Методика изучения напряженности электромагнитных полей на производстве

Общая цель занятия. Освоить методы измерения электромагнитной энергии, а также научиться методическому подходу к гигиенической оценке и профилак­тике неблагоприятного воздействия этого фактора производственной среды.

Частные дидактические цели: 1) ознакомиться с физическими параметрами электромагнитных полей (ЭМП); 2) научиться измерять напряженность электри­ческого и магнитного полей; 3) освоить принципы гигиенической оценки и нор­мирования этого фактора путем сопоставления полученных данных с данными нормативно-технической документации; 4) научиться разрабатывать профилак­тические мероприятия по снижению неблагоприятного воздействия ЭМП в кон­кретных производственных условиях, составлять санитарно-гигиеническое заклю­чение; 5) ознакомиться с приборами, наиболее часто применяемыми для измере­ния ЭМП.

Вводные замечания

Электромагнитная энергия от инфранизких до сверхвысоких частот находит широкое применение во всех областях науки и техники.

Системы, генерирующие, передающие и использующие электромагнитную энергию для различных технологических процессов, создают в окружающей среде электромагнитные поля в диапазоне частот от долей герца до 10²⁴ Гц (рис. 27).

К электромагнитным полям относятся электростатическое, постоянное маг­нитное, низкочастотное поле (в том числе электрическое поле частотой 50 Гц), электромагнитное поле радиочастот, инфракрасное, ультрафиолетовое, лазерное излучение.

Источниками электростатического поля (ЭСП) являются энергетические уста­новки для электротехнологических процессов, применяемые в народном хозяйстве {электрогазоочистка, электростатическая сепарация руд и материалов, электроста­тическое нанесение лакокрасочных материалов и др.).

Источниками постоянных магнитных полей (ПМП) являются электролизные ванны (электролизеры), линии передачи постоянного тока, электротехнические устройства, по которым поступает постоянный ток, различные магнитные уст­ройства и установки {электромагниты, соленоиды, импульсные установки полупериодного или конденсаторного типа и др.).

Электромагнитные поля радиочастот, образующиеся ламповыми генераторами токов высокой частоты, используются для обработки металла и диэлектриков, в радиовещании; ультравысокочастотными генераторами — в телевидении, ра­диосвязи и медицине; сверхвысокочас­тотными генераторами — в радиосвя­зи, радиолокации, радионавигации, радиоспектроскопии, радиоастрономии и др.

Электромагнитное поле — особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. ЭМП в вакууме характеризуется векто­ром напряженности электрического '(ЭП) и магнитного поля (МП), кото­рые определяют силы, действующие со стороны поля на неподвижные и дви­жущиеся заряженные частицы. МП и ЭП могут существовать отдельно, но только тогда, когда их величины неиз­менны. Переменные магнитное и элект­рическое поля отдельно друг от друга существовать не могут.

Электромагнитное поле в воздуш­ном пространстве распространяется в виде электромагнитных волн с конечной скоростью, близкой к скорости света. ЭМП по ходу своего распространения переносит энергию, оказывающую сило­вое воздействие на неподвижные и дви­жущиеся заряды, что легло в основу определения его физических величин.

Постоянное электрическое (электро­статическое) поле создается неподвиж­ными электрическими зарядами и харак­теризуется взаимодействием с ними. Оно является наиболее распространенным стационарным физическим полем в энерге­тических установках и электротехнологических процессах. ЭСП может существо­вать в виде собственно электростатического поля (поле неподвижных зарядов) или стационарного электрического поля (электрическое поле постоянного тока).

Основными физическими параметрами ЭСП являются напряженность поля и потенциалы его отдельных точек (табл. 34). Напряженность ЭСП (Я) —вектор­ная величина, определяющая отношение силы, действующей в поле на точечный заряд, к величине этого заряда. Единицей напряженности является вольт на метр (В/м). Потенциал точки поля является его энергетической характеристикой. Потенциал любой точки ЭСП равен энергии, которую необходимо затратить для перемещения электрического заряда, создающего ЭП, из бесконечности в данную точку поля. При этом потенциал бесконечно удаленных точек принимается рав­ным нулю. Обычно за поверхность нулевого потенциала принимают поверхность

Таблица 34. Единицы измерения интенсивности ЭМП в Международной

Системе единиц (СИ)

Диапазон	Название величины	Обозначение единицы
Постоянное магнитное по­ле Постоянное электрическое (электростатическое) по­ле Электромагнитное поле до 300 МГц Электромагнитное поле 0,3—300 ГГц	Напряженность поля Магнитная индукция Напряженность поля Потенциал Электрический заряд Напряженность магнитного поля Напряженность электрического поля Плотность потока энергии	Ампер на метр, А/м Тесла, Тл Вольт на метр, В/м Вольт, Б Кулон, Кл Ампер на метр, А/м Вольт на метр, В/м   Ватт на квадратный метр, Вт/м2

 

Земли и проводящие тела, связанные с Землей. Единицей потенциала является вольт (В).

Поверхности, расположенные в пространстве, окружающем электростатичес­кие заряды с равными потенциалами всех точек, называются поверхностями рав­ного потенциала. Величина потенциала (U) определяется электрическими зарядом и емкостью

U = q/C

где q — электрический заряд, Кл; С—электрическая емкость, Ф.

Данное соотношение справедливо лишь для проводников, а для диэлектриков значение электрической емкости при одном и том же электрическом заряде изме­няется в пределах, обусловленных взаимным размещением материалов и окру­жающих его заземленных конструкций. Измерение потенциала дает лишь качест­венную оценку степени электризации материала в данных условиях. Поэтому для гигиенической оценки интенсивности ЭСП наиболее объективным физическим па­раметром является напряженность поля.

Постоянное магнитное поле (ПМП) характеризуется взаимодействием с дви­жущимися электрическими зарядами. В ПМП на движущийся электрический за­ряд действует сила, изменяющая траекторию движения этого заряда. ПМП соз­дается постоянным электрическим током или веществами, имеющими свойства постоянных магнитов. Электрическое поле постоянных магнитов сосредоточено в их веществе и не выходит за их пределы. Силовыми характеристиками ПМП являются магнитная индукция и напряженность магнитного поля (см. табл. 34). Магнитная индукция равна силе, действующей в данном поле на проводник еди­ничной длины с единичным током. Единицей магнитной индукции является тесла (Тл). Эта величина зависит от свойств среды, в которой существует магнитное поле. Напряженность магнитного поля определяется силой, действующей в маг­нитном поле на проводник с током независимо от свойств среды. Вектор напря­женности совпадает с вектором индукции. Единицей напряженности является ампер на метр (А/м).

Переменное электромагнитное поле, как уже указывалось, представляет собой совокупность магнитного и электрического полей и распространяется в пространст­ве в виде электромагнитных волн. Основными физическими параметрами элек­тромагнитного поля являются скорость распространения электромагнитной волны, длина волны, частота колебаний, которые связаны соотношением

λ = c/f√ε´μ´

где λ —длина волны, м; с —скорость распространения электромагнитной волны в воздушном пространстве, равна скорости света (3-Ю⁸ м/с); I—частота колеба­ний, Гц; ε'—диэлектрическая проницаемость среды (в воздухе равна 1); μ´— магнитная проницаемость среды (в воздухе равна 1).

Спектр электромагнитных колебаний радиочастот условно делят на диапазо­ны по частоте колебаний или длине волны. По частоте колебаний электромагнитные волны подразделяют на диапазоны низких (НЧ), сред­них (СЧ), высоких (ВЧ), очень высоких (ОВЧ), ультравысо­ких (УВЧ), сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких час­тот (КВЧ) (табл. 35).

По длине волны различа­ют километровые, гектометровые, декаметровые, метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые диапазоны.

Электромагнитные колеба­ния, создаваемые высокочастотными генераторами, могут быть гармоническими, в кото­рых электрическая и магнит­ная составляющие изменяются по закону синуса, модулиро­ванными — закону амплитуды, частоты или фазы. Поэтому ЭМП бывают немодулирован­ными или модулированными с амплитудной, частотной, фазо­вой, импульсной модуляциями. При работе генераторов с им­пульсной модуляцией электро­магнитные волны определенной длительности следуют периоди­чески друг за другом и разде­лены паузами заданной про­должительности.

Свойства электромагнит­ных полей меняются по мере удаления от источника. Рас­пространяясь вокруг источника излучения в пространстве, элек­тромагнитное поле условно де­лится на три зоны: ближ­нюю — зону индукции, проме­жуточную — зону интерферен­ции и дальнюю — волновую зону. В зоне индукции нет сформированного электромаг­нитного поля, электрическая и магнитная составляющие не связаны между собой в опре­деленной зависимости, их век­торные величины смещены по фазе па 90°: если одна дости­гает максимума, другая — ми­нимума. Поэтому возможно воздействие преимущественно либо электрического, либо маг­нитного переменного поля, ли­бо того и другого одновремен­но. В связи с этим отдельно определяют напряженность электрического и напряжен­ность магнитного полей.

В волновой зоне, где элект­ромагнитное поле сформировано, напряженность электрического и магнитного полей совпадает по фазе и мате­матически подчинена следующей зависимости:

Е = 377 H,

где коэффициент 377 — волновое сопротивление пространства (воздуха). Воздей­ствие на организм электрического и магнитного полей в этой зоне возможно толь­ко одновременно в соответствии с приведенной зависимостью. В связи с этим достаточно измерить одну составляющую (Е или H) ЭМП для оценки гигиени­ческой ситуации. При этом гигиеническое нормирование может проводиться толь­ко одной составляющей — зачастую напряженности электрического поля. Напря­женность электрического и магнитного полей является силовой характеристикой электромагнитного поля. Одновременно с этим существует энергетическая харак­теристика— поверхностная плотность потока энергии (ППЭ), единицей которой является ватт на квадратный метр (Вт/м²). ППЭ — это энергия, переносимая от источника электромагнитного излучения через единичную площадку за единицу времени в зоне плоско сформировавшейся волны.

Поверхностная -плотность потока энергии и напряженность электрического па­ля связаны соотношением

ППЭ = E² /377.

При проведении измерения напряженности ЭМП важно установить, в какой зоне находится рабочий.

Если геометрические размеры источника излучения (К) меньше длины волны излучения (точечный источник), границы зон определяются следующими расстоя­ниями: R< λ/2π — зона индукции; λ/2 < R < 2 π λ — промежуточная зона; R > > 2л; λ — волновая зона. При наличии источников километровых, гектометровых, декаметровых, метровых (соответственно НЧ, СЧ, ВЧ и ОВЧ) волн на рабочих местах преобладает зона индукции, при генерировании дециметровых, сантимет­ровых и миллиметровых (соответственно УВЧ, СВЧ, КВЧ) волн — промежуточ­ная и волновая зона. Между приведенными закономерностями четкой границы не существует: правильнее говорить о преобладании той или иной зоны. Условно расстояние распространения зоны индукции от излучателя электромагнитного по­ля для километровых волн составляет 160—500 м, гектометровых —16-160 м, декаметровых—1,6—16 м, метровых—< 1,6 м. Для волновой зоны, в которой практически находятся работающие со сверхвысокочастотной аппаратурой, зона индукции составляет 1,6—16 см для дециметровых и 0,16—1,6 см — для санти­метровых волн.

Когда источником излучения являются длинные щели, жалюзи, отверстие в экране, область сформированного электромагнитного поля находится практически на расстоянии нескольких длин излучающей щели. В случае применения рупорныx источников (антенн) волновая зона определяется из следующего соотношения:

R > 2(L₁ + L₂)²/ λ

где L₁, L₂ — размер раструба рупора; λ — длина волны, м; R — расстояние до ис­точника излучения.

В производственных помещениях, где много металлического оборудования, в экранированных замкнутых пространствах могут возникать как прямые, так и отраженные электромагнитные волны. В таких случаях величина ППЭ через единицу поверхности не будет адекватно характеризовать уровень воздействия ЭМП на человека. Поэтому оценивать количество энергии электромагнитного по­ля следует в единице объема (ТУ) и выражать в Дж/м³. Эту величину можно оп­ределять в волновой зоне по соотношению с электрической или магнитной состав­ляющими ЭМП, или поверхностной плотностью потока энергии:

W = W_E + W_H

10^-8

W = W_E= * E²

W_H=2 π*10^-6 * H²;

 

W = 3,3*10^-7P

 

где W — энергия излучения электромагнитного поля в единице объема, Дж/м³; W_E — энергия излучения электрического поля, Дж/м³; W_Н — энергия излучения магнитного поля, Дж/м³; Е—напряженность электрического поля, В/м; H — на­пряженность магнитного поля, А/м; Р—'поверхностная плотность потока энергии, Вт/м^а.

По величине 1У можно судить о степени облучения сложными полями, кото­рые обусловлены, например, одновременной работой нескольких источников гене­рации одного диапазона или разных частот.

 

⇐ Предыдущая23242526272829303132Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: