Электростатическое поле и его основные характеристики. Т

Образование электростатического поля может происходить вблизи работающих электроустановок, распределительных устройств, линий электропередачи и др.

Текстильная промышленность. Электростатические помехи в текстильном производстве обусловлены широким использованием химических волокон, обладающих высокими диэлектрическими свойствами и интенсификацией процессов их переработки. Образование электростатических зарядов вследствие электризации текстильных волокон наблюдается практически по всему технологическому циклу. Причиной возникновения электростатических зарядов в прядении и ткачестве является трение и контакт нитей между собой и нитепроводящей гарнитурой. Уровни напряженности электростатического поля на различных видах прядильного и ткацкого оборудования достигают 20-60 кВ/м и выше. Наиболее интенсивная генерация электростатических зарядов отмечается в отделочном производстве и на сушильно-ширильных, термофиксационных, печатных и других машинах. Основные места образования электростатических зарядов – каландр, накат и направляющие валики.

Уровни напряженности ЭСП могут превышать 120-160 кВ/м.

Деревообрабатывающая промышленность. Специфической особенностью технологического процесса в данной отрасли является использование древесины низкой влажности, электрофизические свойства которой определяются высокими значениями диэлектрической проницаемости и удельного электрического сопротивления. Все это способствует значительной электризации изделий из древесины при ее обработке и образованию ЭСП непосредственно в рабочей зоне. Основным опасным электростатическим оборудованием являются шлифовальные станки различных модификаций и полировальные станки. Уровни напряженности ЭСП могут быть до 120-140 кВ/м.

Целлюлозно-бумажная промышленность. При проведении технологического процесса основа для выпуска бумаги (целлюлоза, канифоль, парафин, древесная масса и др.) подвергается механической обработке в виде давления, перемещения и других операций, обусловливающих возникновение электростатических зарядов. Основные операции, где наблюдается электризация: сушка, отделка и намотка бумаги в рулоны; каландирование бумаги; перемотка бумаги на сортировочных станках. Наиболее интенсивная генерация электростатических зарядов имеет место при сходе полотна с холодного цилиндра и намотки в рулоны. Уровни напряженности ЭСП находятся в диапазоне 60-150 кВ/м.

Химическая промышленность. ЭСП образуются при производстве бумажного пластика, линолеума, шинного корда, полистирольных пленок; уровни напряженности ЭСП составляют 240-500 кВ/м. В процессе обработки пластмассовых застежек “молний” выявлены напряженности ЭСП от единиц до сотен кВ/м. Уровни напряженности на пультах управления при электростатической окраске изделий в изолированных камерах достигают 10 кВ/м. При строительстве высоковольтных линий электропередачи постоянного тока напряженностью 400, 750 и 1150 кВ расчетные величины напряженности ЭСП на уровне земли будут составлять 10-50 кВ/м.

Из приведенных материалов следует, что интенсивность воздействия ЭСП в условиях производства колеблется в широких пределах в зависимости от физико-химических свойств обрабатываемого материала, особенностей технологического процесса, климатических условий внешней среды, расположения человека и др.

Это, в свою очередь, определяет дифференцированный подход при разработке мероприятий по защите от статического электричества.

Биологическое действие электростатических полей

В связи с широким распространением на производстве и в быту и источников ЭСП большое внимание уделяется изучению его биологического действия на организм. Целью изучения, прежде всего, являются гигиенические аспекты действия ЭСП. В основном, изучение действия ЭСП на организм осуществлялось на животных.

В работе Ю.А. Холодова ЭСП напряженностью 250-500 кВ/м вызывали у кроликов реакцию десинхронизации продолжительностью в 3-4 сек., которая возникала лишь в момент включения и выключения поля. В других исследованиях ЭСП напряженностью 130 кВ/м после пятидневной экспозиции приводило к нарушениям электрической активности коры и глубоких структур мозга, что регистрировалось по данным ЭЭГ. Через 5 дней после прекращения воздействия электрическая активность возвращалась к нормальному уровню, что отражает, по-видимому, адаптационный характер вызываемых изменений.

Снижение возбудимости клеток коры головного мозга крыс происходило также при действии ЭСП напряженностью 40 кВ/м.

В то же время не было отмечено изменения условно-рефлекторной регуляции деятельности сердца при действии ЭСП напряженностью 10 кВ/м при различных экспозициях. Но при увеличении экспозиции ЭСП до 4-5 недель наблюдались значительные нарушения этой регуляции. Приведенные результаты по изучению вегетативных функций организма согласуются с данными В.И. Бута, который отметил влияние ЭСП на функциональную активность центров блуждающих нервов и снижение активности их нейронов.

Таким образом, показано, что ЭСП способно влиять на высшую нервную деятельность животных и вызывать функциональные сдвиги обратимого характера со стороны вегетативной нервной системы.

Много исследований о влиянии ЭСП различной напряженности (от 10 до 190 кВ/м) проведено Ф.Г. Портновым. Изучалось действие ЭСП на электрическую активность коры головного мозга, артериальное давление крови, функциональное состояние сердечной мышцы, состояние функции внимания, на свертывающую систему крови, холинэргическую активность крови, активность аминотрансфераз, содержание сульфгидрильных групп в крови, содержание адениловых нуклеотидов в эритроцитах крови, на некоторые показатели иммунобиологической резистентности. Наблюдались изменения этих показателей, свидетельствующие о понижении реактивности вегетативной нервной системы. Длительное пребывание животных в ЭСП вызывало адаптацию их к этому фактору.

Систематическое воздействие на организм человека электростатического поля высокой напряженности может вызвать функциональные изменения со стороны центральной нервной системы, сердечно-сосудистой, нейрогуморальной и других систем организма.

Степень воздействия ЭСП на организм зависит от величины напряженности поля и времени пребывания человека в поле.

Гигиеническое нормирование электростатических полей

И методика измерения

Интенсивность ЭСП на рабочих местах персонала, осуществляющего работы с источниками ЭСП, предельно допустимые уровни ЭСП, требования к проведению контроля, основные меры защиты от ЭСП регламентируются:

СН № 1157-77 “Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля”;

ГОСТ 12.1.045-84 “Электрические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля”. Согласно ему предельно допустимый уровень напряженности ЭСП (Е пред.) устанавливается равным 60 кВ/м в течение 1 часа. При напряженности ЭСП ниже 20 кВ/м время пребывания в ЭСП не регламентируется. В диапазоне напряженности от 20 до 60 кВ/м допустимое время пребывания персонала в ЭСП без средств защиты (t доп в часах) определяется по формуле:

где Е факт – фактическое значение напряженности ЭСП, кВ/м.

Допустимые уровни напряженности ЭСП при применении товаров народного потребления регламентируются СН 001-06 “Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях”.

Приборы для измерения ЭСП . Измерение напряженности ЭСП проводится на постоянных рабочих местах и в местах возможного нахождения людей у электризованных поверхностей. В случае отсутствия постоянного рабочего места выбирается несколько точек в пределах рабочей площадки, на которой работник проводит не менее 50% рабочего времени. При обнаружении превышения ПДУ в зоне нахождения работника необходимо определить расстояние от источника ЭСП, то есть зону безопасных условий труда.

В каждой точке измерения проводятся на 3-х уровнях от пола: 0,5; 0,1 и 1,7 м. На каждом уровне измерения проводятся троекратно. В протокол заносятся среднеарифметические величины.

ИЭСП – 6 (для измерения потенциалов от мониторов);

ИЭСП – 7, ИНЭП –20Д (для измерения напряженности ЭСП в пространстве);

СТ – 01 (для измерения поля и потенциала ЭСП);

ИЭСП – 01 (для измерения потенциала экрана);

ЭСПИ –301Б (для измерения напряженности ЭСП)

В соответствии с Руководством “Гигиенические критерии оценки и классификация условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса” (Р 2.2.755-99) условия труда при воздействии ЭСП подразделяются на 4 класса: оптимальный (уровни соответствуют естественному фону), допустимый (уровни не превышают ПДУ), вредный (по степени превышения ПДУ подразделяется на 4 степени), опасный (условия труда для кратковременного воздействия ЭСП).

Постоянное электростатическое поле (ЭСП) - это поле неподвижных электрических зарядов, осуществляющее взаимодействие между ними

Статический ток - это совокупность явлений, связанных с возникновением и сохранением свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ, материалов, изделий или на изолированных проводника.

Возникновение зарядов статического электричества происходит при деформации, дроблении веществ, относительном перемещении двух тел, находящихся в контакте, слоев жидкости и сыпучих материалов, при интенсивном п перемешивании, кристаллизации, а также вследствие инд.

ЭСП характеризуется напряженностью (Б). Напряженность. ЭСП - это отношение силы, действующей в поле на точечный электрический заряд, к величине этого заряда. Единицей измерения напряженности. ЭСП является вольт на метр (В / м мм).

ЭСП создается в энергетических установках и при электротехнических процессах зависимости от источника образования они могут существовать в виде собственного электростатического поля (поля неподвижных зарядов) или стац ционарного электрического поля (электрическое поле постоянного тока).

Где используются ЭСП?

ЭСП имеют широкое применение при електрогазоочищенни, электростатической сепарации материалов, электростатическом нанесении лакокрасочных и полимерных материалов и в других производственных процессах

В радиоэлектронной промышленности статический ток образуется при транспортировке, шлифовке, полировке радиотелевизионных приемников, в помещениях вычислительных центров, а также в других процессах где е используются диэлектрические материалы, являющиеся побочным и нежелательным производственных факторов.

ЭСП возникающие при обработке химического волокна, имеет высокие диэлектрические свойства. Уровень напряженности. ЭСП на прядильном и ткацком оборудовании достигает 20-60 кВ / м

В химической промышленности при производстве пластических материалов и изделий из них (шинный корд, линолеум и др.) образуются электростатические заряды и поля напряженностью 240-250 кВ / м

Как влияет ЭСП на организм человека?

Биологическое действие. ЭСП на организм человека определяет наибольшую чувствительность к электростатических полей нервной, сердечно-сосудистой, нейрогуморальной и других систем организма

У рабочих, работающих в зоне действия электрического поля, наблюдаются разнообразные жалобы на раздражительность, головная боль, нарушение сна, снижение аппетита и т др.

У людей, подпадающих под действие. ЭСП, характерна появление своеобразных"фобий", обусловленных страхом ожидания разряда. Склонность к"фобий"преимущественно сопровождается повышенной эмоциональной возбудимостью

Как осуществляется гигиеническое нормирование электростатических полей?

Напряженность электростатического поля нормируется стандартом. ГОСТ 121045-84"Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и??требования к проведению контроля"

Приведенный стандарт распространяется на. ЭСП, возникающие при эксплуатации электрического оборудования высокого напряжения постоянного тока и электризации диэлектрических материалов. Настоящий стандарт устанавливает доп допустимых уровни напряженности электростатических полей на рабочих местах, а также общие требования к проведению контроля и средств защитыу.

Допустимые уровни напряженности. ЭСП устанавливаются в зависимости от времени пребывания на рабочих местах

Предельно допустимый уровень напряженности. ЭСП (Е, ра") принимается согласно стандарту 60 кВ / м в течение одного часа

Если напряженность электростатических полей до 20 кВ / м, время пребывания в. ЭСП не регламентируется

В диапазоне напряженности от 20 до 60 кВ / м, допустимое время пребывания работающих в. ЭСП без средств защиты (/, год) определяется по формуле:

где. Е ^ - фактическое значение напряженности. ЭСП, кВ / м

Для определения напряженности. ЭСП используются измеритель напряженности электростатического поля

Какие защитные средства от воздействия ЭСП?

Использование средств защиты работающих обязательно в тех случаях, когда фактические уровни напряженности. ЭСП на рабочих местах превышают 60 кВ / м

Для защиты от воздействия. ЭСП используют: экранирование источников поля рабочего места, нейтрализаторы статического сотрясения, ограничение времени работы и т др.

При выборе средств защиты от статического электричества должны быть учтены особенности технологических процессов, физико-химические свойства обрабатываемых материалов, микроклимат производственных помещений и т и др.. Приведенные факторы определяют дифференцированный подход при разработке защитных средствеів.

Уменьшение генерации электростатических зарядов или отвод их с наэлектризованных материалов достигается путем:

1) заземление металлических и электропроводных элементов технологического оборудования;

2) увеличение поверхностей и объемной проводимости диэлектриков;

3) установление нейтрализаторов статического электричества

Защитное заземление производится независимо от использования других методов защиты. Заземлению подлежат не только элементы технологического оборудования, но. И изолированные электропроводящие участки технологическо ного оборудования.

Достаточно эффективным средством защиты является увеличение влажности воздуха до 65-75%, если это возможно по условиям технологического процесса

Среди средств индивидуальной защиты используют антистатическое обувь, антистатические халаты, комбинезоны, заземлены браслеты для защиты рук и другие средства, которые могут обеспечивать электростатическое за аземлення тела человек.

Электромагнитными полями пронизано все окружающее пространство.

Существуют естественные и техногенные источники электромагнитных полей.

Естественные источники электромагнитного поля:

атмосферное электричество;
радиоизлучение Солнца и галактик (реликтовое излучение, равномерно распространенное во Вселенной);
электрическое и магнитное поля Земли.

Источниками техногенных электромагнитных полей являются различная передающая аппаратура, коммутаторы, разделительные высокочастотные фильтры, антенные системы, промышленные установки, снабженные высокочастотными (ВЧ), ультравысокочастотными (УВЧ) и сверхвысокочастотными (СВЧ) генераторами.

Источники электромагнитных полей на производстве

К источникам ЭМП на производстве относятся две большие группы источников:

Опасное воздействие на работающих могут оказывать:

ЭМП радиочастот (60 кГц — 300 ГГц),
электрические и магнитные поля промышленной частоты (50 Гц);
электростатические поля.

Источниками волн радиочастотного диапазона являются прежде всего станции радио- и телевещания. Классификация радиочастот дана в табл. 1. Эффект радиоволн во многом зависит от особенностей их распространения. На него влияют характер рельефа и покрова поверхности Земли, крупные предметы и строения, расположенные на пути, и т.п. Лесные массивы и неровности рельефа поглощают и рассеивают радиоволны.

Таблица 1. Радиочастотный диапазон

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). В промышленности электростатические поля широко используются для электрогазоочистки, электростатической сепарации руд и материалов, электростатического нанесения лакокрасочных и полимерных материалов. Статическое электричество образуется при изготовлении, испытаниях, транспортировке и хранении полупроводниковых приборов и интегральных схем, шлифовке и полировке футляров радиотелевизионных приемников, в помещениях вычислительных центров, на участках множительной техники, а также в ряде других процессов, где используются диэлектрические материалы. Электростатические заряды и создаваемые ими электростатические поля могут возникать при движении диэлектрических жидкостей и некоторых сыпучих материалов по трубопроводам, переливании жидкостей-диэлектриков, скатывании пленки или бумаги в рулон.

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

Источники электрических полей

Любое электромагнитное явление, рассматриваемое в целом, характеризуется двумя сторонами — электрической и магнитной, между которыми существует тесная связь. Электромагнитное поле также имеет всегда две взаимосвязанные стороны — электрическое поле и магнитное поле.

Источником электрических полей промышленной частоты являются токоведущие части действующих электроустановок (линии электропередачи, индукторы, конденсаторы термических установок, фидерные линии, генераторы, трансформаторы, электромагниты, соленоиды, импульсные установки полупериодного или конденсаторного типа, литые и металлокерамические магниты и др.). Длительное воздействие электрического поля на организм человека может вызвать нарушение функционального состояния нервной и сердечно-сосудистой систем, что выражается в повышенной утомляемости, снижении качества выполнения рабочих операций, болях в области сердца, изменении артериального давления и пульса.

Для электрического поля промышленной частоты в соответствии с ГОСТ 12.1.002-84 предельно допустимый уровень напряженности электрического поля, пребывание в котором не допускается без применения специальных средств защиты в течение всего рабочего дня, равен 5 кВ/м. В интервале свыше 5 кВ/м до 20 кВ/м включительно допустимое время пребывания Т (ч) определяется по формуле Т = 50/Е — 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. Предельно допустимое значение напряженности электрического поля устанавливается равным 25 кВ/м.

При необходимости определения предельно допустимой напряженности электрического поля при заданном времени пребывания в нем уровень напряженности в кВ/м вычисляется по формуле Е — 50/(Т + 2), где Т — время пребывания в электрическом поле, ч.

Основными видами средств коллективной защиты от воздействия электрического поля токов промышленной частоты являются экранирующие устройства — составная часть электрической установки, предназначенная для защиты персонала в открытых распределительных устройствах и на воздушных линиях электропередачи (рис. 1).

Экранирующее устройство необходимо при осмотре оборудования и при оперативном переключении, наблюдении за производством работ. Конструктивно экранирующие устройства оформляются в виде козырьков, навесов или перегородок из металлических канатов. прутков, сеток. Экранирующие устройства должны иметь антикоррозионное покрытие и заземлены.

Рис. 1. Экранирующий навес над проходом в здание

Для защиты от воздействия электрического поля токов промышленной частоты используются также экранирующие костюмы, которые изготавливаются из специальной ткани с металлизированными нитями.

Источники электростатических полей

На предприятиях широко используют и получают вещества и материалы, обладающие диэлектрическими свойствами, что способствует возникновению зарядов статического электричества.

Статическое электричество образуется в результате трения (соприкосновения или разделения) двух диэлектриков друг о друга или диэлектриков о металлы. При этом на трущихся веществах могут накапливаться электрические заряды, которые легко стекают в землю, если тело является проводником электричества и оно заземлено. На диэлектриках электрические заряды удерживаются продолжительное время, вследствие чего они получили название статического электричества.

Процесс возникновения и накопления электрических зарядов в веществах называют электризацией.

Явление статической электризации наблюдается в следующих основных случаях:

в потоке и при разбрызгивании жидкостей;
в струе газа или пара;
при соприкосновении и последующем удалении двух твердых
разнородных тел (контактная электризация).

Разряд статического электричества возникает в том случае, когда напряженность электростатического поля над поверхностью диэлектрика или проводника, обусловленная накоплением на них зарядов, достигает критической (пробивной) величины. Для воздуха пробивное напряжение составляет 30 кВ/см.

У людей, работающих в зоне воздействия электростатического поля, отмечаются разнообразные расстройства: раздражительность, головная боль, нарушение сна, снижение аппетита и др.

Допустимые уровни напряженности электростатических полей установлены ГОСТ 12.1.045-84 «Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля» и Санитарно-гигиеническими нормами допустимой напряженности электростатического поля (ГН 1757-77).

Эти нормативные правовые акты распространяются на электростатические поля, создаваемые при эксплуатации электроустановок высокого напряжения постоянного тока и электризации диэлектрических материалов, и устанавливают допустимые уровни напряженности электростатических полей на рабочих местах персонала, а также общие требования к проведению контроля и средствам защиты.

Допустимые уровни напряженности электростатических полей устанавливаются в зависимости от времени пребывания на рабочих местах. Предельно допустимый уровень напряженности электростатических полей — 60 кВ/м в течение 1 ч.

При напряженности электростатических полей менее 20 кВ/м время пребывания в электростатических полях не регламентируется.

В диапазоне напряженности от 20 до 60 кВ/м допустимое время пребывания персонала в электростатическом поле без средств защиты зависит от конкретного уровня напряженности на рабочем месте.

Меры защиты от статического электричества направлены на предупреждение возникновения и накопления зарядов статического электричества, создание условий рассеивания зарядов и устранение опасности их вредного воздействия. Основные меры защиты:

предотвращение накопления зарядов на электропроводящих частях оборудования, что достигается заземлением оборудования и коммуникаций, на которых могут появиться заряды (аппараты, резервуары, трубопроводы, транспортеры, сливоналивные устройства, эстакады и т.п.);
уменьшение электрического сопротивления перерабатываемых веществ;
применение нейтрализаторов статического электричества, создающих вблизи наэлектризованных поверхностей положительные и отрицательные ионы. Ионы, несущие заряд, противоположный заряду поверхности, притягиваются к ней, и нейтрализуют заряд. По принципу действия нейтрализаторы разделяют на следующие типы: коронного разряда (индукционные и высоковольтные), радиоизотопные , действие которых основано на ионизации воздуха альфа-излучением плутония-239 и бета-излучением прометия-147, аэродинамические , представляющие собой камеру-расширитель, в которой с помощью ионизирующего излучения или коронного разряда генерируются ионы, которые затем воздушным потоком подаются к месту образования зарядов статического электричества;
снижение интенсивности зарядов статического электричества. Достигается соответствующим подбором скорости движения веществ, исключением разбрызгивания, дробления и распыления веществ, отводом электростатического заряда, подбором поверхностей трения, очисткой горючих газов и жидкостей от примесей;
отвод зарядов статического электричества, накапливающихся на людях. Достигается обеспечением работающих токопроводящей обувью и антистатическими халатами, устройством электропроводящих полов или заземленных зон, помостов и рабочих площадок. заземлением ручек дверей, поручней лестниц, рукояток приборов, машин и аппаратов.

Источники магнитного поля

Магнитные поля (МП) промышленной частоты возникают вокруг любых электроустановок и токопроводов промышленной частоты. Чем больше сила тока, тем выше интенсивность магнитного поля.

Магнитные поля могут быть постоянными, импульсными, инфранизкочастотными (с частотой до 50 Гц), переменными. Действие МП может быть непрерывным и прерывистым.

Степень воздействия МП зависит от максимальной напряженности его в рабочем пространстве магнитного устройства или в зоне влияния искусственного магнита. Доза, полученная человеком, зависит от расположения рабочего места по отношению к МП и режима труда. Каких-либо субъективных воздействий постоянные МП не вызывают. При действии переменных МП наблюдаются характерные зрительные ощущения, так называемые фосфены, которые исчезают в момент прекращения воздействия.

При постоянной работе в условиях воздействия МП, превышающих предельно допустимые уровни, развиваются нарушения функций нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, пищеварительного тракта, изменения состава крови. При преимущественно локапьном воздействии могут возникать вегетативные и трофические нарушения, как правило, в области тела, находящегося под непосредственным воздействием МП (чаще всего рук). Они проявляются ощущением зуда, бледностью или синюшностыо кожных покровов, отечностью и уплотнением кожи, в некоторых случаях развивается гиперкератоз (ороговелость).

Напряженность МП на рабочем месте не должна превышать 8 кА/м. Напряженность МП линии электропередачи напряжением до 750 кВ обычно не превышает 20-25 А/м, что не представляет опасности для человека.

Источники электромагнитного излучения

Источниками электромагнитных излучений в широком диапазоне частот (сверх- и ифранизкочастотном, радиочастотном, инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, рентгеновском — табл. 2) являются мощные радиостанции, антенны, генераторы сверхвысоких частот, установки индукционного и диэлектрического нагрева, радары, лазеры, измерительные и контролирующие устройства, исследовательские установки, медицинские высокочастотные приборы и устройства, персональные электронно-вычислительные машины (ПЭВМ), видеодисплейные терминалы на электронно-лучевых трубках, используемые как в промышленности, научных исследованиях, так и в быту.

Источниками повышенной опасности с точки зрения электромагнитных излучений являются также микроволновые печи, телевизоры, мобильные и радиотелефоны.

Таблица 2. Спектр электромагнитных излучений

Низкочастотные излучения

Источниками низкочастотных излучений являются системы производства. передачи и распределения электроэнергии (электростанции, трансформаторные подстанции, системы и линии электропередачи), электросети жилых и административных зданий, транспорт, работающий на электроприводе, и его инфраструктура.

При длительном воздействии низкочастотного излучения могут появиться головные боли, изменение артериального давления, развиваться утомление, наблюдаться выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела, стойкое снижение работоспособности.

Для защиты от низкочастотного излучения экранируют либо источники излучения (рис. 2), либо зоны, где может находиться человек.

Рис. 2. Экранирование: а — индуктора; б — конденсатора

Источники радиочастотного излучения

Источником ЭМП радиочастот являются:

в диапазоне 60 кГц — 3 МГц — неэкранированные элементы оборудования для индукционной обработки металла (закачка, отжиг, плавка, пайка, сварка и т.д.) и других материалов, а также оборудования и приборов, применяемых в радиосвязи и радиовещании;
в диапазоне 3 МГц — 300 МГц — неэкранированные элементы оборудования и приборов, применяемых в радиосвязи, радиовещании, телевидении, медицине, а также оборудования для нагрева диэлектриков;
в диапазоне 300 МГц — 300 ГГц — неэкранированные элементы оборудования и приборов, применяемых в радиолокации, радиоастрономии, радиоспектроскопии, физиотерапии и т.п. Длительное воздействие радиоволн на различные системы организма человека вызывают разные последствия.

Наиболее характерными при воздействии радиоволн всех диапазонов являются отклонения в ЦНС и сердечно-сосудистой системе человека. Субъективные жалобы — частая головная боль, сонливость или бессонница, утомляемость, слабость, повышенная потливость, снижение памяти, рассеянность, головокружение, потемнение в глазах, беспричинное чувство тревоги, страха и др.

Влияние электромагнитного поля средневолнового диапазона при длительном воздействии на проявляется в возбудительных процессах, нарушении положительных рефлексов. Отмечают изменения в крови, вплоть до лейкоцитоза. Установлены нарушение функции печени, дистрофические изменения в головном мозге, внутренних органах и половой системе.

Электромагнитное поле коротковолнового диапазона провоцирует изменения в коре надпочечников, сердечно-сосудистой системе, биоэлектрических процессах коры головного мозга.

ЭМП УКВ диапазона вызывает функциональные изменения в нервной, сердечно-сосудистой, эндокринной и других системах организма.

Степень опасности влияния на человека СВЧ-излучения зависит от мощности источника электромагнитных излучений, режима работы излучателей, конструктивных особенностей излучающего устройства, параметров ЭМП, плотности потока энергии, напряженности поля, времени воздействия, размера облучаемой поверхности, индивидуальных свойств человека, расположения рабочих мест и эффективности защитных мероприятий.

Различают тепловое и биологическое воздействие СВЧ-излучения.

Тепловое воздействие является следствием поглощения энергии ЭМП СВЧ-излучения. Чем выше напряженность поля и больше время воздействия, тем сильнее проявляется тепловое воздействие. При плотности потока энергии W- 10 Вт/м 2 организм не справляется с отводом теплоты, температура тела повышается и начинаются необратимые процессы.

Биологическое (специфическое) воздействие проявляется в ослаблении биологической активности белковых структур, нарушении сердечно-сосудистой системы и обмена веществ. Это воздействие проявляется при интенсивности ЭМП менее теплового порога, который равен 10 Вт/м 2 .

Воздействие ЭМП СВЧ-излучения особенно вредно для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузырь). Облучение глаз может привести к помутнению хрусталика (катаракте) и ожогам роговицы.

Для обеспечения безопасности работе источниками электромагнитных волн производится систематический контроль фактических нормируемых параметров на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала. Контроль осуществляется измерением напряженности электрического и магнитного поля, а также измерением плотности потока энергии.

Защита персонала от воздействия радиоволн применяется при всех видах работ, если условия работы не удовлетворяют требованиям норм. Эта защита осуществляется следующими способами:

согласованные нагрузки и поглотители мощности, снижающие напряженность и плотность поля потока энергии электромагнитных волн;
экранирование рабочего места и источника излучения;
рациональное размещение оборудования в рабочем помещении;
подбор рациональных режимов работы оборудования и режима труда персонала.

Наиболее эффективно использование согласованных нагрузок и поглотителей мощности (эквивалентов антенн) при изготовлении, настройке и проверке отдельных блоков и комплексов аппаратуры.

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, диапазона волн.

Для изготовления отражающих экранов используются материалы с высокой электропроводностью, например металлы (в виде сплошных стенок) 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 100 000 раз).

Для изготовления поглощающих экранов применяются материалы с плохой электропроводностью. Поглощающие экраны изготавливаются в виде прессованных листов резины специального состава с коническими сплошными или полыми шипами, а также в виде пластин из пористой резины, наполненной карбонильным железом, с впрессованной металлической сеткой. Эти материалы приклеиваются на каркас или на поверхность излучающего оборудования.

Важное профилактическое мероприятие по защите от электромагнитного облучения — выполнение требований для размещения оборудования и для создания помещений, в которых находятся источники электромагнитного излучения.

Защита персонала от переоблучения может быть достигнута за счет размещения генераторов ВЧ, УВЧ и СВЧ, а также радиопередатчиков в специально предназначенных помещениях.

Экраны источников излучения и рабочих мест блокируются с отключающими устройствами, что позволяет исключить работу излучающего оборудования при открытом экране.

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

Все тела в природе способны электризоваться, т.е. приобретать электрический заряд. Наличие электрического заряда проявляется в том, что заряженное тело взаимодействует с другими заряженными телами. Имеются два вида электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.

Электрический заряд является неотъемлемым свойством некоторых элементарных частиц. Заряд всех заряженных элементарных частиц одинаков по абсолютной величине и равен 1,6×10 –19 Кл. Носителем элементарного отрицательного электрического заряда является, например, электрон. Протон несет положительный заряд, нейтрон электрического заряда не имеет. Атомы и молекулы всех веществ построены из протонов, нейтронов и электронов. Обычно протоны и электроны присутствуют в равных количествах и распределены в веществе с одинаковой плотностью, поэтому тела нейтральны. Процесс электризации заключается в создании в теле избытка частиц одного знака или в их перераспределении (создании в одной части тела избытка заряда одного знака; при этом в целом тело остается нейтральным).

Взаимодействие между покоящимися электрическими зарядами осуществляется через особую форму материи, называемую электрическим полем . Всякий заряд изменяет свойства окружающего его пространства – создает в нем электростатическое поле. Это поле проявляет себя в силовом действии на любой электрический заряд, помещенный в какую-либо его точку. Опыт показывает, что отношение силы , действующей на точечный заряд q , помещенный в данную точку электростатического поля, к величине этого заряда для всех зарядов оказывается одинаковым. Это отношение называется напряженностью электрического поляи является его силовой характеристикой:

Опытным путем установлено, что для электростатического поля справедлив принцип суперпозиции :электростатическое поле , порождаемое несколькими зарядами, равно векторной сумме электростатических полей , порождаемых каждым зарядом в отдельности:

Заряды, помещенные в электростатическое поле, обладают потенциальной энергией. Опыт показывает, что отношение потенциальной энергии W положительного точечного заряда q , помещенного в данную точку поля, к величине этого заряда есть величина постоянная. Это отношение является энергетической характеристикой электростатического поля и называется потенциалом :

φ = W/q . (2.6.7)

Потенциал электростатического поля численно равен работе, которую совершают силы поля над единичным положительным зарядом при удалении его из данной точки в бесконечность. Единица измерения вольт (В). Две характеристики электростатического поля – напряженность и потенциал связаны между собой соотношением [ср. с выражением (2.6.4)]

Знак “минус” указывает, что вектор напряженности электрического поля направлен в сторону уменьшения потенциала. Отметим, что если в некоторой области пространства потенциалы всех точек имеют одинаковый потенциал, то

Электростатическое поле также можно изображать графически с помощью силовых линий и эквипотенциальных поверхностей.

Силовой линией электрического поля называется воображаемая линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора напряженности . Силовые линии электростатического поля оказываются разомкнутыми :они могут начинаться или заканчиваться только на зарядах либо уходить в бесконечность.

Для графического изображения распределения потенциала электростатического поля используют эквипотенциальные поверхности – поверхности, во всех точках которых потенциал имеет одинаковое значение.

Легко показать, что силовая линия электростатического поля всегда пересекает эквипотенциальную поверхность под прямым углом. На рисунке 10 представлены силовые линии и эквипотенциальные поверхности точечных электрических зарядов.

Рисунок 10 – Силовые линии и эквипотенциальные поверхности точечных зарядов

Магнитное поле

Опыт показывает, что подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электростатическое поле, в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным . Наличие магнитного поля обнаруживается по силовому действию на внесенные в него проводники с током и постоянные магниты. Название “магнитное поле” связывают с фактом ориентации магнитной стрелки под действием поля, создаваемого током (Х. Эрстед, 1820).

Электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся в нем электрические заряды. Важнейшая особенность магнитного поля состоит в том, что оно действует только на движущиеся в этом поле электрические заряды.

Опыт показывает, что магнитное поле оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку и рамку с током, поворачивая их определенным образом. За направление магнитного поля в данной точке принимается направление, вдоль которого свободно устанавливается ось тонкой магнитной стрелки в направлении с юга на север или положительная нормаль к плоскому контуру с током.

Количественной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции . Магнитная индукция в данной точке численно равна максимальному вращающему моменту, действующему на плоскую рамку с током с магнитным моментом p m =1 А×м 2:

B=M max /p m . (2.6.9)

Опытным путем установлено, что для магнитного поля также справедлив принцип суперпозиции :магнитное поле , порождаемое несколькими движущимися зарядами (токами), равно векторной сумме магнитных полей , порождаемых каждым зарядом (током) в отдельности.