Основні характеристики електромагнітного поля

Електромагнітне поле (ЕМП) - особлива форма матерії. Будь-яка електрична заряджена частка оточена електромагнітним полем, що складає з нею єдине ціле. Але електромагнітне поле може існувати й у відділеному від заряджених часток вигляді, як випромінювання фотонів, що рухаються зі швидкістю, близькою до 3 • 10⁸ м/с, або випромінювання у вигляді електромагнітного поля (електромагніт­них хвиль).

Електромагнітне поле (електромагнітне випромінювання) харак­теризується векторами напруженості електричного Е (В/м) і магніт­ного Н (А/м) полів, що характеризують силові властивості ЕМП. При поширенні в провідному середовищі вони зв'язані співвідношенням:

^г, В/м, (2.46)

де ш - кругова частота електромагнітних коливань, с¹;

ц - магнітна проникність середовища, Г/м;

а - електрична провідність середовища, (Ом • м)'¹;

к - коефіцієнт загасання;

г - відстань до розглянутої точки, м.

В електромагнітній хвилі вектори Е і Н завжди взаємно перпенди­кулярні. У вакуумі і повітрі Е ~ 377 Н. Довжина хвилі X, частота коли­вань і і швидкість поширення електромагнітних хвиль у повітрі с зв'я­зані співвідношенням с = Лі. Наприклад, для промислової частоти г = 50 Гц довжина хвилі = 3 • 10⁸/50 = 6000 км, а для ультракоротких частот ( = 3 • 10⁸ Гц довжина хвилі дорівнює 1 м.

Таблиця 2.20 Характеристика спектру електромагнітних випромінювань

Назва діапазону частот	Номер діапазону	Діапазон частот	Діапазон довжин хвиль	Назва діапазону довжин хвилі
Дуже низькі частоти, днч	1 2 3 4	0,003...0,3 Гц 0,3...3,0 Гц 3...300 Гц 300 Гц...ЗО кГц	Ю^7...10^6км 1О^6...1О" км 10^1...10^2км 1О^2...1Окм	Інфра низькі Дуже низькі Промислові Звукові
Низкі частоти, НЧ		ЗО...300 кГц	10... 1км	Довгі
Середні частоти, СЧ		300 кГц...З МГц	1 км.ЛООм	Середні
Високі частоти, ВЧ		3...30 МГц	100...10М	Короткі
Дуже високі частоти, ДВЧ		30...300 МГц	10...1 м	Метрові
Ультрависокі часто­ти, УВЧ		300МГц...ЗГГц	ЮО.ЛОсм	Дециметрові
Надвисокі частоти, НВЧ		3...30 ГГц	10...1 см	Сантиметрові
Надзвичайно високі частоти, НЗВЧ		30...300 ГГц	10...1 мм	Міліметрові

Спектр електромагнітних випромінювань відповідно до прийнятої на практиці назви хвиль, діапазону частот і довжин хвиль представле­ний у таблиці 2.20.

Біля джерела ЕМВ виділяють ближню зону чи зону індукції, що знахо­диться на відстані г < Х/2п * Х/6, і далеку зону чи зону випромінювання, для якої г > Х/6. У діапазоні від низьких частот до короткохвильових випроміню­вань частотою < 100 МГц (табл. 2.20) біля генератора варто розглядати поле індукції, а робоче місце, - що знаходиться в зоні індукції. У зоні індукції елек­тричне і магнітне поле можна вважати незалежними одне від одного. Тому нормування в цій зоні ведеться як по електричній, так і по магнітній складо­вій. У зоні випромінювання (хвильовій зоні), де вже сформувалася електро­магнітна хвиля, що біжить, більш важливим параметром є інтенсивність, що у загальному вигляді визначається векторним добутком Е і Н, і для сферич­них хвиль при поширенні в повітрі може бути виражена як Вт/м²,

(2.47)

/=-

4пґ

Вт/м²,

де І - інтенсивність електромагнітного випромінювання, Вт/м²; Р_1Ж - потужність випромінювання, Вт; г - відстань від джерела, м.

Енергетичним показником параметрів для хвильової зони електромагніт­ного поля є густина потоку енергії (ГПЕ), Вт/м².

Вплив електромагнітного поля на людину оцінюється кількістю електро­магнітної енергії, яка поглинається його тілом \У, Вт.

(2.48)

еф'

ГПЕ•5

де ГПЕ - густина потоку енергії випромінювання електромагнітної енергії,

Вт/м²;

5_Сф - ефективна поглинаюча поверхня тіла людини, м².

Крім вищезгаданих зон (ближньої та дальньої), існують так звані «мертві зони», в яких поле відсутнє, але її межі визначають тільки експе­риментально.

Методика розрахунку інтенсивності опромінювання залежить від типу випромінювача і зони (ближня, дальня), в якій знаходиться робоче місце. Спочатку визначають межі зон. Далі визначають, в якій зоні знаходиться робоче місце, і для даної зони розраховується напруженість електричного (Е, В/м) і магнітного (Н, А/м) полів за формулами:

для ближньої зони:

(2.49)

- І/(2тгсоєг³);

Н_бл = ІЬ/(4яг²); (2.50)

де І - сила струму в провіднику (антені), А; Ь - довжина провідника (антени), м; со - кругова частота поля, а> = 2пі, і - частота поля, Гц; є - діелектрична проникність середовища, Ф/м; г - відстань від джерела випромінювання до робочого місця, м; для дальньої зони:

Е_д = л/ЗОРа/г; (2.51)

Н_л

(2.52)

де Р - потужність випромінювання, Вт; а - коефіцієнт підсилення антени.

Для напрямленого випромінювання густина електромагнітного поля у ближній зоні по осі діаграми напрямленості випромінювання:

(2.53)

у дальній зоні:

(2.54)

де Р - середня потужність випромінювання, Вт;

Р = Р. т/Т

сер імп ' '

Р_імп - потужність випромінювання у імпульсі, Вт;

І - тривалість імпульсу, с;

Т - період проходження імпульсів, с;

5 - площа випромінювання антени, м².

Ці формули (2.49-2.54) дійсні для розрахунку параметрів ЕМВ за умови розповсюдження радіохвиль у вільному просторі, тобто неспотвореного елек­тромагнітного поля.

В реальних умовах і, особливо, у виробничому приміщенні елек­тромагнітне поле від джерела спотворюється, так званим, полем вто­ринного випромінювання, тобто електромагнітним полем, відбитим від поверхонь металевих предметів (обладнання) і недосконалих ді­електриків (у т. ч. і людей). Це поле вторинного випромінювання накладається на основне поле і змінює (збільшує чи зменшує) параме­три основного поля. Розрахувати параметри поля вторинного випро-

мінювання і, тим більше, результативного поля неможливо. Наявність у приміщенні кількох джерел електромагнітного випромінювання (наприклад, комп'ютерів) також ускладнює розподіл електромагніт­ного поля, яки може бути визначений за допомогою тільки прямих вимірювань.

2.8.3. Дія ЕМВ радіочастотного діапазону на людину

Біологічна дія ЕМВ залежить від частоти та інтенсивності випро­мінювання, тривалості та умов опромінювання. Розрізняють термічну (теплову) дію та морфологічні й функціональні зміни.

Видомим проявом дії ЕМВ на організм людини є нагрівання тканин та органів, що призводять до їх змін та пошкоджень. Теплова дія харак­теризується загальним підвищенням температури тіла або локалізова­ним нагріванням тканин. Нагрівання особливо небезпечно для органів із слабкою терморегуляцією (мозок, очі, органи кишкового та сечоста­тевого тракту). ЕМВ із довжиною хвилі 1-20 см шкідливо діє на очі, викликаючи катаракту (помутніння кришталика), тобто втрату зору.

Морфологічні зміни - це зміни будова та зовнішнього вигляду тка­нин і органів тіла людини (опіки, омертвіння, крововиливи, зміни структури клітин та ін). Вони спостерігаються у тканинах периферич­ної та центральної нервової системи та серцево-судинній системі, зумо­влюючи порушення регуляторних функцій та нервових зв'язків в орга­нізмі або зміну структури самих клітин, зниження кров'яного тиску (гіпотонія), уповільнення ритму скорочення серця (брадикардія) та ін.

Функціональні зміни проявляються у вигляді головного болю, пору­шення сну, підвищеного стомлення, дратівливості, пітливості, випадан­ня волосся, болей у ділянці серця, зниження статевої потенції та ін.

Кількісно вплив електромагнітного поля на людину оцінюється величиною поглинутої ії тілом електромагнітної енергії, ^, Вт, або питомої енергії, що поглинається \У_м, Вт/кг. Наприклад, для оцінки імовірної дії електромагнітного поля від радіотелефонів визначають потужність електромагнітних полів, що поглинається на один кіло­грам мозку - параметр 5АК. (ЗрссіВс АЬзогЬіп§ КаСе). Найкращі моде­лі радіотелефонів мають значення ЗАК. 0,2 Вт/кг і нижче.

2.8.4. Нормування електромагнітних випромінювань

Нормування електромагнітних випромінювань радіочастотного діапазону здійснюється згідно ГОСТ 12.1.006-84 «Електромагнітні поля радіочастот. Припустимі рівні на робочих місцях і вимоги до

впровадження контролю», ДСН 239-96 «Державних санітарних норм і правил захисту населення від впливу електромагнітних випроміню­вань» і ДСанПіН 3.3.6.096-2002 «Державні санітарні норми та прави­ла під час роботи з джерелами електромагнітних полів».

Згідно з цими документами нормування електромагнітних випро­мінювань здійснюється в діапазоні частот 50кГц - 300 ГГц. Причому у діапазоні 50 Гц - 300 МГц нормованими параметрами є напруженість електричної Е, В/м, та магнітної Н, А/м, складових поля, а у діапазоні 300 МГц - 300 ГГц нормативним параметром є щільність потоку енер­гії ГПЕ, Вт/м². Нормативною величіною є також гранично допустиме енергетичне навантаження ЕН_Е, (В/м)² • год та ЕН_Н, (А/м)² • год:

ЕН_Н = (Е_||)²Т; (2.55)

(2.56)

ЕН_Е = (Н„)² • Т;

де Е_п, Н_п - нормативні значення напруженості, В/м та А/м; Т - тривалість дії протягом робочого дня, год.

Наприклад, для діапазону 0,06-3,0 МГц, на робочих місцях Е_д = 500 В/м, а ЕН_Е = 20000 (В/м)² • год.

Згідно з ГОСТ 12.1.006-84 на робочих місцях у діапазоні частот 60 кГц - 300 МГц (частково 5-й, 6-8-й діапазонах частот за табл. 2.20) нормується напруженості електричної Е та магнітної Н, складових електромагнітного поля, а у діапазонах частот 300 МГц - 300 ГГц (діапазони 9-11) поверхнева густина потоку енергії. Гранично допу­стимі значення Е_гд та Н_гд на робочих місцях визначають за допусти­мим енергетичним навантаженням та тривалістю дії згідно формул 2.55 і 2.56 і наведені у таблиці 2.21.

Таблиця 2.21 Гранично допустимі значення Е та Н на робочих місцях

Параметр	Діапазон частот, МГц
Від 0,06 до 3	Більше 3 до 30	Більше ЗО до 300
Е,.д, В/м
Нгд, А/м		-	-
ЕНЕгд, (В/м)^2 ■ год
ЕННгд,(А/іі)^2 год		-	-

Одночасна дія електричного і магнітного полів вважається допу­стимою, якщо:

и*¹. (²⁵⁷>

де Е_НЕ і Е_нн енергетичні навантаження, що характеризують фактичну дію електричного і магнітного полів.

Гранично допустимі значення ГПЕ на робочих місцях працівників визначаються в залежності від допустимого енергетичного наванта­ження ЕН_ГПЕгд та тривалості дії Т за формулою:

ГПЕ,._;ГК-ЕН_ГПЕгд/Т, (2.58)

де ГІІЕ_|.,₁ - граничне значення потоку енергії, Вт/м²;

ЕН_ГПЕгі1 - граничне допустиме енергетичне навантаження на організм люди­ни протягом дня, що дорівнює 2 Вт • год/м² і є добутком щільності потоку енергії поля (ГПЕ) на тривалості його дії ЕН_ГПЕ = ГПЕ • Т; К - коефіцієнт послаблення біологічної ефективності, що дорівнює: 1 - для всіх випадків дії, включаючи опромінювання від обертових та скануючих антен; 10 - для випадів опромінювання від обертових та скануючих антен з часто­тою обертання чи сканування не більш 1 Гц та шпаруватістю не менше 50; Т - тривалість перебування у зоні опромінювання за робочу зміну, год.

У всіх випадках максимальне значення ГПЕ_Гд не повинно переви­щувати 10 Вт/м².

ІЕН_Е, < ЕН_Егд; < ЕН

(2.59)

У випадку одночасній дії на працівників ЕМВ декількох джерел енергетичне навантаження не повинно перевищувати гранично допу­стимих значень:

_Нгл; ІЕН_ГПЕІ < ЕН_ГПЕгд.

Для населення електромагнітне поле в 5-8 діапазонах частот (табл. 2.20) згідно ДСН 239-96 оцінюється електричною складовою напруженості поля (табл. 2.22), а у 9...11 діапазонах - поверхневою густиною потоку енергії.

Гранично допустимі рівні електромагнітних полів для населення (крім телебачення) приймаються згідно ДСН 239-96.

Гранично допустимі рівні електромагнітних полів (Е_|7(р, В/м), які створюють телевізійні радіостанції в діапазоні частот від 48 до 1000 М Гц, визначається за формулою:

Е_глр = 21г-°,37. ₍₂₆₀₎

де £ - несуча частота каналу зображення або звукового супроводу, МГц.

Таблиця 2.22

Гранично допустимі рівні електромагнітних полів для населення (крім телебачення, згідно з ДСН 239-96)

№ діапазону	Діапазон частот	Довжина хвиль	ГДР(ЕГЛР)
	ЗО...300 кГц	10...1 км	25 В/м
	0,3...3 МГц	1...0.1 км	15 В/м
	3... 30 МГц	100...10м	31§Х., В/м*
	ЗО... 300 МГц	10...ІМ	ЗВ/м

X - довжина хвилі, м; ГДР» 7,43 - ЗІ§Г, де і - частота, МГц.

Гранично допустимі рівні електромагнітних полів, що створюють­ся радіолокаційними станціями (імпульсне випромінювання) у діапа­зонах 9-11, оцінюються ГПЕ в залежності від режимів їх роботи і зна­ходяться у діапазоні 2,5... 140 мкВт/см².

Для електромагнітних полів промислової частоти (50 Гц) нормати­ви встановлюються згідно ГОСТ 12.1.002-84, ДСН 239-96 і ДСанПіН 3.3.6.096-2002. Нормативною є напруженість електричної складової поля. Гранично допустимий рівень на робочому місці становить 5 кВ/м. Припустимий час дії електромагнітного поля становить: при напруженості 5 кВ/м - 8 год; при напруженості більше 5 і 20 кВ/м включно визначається за формулою Т - 50/ Е - 2 год (де Е - фактич­на напруженість); за напруженості більше 20 до 25 кВ/м - 10 хв. У населеній місцевості ГДР - 5 кВ/м, всередині житлових будинків -0,5 кВ/м.

Санітарними нормативами також встановлюються захисні зони поблизу ліній електропередачі в залежності від їх напруги: 20 м для лінії з напругою 330 кВ, ЗО м з напругою 500 кВ і 55 м для лінії з напругою 1150 кВ.

Вимірювання параметрів ЕМВ слід виконувати не рідше одного разу на рік, а також під час введення в дію нових установок, внесення змін у конструкцію, розміщення чи режим роботи установок, при організації нових робочих місць та внесенні змін у засоби захисту від дії ЕМВ. Для вимірювання інтенсивності ЕМВ застосовуються при­лади - вимірювачі напруженості та вимірювачі малої напруженості електромагнітних полів.

Дата добавления: 2014-11-20