Электромагнитные поля, характеристики, нормирование, воздействие на организм человека

Электромагнитные поля невидимы и действие их не обнаруживается органами чувств, что нередко порождает пренебрежительное отношение работающих к опасности электромагнитного облучения, недооценку его вредного действия на организм.

Электромагнитное поле – область распространения электромагнит­ных волн.

Электромагнитное поле характеризуется:

· частотой излучения f, Гц;

· длиной волны λ, м;

· скоростью распространения, км/c.

Электромагнитная волна распространяется в воздухе со скоростью света с = 300 000 км/с. Связь между длиной и частотой электромагнитной волны определяется зависимостью:

λ = с / f.

В настоящее время практически во всех отраслях промышленности и в быту широко используется электромагнитная энергия. По своему проис­хождению электромагнитное излучение (ЭМИ) и электромагнитный фон, создаваемый им, могут быть:

1) природными;

2) техногенными.

К природным электромагнитным полям относятся квазистатиче­ские электрические и магнитные поля Земли, радиоизлучения Солнца и га­лактик, атмосферные разряды.

Техногенное ЭМИ может быть:

· производственным;

· бытовым.

Известно, что мировые энергоресурсы удваиваются каждые 10 лет, а доля ЭМП в электроэнергетике за это время возрастает в три раза. Производственными источниками ЭМП являются:

- 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 ≈ 1/6 λ. 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 2πλ. 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 2πλ. В этой зоне электромагнитная волна сформирована, электрическое и магнитное поля взаимосвязаны. На человека в этой зоне воздействует энергия волны.

Биологически значимыми являются электрические поля частотой 50 Гц, создаваемые воздушными линиями электропередачи и подстанция­ми. Напряженность магнитных полей промышленной частоты в местах размещения ЛЭП и подстанций сверхвысокого напряжения на 1 – 3 поряд­ка превышает естественные уровни магнитного поля Земли. Высокие уровни ЭМИ наблюдаются на территориях и за пределами территорий раз­мещения передающих радиоцентров низкой, средней и высокой частоты.

Бытовой электромагнитный фон обусловлен работой бытовых электроприборов, радио- и телеприемников, микроволновых печей, радио­телефонов, компьютеров и т.д.

Оценка опасности воздействия ЭМИ на человека производится по величине электромагнитной энергии, поглощенной телом человека. Реак­ция организма человека на составляющие ЭМП не является одинаковой, поэтому при оценке условий работы необходимо учитывать электриче­скую и магнитную напряженность поля. Неблагоприятные воздействия то­ков промышленной частоты проявляются только при напряженности маг­нитного поля порядка 160 – 300 А/м. Практически при обслуживании даже мощных электроустановок высокого напряжения магнитная напряжен­ность поля не превышает 20 – 25 А/м. Поэтому оценку потенциальной опасности воздействия ЭМП достаточно производить по величине элек­трической напряженности поля.

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

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

На рис. 1 представлен частотный спектр электромагнитных волн.

Энергия ЭМП определяется плотностью потока энергии, Вт/м²:

ППЭ = Е·Н,

которая показывает, какое количество электро­магнитной энергии передается за 1 с через 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, Bб (вебер);. напряженностью Н, А/м (ампер на метр).

Магнитная индукция - величина, чис­ленно равная силе, с которой магнитное поле действует на проводник длиной в 1 м с проте­кающим но нему током в 1 А и определяется:

В = 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 - физиче­ская величина, характеризующая количество магнитной индукции, воздействующее на еди­ницу площади поверхности:

Ф = SB cos α,

Рис. 1. Шкала электромагнитных волн

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

Напряженность - физическая величина, характеризующая магнит-

Н = В/ц_а, где ц _а - абсолютная магнитная проницаемость.

Величина абсолютной магнитной проницаемости определяется:

где ц ₀ - магнитная постоянная, Гн/м; ц - магнитная проницаемость среды (ц₀ = 4тг·10-⁷ Гн/м).

Спектр ЭМИ природного и техногенного происхождения, оказы­вающий влияние на организм человека, имеет диапазон волн от тысячи ки­лометров (переменный ток) до триллионной части миллиметра (космиче­ские энергетические лучи).

Электромагнитные поля классифицируются по частотным диапазо­нам или длине волны. Классификация волн, определяемая длиной (или частотой) волны, представлена в табл. 6.

Таблица 6