Расчет электромагнитных полей, часто используемых в производственных условиях

Приднестровский государственный университет имени Т.Г. Шевченко

ОТЧЕТ

По лабораторной работе

По дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

«Расчет частот ЭМП и средств защиты от воздействия ЭМИ, используемых

В производственных условиях»

Тема лабораторной работы

Студент _________________________________ Группа ___________________________

(инициалы, фамилия)

Вариант ___________________ Ф.И.О. преподавателя __________________________

Подпись студента__________________ Подпись преподавателя ________________

Дата ___________________________ Дата _______________________________

Дата

г. Тирасполь

Цель работы: провести расчет ЭМП, часто используемых в производственных условиях и сравнить их с допустимыми величинами для разработки мероприятий по защите от воздействия ЭМИ.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

В настоящее время произошел огромный скачек в развитии технических средств. Большинство населения фактически живет в весьма сложном электромагнитном поле (ЭМП), которое становится все труднее и труднее характеризовать: интенсивность этого поля в миллионы раз превосходит уровень планетарного магнитного поля и резко отличается по своим характеристикам от полей естественного происхождения.

Особенно резко напряженность полей возрастает вблизи линий электропередач (ЛЭП), радио-и телестанций, средств радиолокации и радиосвязи (в том числе мобильной и спутниковой), различных энергетических и энергоемких установок, городского транспорта. В бытовых условиях повышение электромагнитных полей вызывается применением электроприборов, видеодисплейных терминалов, сотовых телефонов, пейджеров, которые излучают ЭМП самой различной частоты, модуляции и интенсивности.

Масштабы электромагнитного загрязнения среды стали столь существенными, что Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) включила эту проблему в число наиболее актуальных в этом столетии для здоровья человека.

В настоящее время установлено влияние электромагнитных полей и излучений на все органы человеческого организма. Отрицательное воздействие ЭМП на человека и на те, или иные компоненты экосистем прямо пропорциональны мощности поля и времени облучения. Длительное воздействие сильных ЭМП вызывает у человека нарушения эндокринной системы, обменных процессов, функции головного и спинного мозга, повышает склонность к депрессиям и даже самоубийству и увеличивает вероятность развития сердечно-сосудистых заболеваний и раковых опухолей.

Электромагнитное поле – это совокупность двух неразрывно связанных между собой переменных полей, характеризующихся напряженностью электрической (Е, В/м) и магнитной (Н, А/м) составляющих. Изменение этого поля в пространстве происходит с той же частотой (f, Гц), с которой пульсирует ток в проводнике.

Расстояние, на которое распространяется электромагнитная волна за один период, называется длиной волны λ=c/f, где с – скорость света, м/с.

Пространство вокруг источника ЭМП можно разделить на три зоны:

- зону индукции – формирования волны, которая находится на расстоянии R<λ/2π;

- зону интерференции, которая характеризуется наличием максимумов и минимумов потока энергии и находится на расстоянии R от источника: λ/2π < R <2πλ;

- зону излучения на расстоянии R >2πλ.

При распространении ЭМП происходит перенос энергии, величина которой определяется вектором Умова-Пойтинга. Величина этого вектора измеряется в Вт/м² и называется интенсивностью I или плотностью потока энергии (ППЭ).

В первой зоне характеристическими критериями ЭМП являются отдельно напряженности электрической Е и магнитной Н составляющих, в зонах интерференции и излучения – комплексная величина ППЭ I. В табл. 1. приведена классификация ЭМП в зависимости от диапазона радиочастот.

Табл. 1. Классификация ЭМП в зависимости от диапазона радиочастот

В ВЧ- диапазоне электромагнитного поля длина волны намного больше размеров тела человека. Диэлектрические процессы, происходящие под воздействием ЭМП этого диапазона, выражены слабо. В результате происходит сокращение мышц, разогрев организма, страдает нервная система, повышается утомляемость.

На более высоких частотах в УВЧ- и СВЧ- диапазонах длина волны становится соизмерима с размерами человека и его отдельными органами, в тканях начинают преобладать диэлектрические потери, в электролитах (крови и лимфе) наводятся ионные вихревые токи. Энергия ЭМП поглощается организмом, превращаясь в тепловую энергию, нарушаются обменные процессы в клетках. До значения плотности потока поля I ≤10 Вт/м², называемого тепловым порогом, механизмы терморегуляции организма справляются с подводимым теплом. При большой интенсивности может повыситься температура. Особенно страдают органы со слабовыраженным механизмом терморегуляции: мозг, глаза, желчный и мочевой пузырь, нервная система. Облучение глаз может привести к помутнению кристаллика (катаракте), возможны ожоги роговицы. Наблюдаются трофические явления в организме, старение и шелушение кожи, выпадение волос, ломкость ногтей.

В зависимости от интенсивности и времени воздействия изменения в организме могут быть обратимыми и необратимыми. Доказана наибольшая биологическая активность микроволнового СВЧ- поля в сравнении с ВЧ и УВЧ.

Таким образом, если не принять мер защиты, то излучаемая электромагнитная энергия может оказать вредное влияние на организм человека.

Нормирование ведется в соответствии с Санитарными правилами и нормами (СанПиН) и ГОСТами системы безопасности труда (ГОСТ ССБТ).

Нормирование полей промышленной частоты 50 Гц в условиях производства:

- осуществляется по напряженности электрической составляющей поля Е_Д ≤ 5 кВ/м – при нахождении в контролируемой зоне работника в течение всего рабочего дня,

- при напряженности 5 – 20 кВ/м допустимое время нахождениярассчитывается по специальной формуле (Т_Д = (50/Е_изм) – 2, где Е_изм – измеренная величина напряженности).

Предельно допустимый уровень напряженности для производства 25 кВ/м. для жилого сектора напряженность от линии электропередач не должна превышать:

- на территории жилой застройки 1кВ/м;

- внутри жилых зданий 0,5 кВ/м.

Нормирование полей радиочастотного диапазона приведены в таблице 2.

Для бытовых источников ЭМП массового использования, таких как сотовые телефоны и микроволновые печи, существуют специальные нормы.

1. Гигиенические нормативы ГН 2.1.8./2.2.4.019 – 94. Временные допустимые уровни (ВДУ) воздействия электромагнитных излучений, создаваемых системой сотовой связи. В работе этих систем используется следующий принцип: территория города и района делится на небольшие зоны (соты) радиусом 0,5 – 2 км, в центре каждой зоны располагается базовая станция. Системы сотовой радиосвязи работают в интервале 400 МГц – 1,2 ГГц, т.е. в СВЧ- диапазоне. Максимальная мощность передатчиков базовых станций не превышает 100 Вт, коэффициент усиления антенны 10 – 16 дБ. Мощность передатчиков автомобильных станций 8 – 20 Вт, ручных радиотелефонов 0,8 – 5 Вт. Лица, профессионально связанные с источниками ЭМП, подвергаются его воздействию в течение рабочего дня, население, проживающее в непосредственной близости от базовых станций, - до 24 ч в сутки, пользователи – только во время телефонных разговоров. Временно допустимые уровни (ВДУ) облучения:

- профессиональное воздействие – предельно допустимое значение I_ПД = 2/t, Вт/м²,

I_ПДмакс ≤ 10 Вт/м²;

- непрофессиональное воздействие – облучениенаселения, проживающего вблизи антенн базовых станций - I_ПД ≤ 0,1 Вт/м²; облучение пользователей радиотелефонов - I_ПД ≤ 1 Вт/м² ;

2. Предельно допустимые уровни плотности потока энергии, создаваемой микроволновыми печами в бытовых условиях – до 0,1 Вт/м² на расстоянии 50 ± 5 см от любой точки микроволновой печи.

Для защиты от ЭПМ РЧ используются следующие методы:

- уменьшение излучения в источнике; - изменение направленности излучения;

- уменьшение времени воздействия; - увеличение расстояния до источника излучения;

- защитное экранирование; - применение средств индивидуальной защиты.

Расчет электромагнитных полей, часто используемых в производственных условиях

2.1. Оценка уровня воздействия электростатического поля (ЭСП)

В соответствии с выданным преподавателем заданием оценка уровня воздействия производится в следующей последовательности:

1. Произведите расчет предельно допустимого уровня напряженности электростатического поля при воздействии на персонал более одного часа за смену по формуле:

где E_ПДУ – предельно допустимый уровень напряженности поля, кВ/м; t – время воздействия, ч.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) напряженности электростатического поля (Е_ПДУ) устанавливается равным 60 кВ/м в течение 1 часа [8].

где Е_факт – фактическое значение напряженности ЭСП, кВ/м.

При напряженности ЭСП, превышающей 60 кВ/м, работа без применения средств защиты не допускается, а при напряженности менее 20 кВ/м время пребывания не регламентируется.

3. По полученным расчетам сделайте вывод о времени работы персонала в ЭСП, в том числе с использованием средств защиты.

2.2. Оценка уровня воздействия электромагнитных полей (ЭМП) различных диапазонов частот

Оценка ЭМП различного диапазона частот осуществляется раздельно по напряженностям электрического поля (Е, кВ/м) и магнитного поля (Н, А/м) или индукции магнитного поля (В, мкТл), в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц по плотности потока энергии (ППЭ, Вт/м²), в диапазоне частот 30 кГц – 300 ГГц– по величине энергетической экспозиции.

2.2.1. ЭМП промышленной частоты

Предельно допустимый уровень напряженности ЭП на рабочем месте в течение всей смены устанавливается равным 5 кВ/м [3].

Оценка и нормирование ЭМП промышленной частоты на рабочих местах персонала проводится дифференцированно в зависимости от времени пребывания в электромагнитном поле.

1. Произведите расчет допустимого времени пребывания персонала (в соответствии с вариантом задания) в ЭП при напряженностях от 5 до 20 кВ/м по формуле:

где Е – напряженность электрического поля в контролируемой зоне (Е₁, Е₂, Е₃), кВ/м; Т – допустимое время пребывания в ЭП при соответствующем уровне напряженности, ч.

При напряженности ЭП от 20 до 25 кВ/м допустимое время пребывания составляет 10 мин. Пребывание в ЭП с напряженностью более 25 кВ/м без средств защиты не допускается.

2. Рассчитайте время пребывания персонала в течение рабочего дня в зонах с различной напряженностью ЭП по формуле:

где Т_пр – приведенное время, эквивалентное по биологическому эффекту пребывания в ЭП нижней границы нормируемой напряженности, ч; t_E1, t_E2 , t_E4 , t_En – время пребывания в контролируемых зонах напряженностями Е₁, Е₂, Е₃, Е_n, ч; T_E1 , T_E2 , T_E3 , T_En – допустимое время пребывания для соответствующих зон, ч.

Проведенное время не должно превышать 8 ч. Различие в уровнях напряженности ЭП контролируемых зон устанавливается в 1 кВ/м.

Требования действительны при условии, что проведение работ не связано с подъемом на высоту, исключена возможность воздействия электрических разрядов на персонал, а также при условиях защитного заземления всех изолированных от земли предметов, конструкций, частей оборудования, машин, механизмов, к которым возможно прикосновение работающих в зонах влияния ЭП.

2.2.2. ЭМП диапазона частот 30 кГц – 300 ГГц

Оценка и нормирование ЭМП осуществляется по величине энергетической экспозиции (ЭЭ). Энергетическая экспозиция ЭМП определяется как произведение квадрата напряженности электрического или магнитного поля на время воздействия на человека

1. Рассчитайте энергетическую экспозицию в диапазоне частот 30 кГц – 300 МГц (в соответствии с заданием) по формулам:

где Е – напряженность электрического поля, В/м; Н – напряженность магнитного поля, А/м; Т – время воздействия на рабочем месте за смену, ч.

где ППЭ – плотность потока энергии (мкВт/см²).

Предельно допустимые уровни энергетических экспозиций (ЭЭПДУ) на рабочих местах персонала за смену приведены в табл. 2.

Табл. 2. ПДУ энергетических экспозиций ЭМП диапазона частот 30 кГц – 300 ГГц

Максимальные допустимые уровни напряженности электрического и магнитного полей, плотности потока энергии ЭМП не должны превышать значений, представленных в табл. 3.

Табл 3. Максимальные ПДУ напряженности и плотности потока энергии ЭМП диапазона частот

30 кГц – 300 ГГц

*Для условий локального облучения кистей рук.

Предельно допустимые уровни ЭМП диапазона частот 30 кГц – 300 ГГц для населения отражены в табл. 4.

3. Определите предельно допустимый уровень ЭМП для средств связи и телевизионного вещания по формуле:

где Е_ПДУ – значение предельно допустимого уровня напряженности электрического поля, В/м;

f – частота, МГц.

4. Рассчитайте предельно допустимый уровень плотности потока энергии при локальном облучении кистей рук при работе с микрополосовыми устройствами по формуле:

где ЭЭ_ППЭпду – предельно допустимый уровень энергетической экспозиции потока энергии, равная

200 мкВт/см² (табл.2.); K –коэффициент ослабления биологической эффективности, равный 12,5;

Т – время пребывания в зоне облучения за рабочий день (рабочую смену), ч.

Табл. 4. Предельно допустимые уровни ЭМП диапазона частот 30 кГц – 300 ГГц для населения

* кроме средств радио- и телевизионного вещания (диапазон частот 48,5–108; 174–230 МГц).

** для случаев облучения от антенн, работающих в режиме кругового обзора или сканирования.

Во всех случаях максимальное значение ППЭ_ПДУ не должно превышать 50 Вт/м² (5000 мкВт/см²).

5. Рассчитайте предельно допустимую плотность потока энергии при облучении лиц от антенн, работающих в режиме кругового обзора или сканирования с частотой не более 1 кГц и скважностью не менее 20 по формуле:

где K –коэффициент ослабления биологической активности прерывистых воздействий, равный 10.

При этом плотность потока энергии не должна превышать для диапазона частот 300 МГц – 300 ГГц - 10 Вт/м² (1000 мкВт/см²).

6. Определите предельно допустимое значение интенсивности ЭМИ в диапазоне 60 кГц – 300 МГц (Е_ПДУ, Н_ПДУ, ППЭ_ПДУ) в зависимости от времени воздействия в течение рабочего дня (рабочей смены) по формулам:

где Е_ПДУ, Н_ПДУ и ППЭ_ПДУ – предельно допустимые уровни напряженности электрического, магнитного поля и плотность потока энергии; ЭЭ_E , ЭЭ_H , и ЭЭ_{ППЭ пду} – предельно допустимые уровни энергетической экспозиции в течение рабочего дня (рабочей смены), указанные в табл. 2.

Значения предельно допустимых уровней напряженности электрической (Е_ПДУ), магнитной (Н_ПДУ) составляющих и плотности потока энергии (ППЭ_ПДУ) в зависимости от продолжительности воздействия ЭМИ радиочастот приведены в табл. 5., 6.

ПДУ напряженности электрического и магнитного поля диапазона частот 10–30 кГц при воздействии в течение всего рабочего дня (рабочей смены) составляют 500 В/м и 50 А/м, а при работе до двух часов за смену – 1000 В/м и 100 А/м соответственно.

В диапазонах частот 30 кГц – 3 МГц и 30 – 50 МГц учитывается ЭЭ создаваемые как электрическим (ЭЭ_Е), таки магнитными (ЭЭ_H) полями:

При облучении от нескольких источников ЭМП, работающих в частотных диапазонах, для которых установлены различные ПДУ, должны соблюдаться следующие условия:

Табл. 5. Предельно допустимые уровни напряженности электрической и магнитной составляющих в диапазоне частот 30 кГц – 300 МГц в зависимости от продолжительности воздействия

Примечание. При продолжительности воздействия менее 0,08ч дальнейшее повышение интенсивности не допускается.

При одновременном или последовательном облучении персонала от источников, работающих в непрерывном режиме, и от антенн, излучающих в режиме кругового обзора и сканирования, суммарная ЭЭ рассчитывается по формуле:

где ЭЭ_{ППЭ сум} – суммарная ЭЭ, которая не должна превышать 200 мкВт/см²ч; ЭЭ_ППЭн – ЭЭ, создаваемая непрерывным излучением; ЭЭ_ППЭпр – ЭЭ, создаваемая прерывистым излучением вращающихся или сканирующих антенн, равная (0,1 · ППЭ_пр · Т_пр ).

Табл..6. Предельно допустимые уровни плотности потока энергии в диапазоне частот

300 МГц – 300 ГГц в зависимости от продолжительности воздействия

Примечание. При продолжительности воздействия менее 0,2 часа дальнейшее повышение интенсивности воздействия не допускается.

В данной лабораторной работе мы не рассматриваем импульсные электромагнитные поля радио технических объектов (ИЭМП).

2.3. Защита от воздействия электромагнитного поля

Защита от излучений и электромагнитных полей в нашей республике регламентируется Законом ПМР «Об охране окружающей среды», а также рядом нормативных документов (ГОСТы, СанПиНы, СНиП др.).

В целях предупреждения неблагоприятного влияния на состояние здоровья производственного персонала объектов и населения ЭМП используют комплекс мер, включающий в себя проведение организационных, инженерно-технических и лечебно-профилактических мероприятий.

Основной способ защиты населения от возможного вредного воздействия ЭМП ЛЭП – создание охранных зон шириной от 15 до 40 м в зависимости от напряжения линий электропередачи. На открытой местности применяют тросовые экраны, железобетонные заборы, высаживают деревья высотой более 2 м.

Организационные мероприятия включают:

- выделение зон воздействия ЭМП (с уровнем, превышающим ПДУ с ограждением и обозначением соответствующими предупредительными знаками);

- выбор рациональных режимов работы оборудования;

- расположение рабочих мест и маршрутов передвижения обслуживающего персонала на расстояниях от источников ЭМП, обеспечивающих соблюдение ПДУ;

- ремонт оборудования, являющегося источником ЭМП, следует проводить по возможности вне зоны влияния полей от других источников;

- организацией системы оповещения о работе источников излучения ЭМП;

- разработка инструкции по безопасным условиям труда при работе с источником ИЭМП;

- соблюдение правил безопасной эксплуатации источников ЭМП.

Инженерно-технические мероприятия включают:

- рациональное размещение оборудования;

- организация дистанционного управления аппаратурой;

- заземление всех изолированных от земли крупногабаритных объектов, включая машины и механизмы, металлические трубы отопления, водоснабжения и т. д., а также вентиляционные устройства;

- использование средств, ограничивающих поступление электромагнитной энергии на рабочие места персонала (поглотители мощности, экранирование отдельных блоков или всей излучающей аппаратуры, рабочего места, использование минимальной необходимой мощности генератора, покрытие стен, пола и потолка помещений радиопоглощающими материалами);

- применение средств коллективной и индивидуальной защиты (защитные очки, щитки, шлемы; защитная одежда – комбинезоны и костюмы с капюшонами, изготовленные из специальной электропроводящей, радиоотражающей или радиопоглощающей ткани; рукавицы или перчатки, обувь). Все части защитной одежды должны иметь между собой электрический контакт.

Лечебно-профилактические мероприятия:

- все лица, профессионально связанные с обслуживанием и эксплуатацией источников ЭМП, в том числе импульсных, должны проходить предварительный при поступлении на работу (отбор для лиц для работы с импульсными источниками) и периодические профилактические медосмотры в соответствии с действующим законодательством;

- лица, не достигшие 18-летнего возраста и беременные женщины допускаются к работе в условиях возникновения ЭМП только в случаях, когда интенсивность ЭМП на рабочих метах не превышает ПДУ, установленный для населения;

- контроль за условиями труда, за соблюдением санитарно эпидемиологических правил и нормативов на рабочих местах;

Поиск по сайту: