Овчаренко А.Г. Безопасность жизнедеятельности человека в электромагнитных полях
Подождите немного. Документ загружается.
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 – ЭЭ
E
, энергетической экспозицией по
напряженности магнитного поля – ЭЭ
H
и энергетической экспозицией
по плотности потока
энергии – ЭЭ
ППЭ
. Предельно допустимые значения указаны в таблице 9.
Таблица 9 – Предельно допустимые значения ЭЭ [1]
Частота ЭЭ
Е
, (В/м)
2
ч ЭЭ
Н
, (А/м)
2
ч
ЭЭ
ППЭ
,
(мкВт/см
2
)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 Е
э
, Н
э
, ППЭ
э
в той же точке при
наличии экрана:
.%100%;100%;100
ЭЭЭ
ППЭ
ППЭ
Э
Н
Н
Э
Е
Е
Э
(10)
31
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:
,
2
;
2
rr
(11)
где
r
– расстояние от источника.
Обычно считают, что расстояние от источника, не большее длины
волны, – зона индукции. Например, для частот 10
9
и 10
6
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
,
ˆ
th5,01lg20
ˆ
chlg20
2
1
1
2
hk
z
z
z
z
hke
(12)
где h – толщина экрана, мм;
k
ˆ
– коэффициент распространения, мм
-1
;
z
1
– импеданс среды электромагнитному полю, Ом;
z
2
– импеданс материала экрана электромагнитному полю, Ом.
Для вакуума импеданс равен
120
0
0
0
z
(Ом), (13)
где
0
и
0
– соответственно электрическая и магнитная
постоянные:
129
0
1085,810361
Ф/м,
7
0
104
Гн/м.
В таблице 10 приведены ориентировочные значения коэффициента
распространения
k
ˆ
и импеданса для металлов
2
z
, наиболее часто
применяемых для экранирования электромагнитных полей.
Более сложно определяется импеданс z
1
. В зоне излучения
импеданс диэлектрической среды – воздуха – будет равен (для воздуха
32
00
,
)
377
00111
z
Ом. Однако в зоне
индукции импеданс z
1
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 Электричес
кая
проводимос
ть
,10
6
См/м
Магнитн
ая
проницае
мость,
0
Коэффициент
распространени
я
,
ˆ
k
мм
-1
Импеданс
,
2
z
Ом
Медь 57,1 1
f
3
102,21
f
6
10372,0
Алюмини
й
34,5 1
f
3
104,16
f
6
10478,0
Сталь 7,2 100
f
3
104,75
f
6
1047,10
Свинец 4,8 1
f
3
102,6
f
6
1028,1
Примечания
– круговая частота,
– абсолютная диэлектрическая проницаемость,
– абсолютная магнитная проницаемость,
– удельная проводимость среды
Рисунок 3 – Конструкции экранов
С учетом формы экрана импеданс z
1
записывается в
виде
mrz
11
1
при экранировании электрического поля;
mrz
11
при экранировании магнитного поля,
(14)
где m=2 при
2Lr
для плоского экрана;
33
m=1 при
r
для цилиндрического экрана;
21m
при
rr
для сферического экрана.
При экранировании магнитного поля необходимо учитывать
особенности материала, из которого изготовлен экран. Обычно для
магнитных материалов (сталь, пермаллой, феррит)
2112
zzzz
, а
для немагнитных материалов (медь, алюминий, свинец)
2112
zzzz
.
При условии, что на относительно низких частотах
электромагнитного поля (f<10
4
Гц)
,1
ˆ
ch,1
ˆ
hkhk
hkhk
ˆˆ
thа
для защитных устройств из магнитных металлов
эффективность экранирования рассчитывается по формуле
.
2
1
1lg20
1
2
r
h
m
e
(15)
Она не зависит от частоты поля.
Для защитных устройств из немагнитных металлов
эффективность экранирования рассчитывается по формуле
.
2
1lg10
21
hr
m
e
(16)
Эта эффективность зависит от частоты и при частоте
0
тоже
стремится к нулю.
В области относительно высоких частот (10
4
< f, Гц <10
9
)
эффективность экранирования удобно определять по формуле
.
4
1
lg20
2
686,8
1
2
222
zhe
(17)
В области СВЧ, охватывающей дециметровые, сантиметровые и
миллиметровые волны (
109
10...10f
Гц), длина волны
соизмерима с диаметром экрана d, т.е.
d
, 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
,686,8
2
lg10
2
1
BA
z
z
e
(18)
где импеданс z
1
определяется по формулам (14);
34
222
z
;
слагаемое A и множитель В учитывают негерметичность экрана;
;5,01
2
lg20
6
1
31
1
k
rk
A
,2 hB
(19)
где
31
62,0 Vr
– эквивалентный радиус экрана любой
геометри-
ческой формы (V – внутренний объем экрана, мм
3
), мм;
– наибольший размер отверстия (щели) в экране, мм;
001
k
.
Эффективность экранирования электрического поля при
использовании проволочных сеток
CAzze 686,8lg10
21
, (20)
где A – то же, что и в выражении (19), а множитель С и величину z
2
при заданном диаметре провода d и шаге s сетки рассчитывают по
формулам
,dsdC
hz
22
1
,
где
sdh 4
2
– 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
,9,11lg10
21
Azze
(21)
где
hz
22
1
.
Эффективность экранирования сотовыми решетками зависит
вплоть до сантиметрового диапазона от отношения глубины к ширине
ячейки.
Ориентировочно эффективность
,lg2027 ne
М
(22)
где
и
М
– глубина и максимальный поперечный размер ячейки
со
товой решетки;
n – число ячеек.
35
2 ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА «Безопасность при
воздействии электромагнитного поля»
Цель работы: освоение гигиенического нормирования и
методики расчета эффективности экранирования магнитного,
электрического и электромагнитного полей.
Выполнение работы:
– изучить принцип нормирования электрических, магнитных и
электромагнитных полей;
– изучить методику расчета эффективности экранирования
магнитных, электрических и электромагнитных полей;
– выполнить задания.
Задание 1
Определите допустимое время пребывания человека в
электрическом поле с напряженностью 3, 15 и 30 кВ/м.
Задание 2
Определите эффективность экранирования электромагнитного
поля с частотой колебаний f=50 кГц плоским экраном без отверстий,
выполненным из алюминия (L=300 мм, h=1 мм).
36
3 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Дайте определение электрического, магнитного и
электромагнитного полей.
2. Какие характеристики имеют электрические и магнитные поля?
3. На какие зоны разделяют распространяющуюся в пространстве
электромагнитную волну?
4. Какие виды электромагнитного поля существуют?
5. Что относят к основным источникам электромагнитных полей?
6. Какие поля создают линии электропередач?
7. В чем заключается вредность использования устройств
мобильной связи?
8. Как влияют электромагнитные поля на различные
функциональные системы человеческого организма?
9. Приведите основные методы защиты от электромагнитных полей.
10.Какие параметры электромагнитных полей определяются при
гигиеническом контроле?
11.Для каких диапазонов частот существуют отечественные
гигиенические нормативные документы?
12.Как осуществляется нормирование полей промышленной
частоты?
13.Что является основной характеристикой устройства,
экранирующего электромагнитное поле?
14.Из каких материалов возможно изготовление экрана?
37
ЛИТЕРАТУРА
1. Аполлонский, С.М. Безопасность жизнедеятельности человека
в электромагнитных полях: учебное пособие / С.М. Аполлонский,
Т.В. Каляда, Б.Е. Синдаловский. – СПб.: Политехника, 2006. – 263 с.: ил.
2. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов / под общ.
ред. С.В. Белова. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 1999. – 448 с.: ил.
3. Зотов, Б.И. Безопасность жизнедеятельности на производстве:
учеб. пособие для вузов / Б.И. Зотов, В.И. Курдюмов. – М.: КолосС,
2002. – 432 с.: ил.
38
Овчаренко Александр Григорьевич
Козлюк Андрей Юрьевич
БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Редактор Идт Л.И.
Технический редактор Сазонова В.П.
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
655099, г. Барнаул, пр-т. Ленина, 46
Оригинал-макет подготовлен ИИО БТИ АлтГТУ.
Отпечатано на ИИО БТИ АлтГТУ.
659305, г. Бийск, ул. Трофимова, 29.
39