Электромагнитное излучение

Спектр электромагнитных колебаний по частоте достигает 10²¹ Гц. В зависимости от энергии фотонов (квантов) его подразделяют на область неионизирующих и ионизирующих излучений. К неионизирующим излучениям относят также электрические и магнитные поля (ЭМП).

К источникам ЭМП промышленной частоты относятся линии электропередач (ЛЭП) напряжением до 1150 кВ, открытые распределительные устройства, включающие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы. Они являются источниками электрических и магнитных полей промышленной частоты (50 Гц). Долгое действие таких полей приводит к расстройствам, которые субъективно выражаются жалобами на головную боль в височной и затылочной области, вялость, расстройство сна, снижение памяти, повышенную раздражительность, апатию, боли в области сердца.

Для хронического воздействия ЭМП промышленной частоты характерны нарушения ритма и замедление частоты сердечных сокращений. У работающих с ЭМП промышленной частоты могут быть функциональные нарушения в ЦНС и сердечно-сосудистой системе, в составе крови. Поэтому надо ограничивать время пребывания человека в зоне действия электрического поля (ЭП), создаваемого токами промышленной частоты напряжением выше 400 кВ.

Нормирование ЭМП промышленной частоты ведут по предельно допустимой напряжённости электрического и магнитного полей частотой 50 Гц в зависимости от времени пребывания в нём, используя:

- ГОСТ 12.1.002-84 ССБТ «Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряжённости и требования к проведению контроля на рабочих местах» [107];

- СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях» [212].

Пребывание в ЭП напряжённостью до 5 кВ/м включительно допускается в течение всего рабочего дня. Допустимое время (в часах) пребывания в ЭП напряжённостью 5–20 кВ/м вычисляется по формуле (10):

(10)

где Е – напряжённость воздействующего ЭП в контролируемой зоне, кВ/м.

Допустимое время пребывания в ЭП может быть реализовано одноразово или дробно в течение рабочего дня. В остальное рабочее время напряжённость ЭП не должна превышать 5 кВ/м. При напряжённости ЭП 20–25 кВ/м время пребывания персонала в ЭП не должно превышать 10 мин. Предельно допустимый уровень напряжённости ЭП - 25 кВ/м.

При нахождении персонала в течение рабочего дня в зонах с различной напряжённостью ЭП время пребывания вычисляется по формуле (11):

, (11)

где Т_пр – приведённое время, эквивалентное по биологическому эффекту пребыванию в ЭП нижней границы нормируемой напряжённости, ч, (Т_пр < 8 ч); – время пребывания в контролируемых зонах с напряжённостью Е₁,..., Е_n; T_E1,...,Т_Еn – допустимое время пребывания в ЭП для соответствующих контролируемых зон. Различие в уровнях напряжённости ЭП контролируемых зон устанавливается 1 кВ/м.

Влияние электрических полей переменного тока промышленной частоты в условиях населённых мест (внутри жилых зданий, на территории жилой застройки и на участках пересечения воздушных линий с автомобильными дорогами) ограничивается СанПиН 2971-84 «Санитарные нормы и правила защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты» [210].

В качестве предельно допустимых уровней приняты следующие значения напряжённости электрического поля:

– внутри жилых зданий – 0,5 кВ/м;

– на территории жилой застройки – 1 кВ/м;

– в населенной местности, вне зоны жилой застройки (земли городов в пределах городской черты в границах их перспективного развития на 10 лет, пригородные и зелёные зоны, курорты, земли поселков городского типа, в пределах поселковой черты этих пунктов), а также на территории огородов и садов – 5 кВ/м;

– на участках пересечения воздушных линий (ВЛ) с автомобильными дорогами I–IV категории – 10 кВ/м;

– в ненаселённой местности (незастроенные местности, хотя бы частично посещаемые людьми, доступные для транспорта, и сельскохозяйственные угодья) – 15 кВ/м;

– в труднодоступной местности (не доступной для транспорта и сельскохозяйственных машин) и на участках, специально отгороженных для исключения доступа населения – 20 кВ/м.

Нормирование уровней напряжённости электрического силового поля (ЭСП) осуществляют в соответствии с ГОСТ 12.1.045-84 ССБТ «Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля» [109] в зависимости от времени пребывания персонала на рабочих местах.

Предельно допустимый уровень напряжённости ЭСП Е_пред равен 60 кВ/м в течение 1 часа. При напряжённости менее 20 кВ/м время пребывания в ЭСП не регламентируется. В диапазоне напряжённости 20...60 кВ/м допустимое время пребывания персонала в ЭСП без средств защиты (ч) рассчитывается по формуле (12):

t_доп = E²_пред/E²_факт, (12)

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

Допустимые уровни напряжённости ЭСП и плотности ионного потока для персонала подстанций и ВЛ постоянного тока ультравысокого напряжения установлены Строительными нормами СН 6032–91 [217].

Магнитные поля могут быть постоянными (ПМП) от искусственных магнитных материалов и систем, импульсными (ИМП), инфранизкочастотными (с частотой до 50 Гц), переменными (ПеМП). Действие магнитных полей может быть непрерывным и прерывистым.

Степень воздействия магнитного поля (МП) на работающих зависит от максимальной напряжённости 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. Cубъективных воздействий ПМП не вызывают. При действии ПеМП бывают характерные зрительные ощущения, так называемые фосфены, которые исчезают в момент прекращения воздействия.

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

Большую часть спектра неионизирующих электромагнитных излучений (ЭМИ) составляют радиоволны (3 Гц–3000 ГГц), меньшую часть – колебания оптического диапазона (инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое излучения). В зависимости от частоты падающего электромагнитного излучения ткани организмов проявляют различные электрические свойства и ведут себя как проводник или как диэлектрик.

С учётом радиофизических характеристик условно выделяют пять диапазонов частот: от единиц до нескольких тысяч Гц, от нескольких тысяч до 30 МГц, 30 МГц–10 ГГц, 10–200 ГГц и 200–3000 ГГц.

Начало колебаний первого диапазона - протекающие токи соответствующей частоты через тело как хороший проводник; для второго диапазона характерно быстрое убывание с уменьшением частоты поглощения энергии, а следовательно, и поглощённой мощности; особенностью третьего диапазона является «резонансное» поглощение (у человека такой характер поглощения возникает при действии ЭМИ с частотой, близкой к 70 МГц); для четвертого и пятого диапазонов характерно максимальное поглощение энергии поверхностными тканями, особенно кожей.

В целом по всему спектру поглощение энергии ЭМИ зависит от частоты колебаний, электрических и магнитных свойств среды. При одинаковых значениях напряженности поля коэффициент поглощения в тканях с высоким содержанием воды примерно в 60 раз выше, чем в тканях с низким содержанием. С увеличением длины волны глубина проникновения электромагнитных волн возрастает; различие диэлектрических свойств тканей приводит к неравномерности их нагрева, возникновению макро- и микротепловых эффектов со значительным перепадом температур.

В зависимости от места и условий воздействия ЭМИ различают четыре вида облучения: профессиональное, непрофессиональное, облучение в быту и облучение, осуществляемое в лечебных целях, а по характеру облучения – общее и местное.

Степень и характер воздействия ЭМИ на организм определяются плотностью потока энергии, частотой излучения, длительностью воздействия, режимом облучения (непрерывный, прерывистый, импульсный), размером облучаемой поверхности, индивидуальными особенностями организма, наличием сопутствующих факторов (температура воздуха более 28 ºС, рентгеновское излучение). Наряду с интенсивностно-временными параметрами воздействия влияют и режимы модуляции (амплитудный, частотный или смешанный) и условия облучения. Относительная биологическая активность импульсных излучений выше, чем непрерывных.

Биологические эффекты от воздействия ЭМИ могут проявляться в различной форме: от незначительных функциональных сдвигов до нарушений, свидетельствующих о развитии явной патологии. Следствием поглощения энергии ЭМП является тепловой эффект. Избыточная теплота, выделяющаяся в организме человека, отводится путем увеличения нагрузки на механизм терморегуляции: начиная с определённого предела организм не справляется с отводом теплоты от отдельных органов и температура их может повышаться.

Воздействие ЭМИ 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), причём развитие катаракты является одним из немногих специфических поражений, вызываемых ЭМИ радиочастот в диапазоне 300 МГц–300 ГГц при плотности потока энергии (ППЭ) свыше 10 мВт/см². Помимо катаракты при воздействии ЭМИ возможны ожоги роговицы.

Для длительного действия ЭМИ различных диапазонов длин волн при умеренной интенсивности (выше ПДУ) характерным считают развитие функциональных расстройств в ЦНС с нерезко выраженными сдвигами эндокринно-обменных процессов и состава крови. Могут появиться головные боли, повышение или понижение давления, урежение пульса, изменение проводимости в сердечной мышце, нервно-психи­ческие расстройства, быстрое развитие утомления.

Возможны трофические нарушения: выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела. Наблюдаются изменения возбудимости обонятельного, зрительного и вестибулярного анализаторов. На ранней стадии изменения обратимы, при продолжении воздействия ЭМИ происходит стойкое снижение работоспособности.

В пределах радиоволнового диапазона доказана наибольшая биологическая активность микроволнового СВЧ-поля в сравнении с ВЧ и УВЧ.

Острые нарушения при воздействии ЭМИ (аварийные ситуации) сопровождаются сердечно-сосудистыми расстройствами с обмороками, резким учащением пульса и снижением артериального давления.

Нормирование ЭМИ радиочастотного диапазона проводится по ГОСТ 12.1.006-84* ССБТ «Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля» [108]. В основу гигиенического нормирования положен принцип действующей дозы с учётом энергетической нагрузки.

В диапазоне частот 60 кГц – 300 МГц интенсивность электромагнитного поля выражается предельно допустимой напряжённостью Е_пд электрического и Н_пд магнитного полей. Помимо напряжённости нормируемым значением является предельно допустимая энергетическая нагрузка электрического ЭН_Е и магнитного ЭН_Н полей. Энергетическая нагрузка, создаваемая электрическим полем, равна ЭН_Е = Е²Т, магнитным –
ЭН_Н = Н²Т (где Т – время воздействия, ч).

Предельно допустимые значения Е и Н в диапазоне частот 60 кГц – 300 МГц на рабочих местах персонала устанавливают, исходя из допустимой энергетической нагрузки и времени воздействия, и могут быть определены по следующим формулам:

(13), (14),

где ЭН_Епд и ЭН_Нпд – предельно допустимые значения энергетической нагрузки в течение рабочего дня, (В/м)² ч и (А/м)² ч (таблица 9).

Таблица 9

Максимальные значения Е_пд, Н_пд, ЭН_Епд, ЭН_Нпд