Источники электромагнитных полей статического электричества, теплового излучения на предприятиях Исполнитель

Источники электромагнитных полей статического электричества, теплового излучения на предприятиях

План:

1. Характеристики ЭМП.

2. Источники ЭМП и классификация электромагнитных излучений.

3. Электромагнитное поле Земли – необходимое условие жизни человека.

4. Опасность статического электричества.

5. Действие электромагнитных полей от техногенных источников на организм человека.

6. Нормирование ЭМП промышленной частоты и статических полей.

7. Нормирование электромагнитных полей радиочастот.

8. Защита от статического электричества.

9. Методы и средства защиты от воздействия ЭМП.

 {spoiler=Подробнее}

Цель занятия: Прояснить характер действия, источники электромагнитных полей. Указать опасности статического электричества и какие существуют средства защиты от него. На какие радиочастоты нормируются ЭМП.

1. Характеристики ЭМП.

         Электромагнитное поле (ЭМП) представляет особую форму материи. Всякая электрически заряженная частица окружена электромагнитным полем.

Электромагнитное поле может существовать и в свободном состоянии в виде движущихся со скоростью 3*10⁸ м/с фотонов или в виде излученного электромагнитного поля (электромагнитных волн).

Движущееся ЭМП (электромагнитное излучение – ЭМИ) характеризуется векторами напряженности электрического Е, В/м и магнитного Н, А/м полей, которые характеризуют силовые свойства ЭМП.

В электромагнитной волне векторы Е и Н всегда взаимно перпендикулярны. В вакууме и воздухе Е = 377 Н. Длина волны λ, частота колебаний f и скорость распространения электромагнитных волн в воздухе с связаны соотношением с = λf. Например, для промышленной частоты f = 50 Гц длина волны λ =3*10⁸/50 = 6000 км, а для ультракоротких частот λ = 3*10⁸ Гц длина волны равна 1 м.

В ЭМП существуют три зоны, которые различаются по расстоянию от источника.

Зона индукции I (ближняя зона) имеет радиус, равный R ≤ λ/2π. В этой зоне электромагнитная волка не сформирована и поэтому на человека действует независимо друг от друга напряженность электрического и магнитного полей.

Зона интерференции II (промежуточная) имеет радиус λ/2π < R <2 πλ. В этой зоне одновременно воздействуют на человека напряженность электрического, магнитного поля, а также энергетическая составляющая.

Зона излучения III (дальняя), имеющая радиус R ≥ 2πλ, характеризуется тем что эта зона сформировавшейся электромагнитной волны. В этой зоне на человеке воздействует только энергетическая составляющая.

Для токов промышленных частот размер зон I и II составляет несколько десятков километров. Начиная со сверхвысоких частот, зона индукции уменьшается и оценка осуществляется по характеристике S, для которой в нормативных документах принято название – плотность потока энергии (ППЭ), хотя фактически это плотность потока мощности, Bт/м², которая в общем виде определяется векторным произведением Е и Н, а для сферических волн при распространении в воздухе может быть выражена как

,    (2.13)

где Р, Вт, - мощность излучения.

2. Источники ЭМП и классификация электромагнитных излучений.

Естественными источниками электромагнитных полей и излучений являются: атмосферное электричество, радиоизлучения солнца и галактик, электрическое и магнитное поля Земли. Все промышленные и бытовые электро- и радиоустановки являются источниками искусственных полей и излучений разной интенсивности.

Электростатические поля возникают при работе с легко электризующимися материалами и изделиями, при эксплуатации высоковольтных установок постоянного тока.

Источниками постоянных магнитных полей являются: электромагниты с постоянным током, магнитопроводы в электрических машинах и аппаратах.

Источниками электрических полей промышленной частоты (50 Гц) являются: линии электропередач и открытые распределительные устройства; коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, а также все высоковольтные установки промышленной частоты.

Магнитные поля промышленной частоты возникают вокруг любых электроустановок и токопроводов промышленной частоты. Чем больше ток, тем выше интенсивность магнитного поля.

Источниками электромагнитных излучений радиочастот являются мощные радиостанции, антенны, генераторы сверхвысоких частот, установки индукционного нагрева, радары, измерительные и контролирующие устройства, исследовательские установки, высокочастотные приборы и устройства, используемые в промышленности, в медицине и в быту. Источником электростатического поля и электромагнитных излучений в широком диапазоне частот (сверх- и инфранизкочастотном, радиочастотном, инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, рентгеновском) являются персональные электронно-вычислительные машины (ПЭВМ) и видеодисплейные терминалы (ВДТ) на электронно-лучевых трубках, используемые как в промышленности, научных исследованиях, так и в быту. Главную опасность для пользователей представляет электромагнитное излучение монитора в диапазоне частот 5 Гц -400 кГц и статический электрический заряд на экране.

В табл. 3 представлен весь спектр электромагнитных излучений.

Таблица 3

Спектр электромагнитных излучений

3. Электромагнитное поле Земли – необходимое условие жизни человека.

Жизнь на нашей планете возникла в тесном взаимодействии с электромагнитными излучениями и, прежде всего, с электромагнитным полем Земли. Человек приспособился к земному полю в процессе своего развития, и оно стало необходимым условием нашей жизни. Изменение интенсивности естественных полей может сказаться на биологических процессах.

Электромагнитная сфера нашей планеты определяется в основном электрическим (Е = 120-150 В/м) и магнитным (Н = 24-40 А/м) полями Земли, атмосферным электричеством, радиоизлучением Солнца и галактик, а также полями искусственных источников. Каждый из диапазонов электромагнитных излучений по-разному влияет на развитие живого организма. В частности, ЭМИ светового диапазона (с длиной волн 0,39-0,76 мкм) не только играют огромную роль как сильный физиологический фактор биоритмики живого, но и оказывают мощное информационное воздействие на организм через органы зрения или другие световые рецепторы.

Если естественное поле Земли необходимо для жизни человека, а слабые искусственные ЭМП неоднозначно воздействуют на живой мир, нередко оказывая благоприятное влияние, то можно считать доказанным вредное воздействие сильных полей на животных и человека, которое выражается у людей прежде всего в нарушениях функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем.

Электромагнитное загрязнение среды населенных мест стало столь существенным, что ВОЗ включила эту проблему в число наиболее актуальных для человека.

4. Опасность статического электричества.

Основная опасность, создаваемая электризацией различных материалов, состоит в возможности искрового разряда как с диэлектрической наэлектризованной поверхности, так и с изолированного проводящего объекта.

Разряд статического электричества возникает тогда, когда напряженность электрического поля над поверхностью диэлектрика или проводника, обусловленная накоплением на них зарядов, достигает критической (пробивной) величины. Для воздуха эта величина составляет примерно 30 кВ/м.

Воспламенение горючих смесей искровыми разрядами статического электричества произойдет, если выделяющаяся в разряде энергия будет выше минимальной энергии зажигания горючей смеси, т.е. условием электростатической искробезопасности объекта является:

,           (2.14)

Где W_p – максимальная энергия разрядов, Дж;

K – коэффициент безопасности, выбираемый из условий допустимой (безопасной) вероятности зажигания (К<1,0);

W_min – минимальная энергия зажигания веществ и материалов, Дж.

Энергия, в Дж, выделяемая в искровом разряде с заряженной проводящей поверхности:

,          (2.15)

где С — электрическая емкость проводящего объекта относительно земли, Ф;

φ – потенциал заряженной поверхности относительно земли, В.

Электростатическая искробезопасность объектов достигается снижением W_p, a также снижением чувствительности объектов и окружающей их среды к зажигающему воздействию статического электричества (увеличением W_min).

Энергию разряда определяют экспериментально. Минимальная энергия зажигания горючих смесей зависит от природы веществ и также определяется экспериментально. Ниже приведены минимальные энергии зажигания W_min, мДж, некоторых паро- и газовоздушных смесей (табл. 4). Указанные значения минимальной энергии зажигания достигаются для большинства паро- и газовоздушных смесей при напряжении 3000 В, а при 5000 В искровой разряд может вызвать воспламенение большей части горючих пылей и волокон.

Таблица 4

Минимальные энергии зажигания некоторых паро- и газовоздушных смесей

В ряде случаев электрический разряд с незаземленного объекта через тело человека на землю может вызвать нежелательные болевые и нервные ощущения и быть причиной непроизвольного резкого движения человека, в результате которого он может получить механическую травму.

5. Действие электромагнитных полей от техногенных источников на организм человека.

Степень воздействия ЭМП на человека зависит от частоты, напряжен­ности электрического и магнитного полей, интенсивности потока энергии, локализации излучения и индивидуальных особенностей организма. Длительное воздействие электрического поля на организм человека может вызвать нарушение функционального состояния нервной и сердечно сосудистой систем. Это выражается в повышенной утомляемости, болях в области сердца, изменении кровяного давления и пульса. Возможны также незначительные и нестойкие изменения в составе крови.

Под влиянием высокочастотных колебаний в крови, являющейся электролитом, возникают ионные токи, вызывающие нагрев тканей тела человека. При определенной интенсивности излучения, называемой тепловым порогом, организм может не справиться с образующимся теплом.

6. Нормирование ЭМП промышленной частоты и статических полей.

Допустимые уровни воздействия на работников и требования к проведению контроля на рабочих местах для электрических полей промышленной частоты изложены в ГОСТ 12.1.002-84, а для электромагнитных полей радиочастот – в ГОСТ 12.1.006-84.

Для электростатических полей, согласно ГОСТ 12.1.045-84, устанавливается допустимая напряженность поля на рабочих местах по формуле:  кВ/м, где t =1 – 9 ч.

В соответствии с этим стандартом предельное значение напряженности поля Е_пду, при которой допускается работать в течение часа, равно 60 кВ/м. В течение рабочей смены разрешается работать без специальных мер защиты при напряженности 20 кВ/м.

Для определения допустимого времени работы в электростатическом поле без защитных мер в зависимости от фактической напряженности Е_факт следует пользоваться формулой: Т_доп = (Т_пду/Е_факт)².

Для электрического поля промышленной частоты в соответствий с ГОСТ 12.1.002-84; а также СанПиН № 5802-91 «Санитарные нормы и правила выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты (50 Гц)» допускается пребывание персонала без специальных средств защиты в течение всего рабочего дня в электрическом поле напряженностью до 5 кВ/м. В интервале свыше 5 кВ/м до 20 кВ/м включительно допустимое время пребывания Т,ч, определяется по формуле: Т = 50/E – 2, где Е – напряженность воздействующего поля в контролируемой зоне, кВ/м. При напряженности поля свыше 20 кВ/м до 25 кВ/м время пребывания персонала в поле не должно превышать 10 мин.

Внутри жилых зданий принято Е_пду – 0,5 кВ/м, на территории зоны жилой застройки – 1 кВ/м.

Для постоянных магнитных полей в соответствии с СН 1742-77 установлена напряженность поля Н_пду = 8 кА/м в течение рабочей смены при работе с магнитными установками и магнитными материалами.

Для магнитных полей промышленной частоты в соответствии с СН 3206-85 нормируется предельно допустимая напряженность поля Н_пду в зависимости от характера воздействия (непрерывного или прерывистого) общего времени Т воздействия в течение рабочего дня.

7. Нормирование электромагнитных полей радиочастот.

Допустимые уровни воздействия на работников и требования к проведению контроля на рабочих местах для электромагнитных полей радиочастот изложены в ГОСТ 12.1.006-84 и СаНПиН 2.2.4/2.5.8.055-96.

Оценка воздействия на человека электромагнитных полей радиочастот осуществляется по следующим параметрам:

По энергетической экспозиции, которая определяется интенсивностью ЭМИ РЧ и временем его воздействия на человека. Оценка по энергетической экспозиции применяется для лиц, работа или обучение которых связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния источников ЭМИ РЧ (кроме лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности) при условии прохождения этими лицами в установленном порядке предварительных и периодических медицинских осмотров по данному фактору и получения положительного заключения по результатам медицинского осмотра.

По значениям интенсивности; такая оценка применяется для лиц, работа или обучение которых не связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния источников ЭМИ РЧ, для лиц, не проходящих предварительных при поступлении на работу и периодических медицинских осмотров по данному фактору или при наличии отрицательного заключения по результатам медицинского осмотра; для работающих или учащихся лиц, не достигших 18 лет, для женщин в состоянии беременности; для лиц, находящихся в жилых, общественных и служебных зданиях и помещениях, подвергающихся воздействию внешнего ЭМИ РЧ (кроме зданий и помещений передающих радиотехнических объектов); для лиц, находящихся на территории жилой застройки и в местах массового отдыха.

В диапазоне частот 30 кГц – 300 МГц интенсивность ЭМИ РЧ оценивается значениями напряженности электрического поля (Е, В/м) и напряженности магнитного поля (Н, А/м).

В диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц интенсивность оценивается значениями плотности потока энергии (ППЭ, Вт/м², мкВт/см²).

Энергетическая экспозиция (ЭЭ) в диапазоне частот 30 кГц – 300 МГц определяется как произведение квадрата напряженности электрического или магнитного поля на время воздействия на человека.

ЭЭ, создаваемая электрическим полем, равна: ЭЭ_Е=Е²Т (В/м)²ч.

ЭЭ, создаваемая магнитным полем, равна: ЭЭ_н=Н²Т (А/м)²ч.

Предельно допустимые значения интенсивности ЭМИ РЧ (E_пду, H_пду, ППЭ_пду) в зависимости от времени воздействия в течение рабочего дня (рабочей смены) и допустимое время воздействия в зависимости от интенсивности ЭМИ РЧ определяются по формулам:

Е_пду = (ЭЭ_нпд/Т)^1/2,         Т = ЭЭ/Е²;

Н_пду = (ЭЭ_нпд/Т)^1/2,         Т = ЭЭ/Н²;

ППЭ_пду = ЭЭ_ппэпд/Т,  Т = ЭЭ_ппэпд/ППЭ.

Одновременное воздействие электрического и магнитного полей в диапазоне частот 0,06 – 3 МГц считается допустимым при условии

(ЭН_Е)/(ЭН_Епду) + (ЭН_Н)/(ЭН_Нпду) < 1,

Предельно допустимую плотность потока энергии в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц на рабочих местах персонала устанавливают исходя из допустимого значения энергетической нагрузки W на организм и времени пребывания в зоне облучения. Предельно допустимая плотность потока энергии определяется по формуле

ППЭ = W/T,

где W – нормированное значение допустимой энергетической нагрузки на организм, равное 2 Вт/м² для всех случаев облучения, исключая облучение от вращающихся и сканирующих антенн, и 20 Вт/м для облучения от вращающихся и сканирующих антенн; Т – время пребывания в зоне облучения, ч.

Независимо от продолжительности воздействия, интенсивность не должна превышать максимальных значений (например, 1000 мкВт/см² (10 Вт/м²) для диапазона частот 300 МГц – 300 ГГц).

Предельно допустимые значения (согласно санитарным нормам) электрического поля и плотности потока энергии на территории жилой застройки, а также на рабочих местах лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности представлены в табл. 5.

Таблица 5

Предельно допустимые значения электрического поля и плотности потока энергии

Предельно допустимая ППЭ при эксплуатации микроволновых печей не должна превышать 0,1 Вт/м² при трехкратном ежедневном облучении по 40 мин и общей длительности облучения не более 2 ч в сутки.

Согласно «Временным допустимым уровням воздействия ЭМИ, создаваемых системами сотовой радиосвязи» ГН 2.1.8/2.2.4.019-94, допустимый уровень облучения пользователя сотового телефона не должен превышать 1 Вт/м².

Для обеспечения безопасности работ с источниками электромагнитных волн производится систематический контроль фактических значений нормируемых параметров на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала. Контроль осуществляется путем измерения напряженности электрического и магнитного полей, а также плотности потока энергии по утвержденным методикам Министерства здравоохранения УЗбекистана.

8. Защита от статического электричества.

Устранение опасности возникновения электростатических зарядов достигается заземлением, повышением поверхностной проводимости диэлектриков, ионизацией воздушной среды, уменьшением электризации горючих жидкостей.

Заземление используется для производственного оборудования и емкостей для хранения легковоспламеняющихся и горючих жидкостей. Значение сопротивления заземляющего устройства, предназначенного для защиты от статического электричества, допускается до 100 Ом.

Поверхностная проводимость диэлектриков повышается при увеличении влажности воздуха или применении антистатических примесей. При относи­тельной влажности воздуха 85% и более электростатических зарядов обычно не возникает. Антистатические вещества (графит, сажа) вводят в состав резинотехнических изделий, из которых изготовляют шланги для налива и перекачки легковоспламеняющихся жидкостей, что резко снижает опасность воспламенения этих жидкостей при переливании их в передвижные емкости (цистерны). Металлические наконечники сливных шлангов во избежание проскакивания искр на землю дополнительно заземляют. Ионизация воздуха приводит к увеличению его электропроводности, при этом происходит нейтрализация поверхностных зарядов ионами противоположного знака.

Уменьшение электризации горючих и легковоспламеняющихся жидкостей достигается повышением электропроводности жидкости, введением в нее антистатических добавок, снижением скорости движения жидкостей – диэлектриков.

Для защиты работающих от статического заряда, который может накапливаться на них за счет емкости пола, равной примерно 200-250 пФ, используют обувь с электропроводящей подошвой. При работах сидя применяют статические халаты в сочетании с электропроводной подушкой стула или электропроводные браслеты, соединенные с заземляющим устройством через сопротивление 10⁵ – 10⁷ Ом.

9. Методы и средства защиты от воздействия ЭМП.

Применяют следующие способы и средства защиты или их комбинации:

- защита временем;

- защита расстоянием;

- уменьшение параметров излучения в самом источнике излучения;

- экранирование источника излучения;

- экранирование рабочего места;

- рациональное размещение установок в рабочем помещении;

- рациональные режимы эксплуатации установок и работы персонала;

- применение предупреждающей сигнализации (световая, звуковая);

- выделение зон излучения;

- применение средств индивидуальной защиты.

Зашита временем предусматривает ограничение времени пребывания человека в рабочей зоне, если интенсивность облучения превышает нормы, установленные при условии облучения в течение смены, и применяется, когда нет возможности снизить интенсивность облучения до допустимых значений другими способами.

Защита расстоянием применяется, когда невозможно ослабить интенсивность облучения другими мерами, в том числе и сокращением времени пребывания человека в опасной зоне. В этом случае увеличивают расстояние между источником излучения и обслуживающим персоналом. Защита расстоянием может применяться как в производственных условиях, так и в условиях населенных мест. Этот вид защиты основан на быстром уменьшении интенсивности поля с расстоянием. В ближайшей зоне напряженности электрической и магнитной составляющих поля убывают в зависимости от расстояния следующим образом:

,    (2.16)

где i – ток в проводнике, А; l - длина проводника, м; ε – диэлектрическая проницаемость среды, Ф/м; ω – угловая частота поля, ω = 2πf; f – частота поля, Гц; R – расстояние от точки наблюдения до источника излучения, м.

Уменьшение мощности излучения достигается регулировкой передатчика (генератора); его заменой на менее мощный, если позволяет технология работ, применением специальных устройств – аттенюаров, которые поглощают, отражают или ослабляют энергию на пути от генератора к антенне, внутри ее или при изменении угла направленности антенны.

Уменьшение излучения в источнике достигается за счет применения согласованных нагрузок и поглотителей мощности. Поглотители мощности, ослабляющие интенсивность излучения до 60 дБ (10⁶ раз) и более, представляют собой коаксиальные или волноводные линии, частично заполненные поглощающими материалами, в которых энергии излучения преобразуется в тепловую.

Эффективным средством защиты от воздействия электромагнитных излучений является экранирование источников излучения и рабочего места с помощью экранов, поглощающих или отражающих электромагнитную энергию. Выбор конструкции экранов зависит от характера технологического процесса, мощности источника, дипазона волн. Отражающие экраны используют в основном для защиты от паразитных излучений (утечки из цепей в линиях передачи СВЧ-волн, из катодных выводов магнетронов и других), а также в тех случаях, когда электромагнитная энергия не является помехой для работы генераторной установки или радиолокационной станции. В остальных случаях, как правило, применяются поглощающие экраны. Для изготовления отражающих экранов используются материалы с высокой электропроводностью (металлы или хлопчатобумажные ткани с металлической основой). Сплошные металлические экраны наиболее эффективны и уже при толщине 0,01 мм обеспечивают ослабление электромагнитного поля примерно на 50 дБ (в 100000 раз). Для изготовления поглощающих экранов применяются материалы с плохой электропроводностью, например, экраны в виде прессованных листов резины специального состава со сплошными или полыми шипами.

Важное профилактическое мероприятие по защите от электромагнитного облучения – рациональное размещение оборудования и создание специальных помещений, в которых должны находиться источники электромагнитного излучения. Экраны источников излучения на рабочих местах блокируются с отключающими устройствами, что позволяет исключить работу излучающего оборудования при открытом экране.

Заключение: Степень воздействия ЭМП на человека зависит от частоты, напряжен­ности электрического и магнитного полей, интенсивности потока энергии, локализации излучения и индивидуальных особенностей организма. Длительное воздействие электрического поля на организм человека может вызвать нарушение функционального состояния нервной и сердечно сосудистой систем. Это выражается в повышенной утомляемости, болях в области сердца, изменении кровяного давления и пульса. Возможны также незначительные и нестойкие изменения в составе крови.

Под влиянием высокочастотных колебаний в крови, являющейся электролитом, возникают ионные токи, вызывающие нагрев тканей тела человека. При определенной интенсивности излучения, называемой тепловым порогом, организм может не справиться с образующимся теплом.

Устранение опасности возникновения электростатических зарядов достигается заземлением, повышением поверхностной проводимости диэлектриков, ионизацией воздушной среды, уменьшением электризации горючих жидкостей.

Вопросы по теме:

1. Сколько существует зон в ЭМП и как они различаются?

2. Назовите основные источники ЭМП?

3. Какие существуют методы и средства защиты от воздействия ЭМП?

Используемая литература:

1. «Справочная книга по охране труда в машиностроении» В.Г.Бектобеков, Н.Н.Борисова, В.И.Коротков;

2. «Безопасность жизнедеятельности» С.В.Белов.

{/spoilers}