда.
Меры защиты от воздействия электромагнитных полей
В зависимости от условий работы персонала, класса напряженности и местонахождения источников электромагнитных полей (воздушные линии электропередачи (ВЛ), открытые распределительные устройства (ОРУ), электрофизические установки и др.) применяют различные методы защиты: временем или расстоянием; выбором оптимальных геометрических параметров ВЛ и ОРУ, применением заземленных тросов, экранированием устройств, применением экранирующей одежды.
Защита временем достаточно подробно рассмотрена при нормировании полей: время пребывания человека в поле ограничивается, если его напряженность превышает 5 кВ/м для электрических полей промышленной частоты. Защита расстоянием связана с уменьшением напряженности при удалении от источника. Пространство у токоведущих частей, в котором напряженность поля более 5 кВ/м, называется зоной влияния. В отдельных случаях возможна комбинированная защита временем и расстоянием. В частности, допускается работать на земле в зоне влияния ВЛ напряжением 400...500 кВ без ограничения времени в пределах 20 м от оси опоры любого типа и не более 90 минут при работе в пролете; в зоне влияния ВЛ напряжением 750 кВ — не более 180 минут в пределах 30 м от оси промежуточной опоры и не более 10 минут при работе в пролете или вблизи анкерной опоры.
Одним из практических способов уменьшения действия поля на персонал, обслуживающий ОРУ, является снижение напряженности поля с помощью заземленных тросов, которые подвешиваются в рабочей зоне под токоведущими проводами. Например, применение заземленных тросов, подвешенных на высоте 2,5 м над землей под фазами соединительных шин ОРУ напряжением 750 кВ, уменьшает потенциал в рабочей зоне на высоте 1,8 м, т.е. на уровне роста человека, с 30 до 13 кВ.
Организационные мероприятия по защите от воздействия ЭМП в случаях интенсивного передвижения людей и животных в зоне линий электропередачи (ЛЭП), а также при производстве сельскохозяйственных работ вблизи ЛЭП заключаются в следующем.
1. Проход людей и животных под проводами можно осуществлять вблизи опор, оказывающих экранизирующее влияние. Так, для ВЛ напряжением 750 кВ напряженность электрического поля на расстоянии 2 м от опоры в 5-6 раз меньше, чем в середине пролета.
2. Необходимо применение экранирующих тросов или навесов, представляющих собой параллельные заземленные провода (диаметр 5... 10 мм, расстояние между проводами 0,2...0,4 м), которые натянуты на специальные заземленные стойки.
3. Для указания запрещенной зоны и места безопасного прохода людей следует на опорах или специальных стойках устанавливать предупреждающие плакаты.
4. Сельскохозяйственные работы вблизи ВЛ должны производиться только машинами и механизмами на гусеничном ходу, причем работы рекомендуется производить поперек трассы ВЛ, так как напряженность поля уменьшается в радиальном направлении.
5. Все сельскохозяйственные машины, работающие вблизи ВЛ, должны иметь металлические кабины или козырьки, надежно соединенные с рамой или корпусом машины.
Технические меры защиты. Основным техническим средством защиты работающих от воздействия ЭМП является экранирование — защита рабочих мест от источников электромагнитных излучений экранами, поглощающими или отражающими электромагнитную энергию. Выбор конструкции экрана зависит от характера технологического процесса, мощности источника излучения, диапазона волн.
Общее экранирование является наиболее эффективным методом защиты работающих от воздействия ЭМП. Лучшее решение данной проблемы — экранирование всех элементов установки одним кожухом-экраном, однако это не всегда осуществимо. Примером могут служить ВЧ-установки промышленного нагрева (в частности, индукционные печи).
Материал экрана выбирают с учетом требуемой степени ослабления излучения и допустимых потерь мощности в экране. Для изготовления экранов используют материалы с высокой электропроводимостью — медь, латунь, алюминий, сталь. Сетчатые экраны менее эффективны, чем сплошные, но они удобны в эксплуатации и применяются в тех случаях, когда необходимо ослабление плотности потока энергии. В качестве отражающего материала применяют также оптически прозрачное стекло, покрытое диоксидом олова: этот материал используется для окон кабин, камер.
Поглощающие магнитодиэлектрические пластины изготовляют из материалов с плохой электропроводимостью: прессованных листов резины или пластин из пористой резины, наполненной карбонильным железом. Их используют для экранирования как источника излучения, так и рабочего места. В последнем случае экраны выполняются в виде переносных или стационарных щитов с покрытием со стороны источника излучения.
Снижение напряженности электромагнитного поля в рабочей зоне достигается за счет правильного определения рабочего места: оно должно располагаться с учетом экранирования и на необходимом удалении от источника излучения, чтобы предотвратить переоблучение персонала. Возможно дистанционное управление установками из экранированных камер или отдельных помещений. Рабочее место следует располагать в зоне минимальной интенсивности облучения, однако по условиям технологического процесса это не всегда приемлемо.
Средства индивидуальной защиты. Для индивидуальной защиты работающих применяют комбинезоны и халаты из металлизированной ткани, осуществляющие защиту человека по принципу сетчатого экрана. Для защиты глаз используют очки, вмонтированные в капюшон или выполненные отдельно. Для защиты от полей промышленной частоты также используют спецобувь и средства защиты головы, рук и лица. Однако вследствие их малого удобства эти средства используются, как правило, только в особых случаях (при ремонтных работах, в аварийных ситуациях и т.п.).