Тема 7. Электромагнитные поля и излучения. Защита от неионизирующих электромагнитных излучений.

Токи высокой частоты создают в воздухе излучения, имеющие ту же элек­тромагнитную природу, что и инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рен­тгеновские и гамма-лучи. Различие между этими видами энергии – в длине волны (и частоте колебаний), а значит, в величине энергии кванта, составляю­щего электромагнитное поле.

По происхождению электромагнитные излучения могут быть природными или техногенными. К природным электромагнитным полям (ЭМП) относятся магнитные поля Земли, радиоизлучения Солнца и галактик, атмосферные разряды, к техногенным – ЭМП источниками которых являются линии электропередачи, телевизионные и радиолокационные станции, антенны радиосвязи, печи СВЧ, электросварка и др.

Известно, что мировые энергоресурсы удваиваются каждые 10 лет, а ЭМП в электроэнергетике за это время возрастают втрое.

Электромагнитное поле – область распространения электро­магнитных волн. Электромагнитное поле характеризуется частотой излучения f, Гц, или длиной волны λ, м.

Электромагнитная волна распространяется в воздухе со скоро­стью с = 300000 км/с, а связь между длиной и частотой элек­тромагнитной волны определяется зависимостью λ=c/f.

Электромагнитное поле как совокупность переменных электрического и магнитного полей оценивается векторами элек­трической напряженности Е, В/м, и магнитной напряженности Н, А/м.

Фазы колебания векторов Е и Н происхо­дят во взаимно-перпендикулярных плоскостях.

Энергия ЭМП определяется плотностью по­тока энергии ППЭ = ЕН, Вт/м², которая показы­вает, какое количество электромагнитной энергии передается за 1 с сквозь площадь в 1 м², перпен­дикулярную к направлению движения волны.

Переменное магнитное поле частотой 50 Гц (СанПиН 2.2.4.11–25–2003) и постоянное маг­нитное поле (СН 9–85 РБ 98) характеризуются следующими параметрами: магнитной индук­цией В, Тл (тесла); потоком магнитной индук­ции – Ф, Вб (вебер); напряженностью — Н, А/м (ампер на метр).

Магнитная индукция В, Тл – величина, численно равная силе, с которой магнитное поле действует на проводник длиной в 1 м с проте­кающим по нему током в 1 А и определяется: B = F/I·l,

где F – сила, действующая на проводник с то­ком, А; I – сила тока в проводнике, А; l – дли­на проводника, м.

Поток магнитной индукции Ф, Вб – фи­зическая величина, характеризующая количест­во магнитной индукции, воздействующее на еди­ницу площади поверхности:

Ф = S·B cos α,

где S – площадь поверхности тела, м²; α – угол между направлением действия магнитной индук­ции и нормалью к поверхности.

Напряженность Н, А/м – характеризует магнитное поле и оп­ределяется по выражению:

H= B/μ_А,

где μ_А – абсолютная магнитная проницаемость.

Величина абсолютной магнитной проницаемости определяется:

μ_А= μ_0· μ

где μ₀ = 4π·10^-7 Гн/м – магнитная постоянная; μ – магнитная проницаемость среды.

Источники электромагнитных полей на производстве

К источникам ЭМП на производстве относятся:

• изделия, специально созданные для излучения электромаг­нитной энергии: радио- и телевизионные вещательные станции, ра­диолокационные установки, физиотерапевтические аппараты, систе­мы радиосвязи, технологические установки в промышленности;

• устройства, не предназначенные для излучения электромаг­нитной энергии в пространство, но в которых при работе протекает электрический ток: системы передачи и распределения электроэнер­гии (линии электропередачи, трансформаторные и распределитель­ные подстанции) и приборы, потребляющие электроэнергию (электро­двигатели, электроплиты, холодильники, телевизоры и т.п.).

Электростатические поля создаются в энергетических установ­ках и при электротехнических процессах. В зависимости от источни­ков образования они могут существовать в виде собственно электро­статического поля (поля неподвижных зарядов) или стационарного электрического поля (электрическое поле постоянного тока).

В промышленности ЭСП широко используются для электрогазо­очистки, электростатической сепарации руд и материалов, электро­статического нанесения лакокрасочных и полимерных материалов.

Статическое электричество образуется при изготовлении, транспортировке и хранении диэлектрических материалов, в помеще­ниях вычислительных центров, на участках множительной техники. Электростатические заряды и создаваемые ими электростатические поля могут возникать при движении диэлектрических жидкостей и некоторых сыпучих материалов по трубопроводам.

Магнитные поля создаются электромагнитами, соленоидами, ус­тановками конденсаторного типа, литыми и металлокерамическими магнитами и другими устройствами.

В ЭМП различаются три зоны, которые формируются на раз­личных расстояниях от источника ЭМИ.

Первая зона – зона индукции (ближняя зона) охватывает про­межуток от источника излучения до расстояния, равного примерно λ/2π ≈ 1/6λ. В этой зоне электромагнитная волна еще не сформиро­вана и поэтому электрическое и магнитное поля не взаимосвязаны и действуют независимо.

Вторая зона — зона интерференции (промежуточная зона) располагается на расстояниях примерно от λ/2π до 2π·λ. В этой зоне происходит формирование электромагнитной волны и на человека действует электрическое и магнитное поля, а также оказывается энергетическое воздействие.

Третья зона — волновая зона (дальняя зона) располагается на расстояниях свыше 2π·λ. В этой зоне электромагнитная волна сфор­мирована, электрическое и магнитное поля взаимосвязаны. На чело­века в этой зоне воздействует энергия волны.

Степень и характер воздействия электромагнитных полей на организм человека определяется: длиной волны, интенсивностью излучения, режимом облучения (непрерывный, прерывистый, импульсный), продолжительностью воздействия, размером облучаемой поверхности тела, индивидуальными особенностями че­ловека, комбинированным действием совместно с другими факторами производственной среды (повышенная температура окружающего воздуха, бо­лее +28 °С, наличие рентгеновского излучения, шум и др.).

Электромагнитные поля оказывают тепловое действие, приводят к струк­турным и функциональным изменениям в организме человека.

При воздействии электромагнитного поля на человека происходит поглоще­ние энергии поля тканями тела человека. При длине волны, соизмеримой с раз­мерами тела человека или его отдельного органа, образуются стоячие волны в живом организме, что приводит к концентрации тепловой энергии. Тепловое воздействие характеризуется повышением температуры тела, локальным избира­тельным нагревом ткани, а также отдельных органов и клеток. Особенно опасен нагрев для органов со слабой терморегуляцией (мозг, глаз, хрусталик глаза, органы кишечного тракта).

Электромагнитные поля изменяют ориентацию клеток или цепей молекул в соответствии с направлением силовых линий поля, ослабляют биохимическую активность белковых молекул, приводят к изменению структуры клеток крови, ее состава, эндокринной системы, вызывают помутнение хрусталика глаза (ка­таракту), трофические заболевания (выпадение волос, ломкость ногтей и др.), ожоги, омертвление тканей организма.