Статические, электрические и электромагнитные поля

Статическое электричество - это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ, материалов, изделий или на изолированных проводниках.

На предприятиях заряды статического электричества образуются при работе фотонаборных, печатных, лакировальных и других машин; движении

красок глубокой печати и огнеопасных жидкостей (бензин, толуол) по трубопроводам; движении пылевоздушных смесей в вентиляционных воздуховодах; движении бумажных отходов в системах пневмотранспорта; сталкивании листов; при прессовке пленки; работе ременных передач и т.п.

При движении бумаги во время печатания на ее поверхности накапливаются заряды статического электричества, что приводит к слипанию листов и прилипанию бумаги к металлическим частям. Этонарушаеттехнологический процесс, снижает производительность труда и качество продукции.

Заряды статического электричества могут накапливаться и на теле человека (при работе или контакте с наэлектризованными материалами и изделиями). Высокое поверхностное сопротивление тканей человека затрудняет стекание зарядов, и человек может длительное время находиться под большим потенциалом.

Систематическое воздействие электростатического поля повышенной напряженности отрицательно влияет на организм человека. Оно может вызывать функциональные изменения центральной нервной, сердечно-сосудистой и других систем организма. Поэтому предельно допустимую интенсивность электростатического поля на рабочих местах нормируют. Нормативы, содержащиеся в документе «Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля», распространяются на электрические поля, создаваемые легко электризующимися материалами и изделиями, а также электроустановками постоянного тока высокого напряжения.

Предельно допустимая напряженность электростатического поля на рабочих местах не должна превышать 60 кВ/м при воздействии до 1 ч; при воздействии его свыше 1 ч и до 9 ч значение определяют по формуле (t - время воздействия, ч). Указанные нормативные значения при напряженности электростатического поля свыше 20 кВ/м соблюдают при условии, что в

остальное время рабочего дня напряженность не превышает 20 кВ/м.

Основная опасность процесса электризации в производственных условиях состоит в возможности возникновения пожаров и взрывов.

Разность потенциалов между двумя разноименно заряженными телами в результате электростатической электризации может достигать 10 кВ и более. При определенных условиях (сухой чистый воздух) электрические заряды сохраняются длительное время, а при быстром разряде в результате пробоя воздушного промежутка между заряженнымителами (например, присближении их) возникает искровой разряд, который может быть причиной воспламенения горючих веществ. Бензол, бензин воспламеняются от электрического разряда, возникающего при разности потенциалов до 1000 В, а горючие пыли - до 5000 В (при условии достаточной энергии искры, зависящей также и от величины заряда).

Одна из мер, препятствующих накоплению и сохранению электрических зарядов, - увеличение электропроводности воздуха, например, его увлажнение.

Наиболее простой и эффективный метод борьбы с накоплением зарядов статического электричества - заземление производственного оборудования, трубопроводов, вентиляционных воздуховодов и емкостей. Заземляющие устройства должны иметь сопротивление не более 100 Ом. В ряде установок применяется искусственная ионизация сухого воздуха в зоне образования зарядов (нейтрализация зарядов).

Работа нейтрализаторов статического электричества основана на разных принципах.

Индукционные нейтрализаторы могут быть с остриями и проволочные. Их действие основано на использовании заряженного электрода, на поверхности которого образуется тлеющий разряд. Заряд возникает при наличии острия или тонкой проволоки, около которых резко возрастает напряженность неоднородного электрического поля. Этот постоянно действующий разряд ионизирует окружающий воздух, делая его

электропроводным. Индукционные нейтрализаторы характеризуются высокой ионизирующей способностью, но они начинают действовать лишь в случае, когда напряжение на электродах достигает нескольких киловольт.

Радиоизотопные нейтрализаторы представляют собой излучатели радиоактивных частиц, которые обладают свойством ионизировать воздух. Для местной ионизации воздуха используют - и -излучения. Широкое применение в радиоизотопных ионизаторах получил плутоний - 239. Ондостаточно эффективен на расстоянии до 40 мм от поверхности источника излучения. Радиоизотопные нейтрализаторы просты по конструкции, не требуютисточника электропитания, имеют длительный срок службы и удобны в эксплуатации. Нейтрализатор представляет собой металлический контейнер, в котором находится источник излучения. Контейнер создает необходимое экранирование и позволяет регулировать направление излучения.

В качестве индивидуальных средств защиты от электростатических зарядов можно использовать антистатическую обувь, антистатические халаты и др.

Применение в промышленности систем, связанных с генерированием, передачей и использованием энергии электромагнитных колебаний, сопровождается возникновением электромагнитных полей (ЭМП), оказывающих вредное воздействие на организм человека.

Источниками их являются индукторы установок индукционного нагрева и сушильных устройств, высоковольтные линии электропередач, открытые распределительные устройства, устройства защиты и автоматики и т.д.

Такое поле характеризуется векторами напряженности электрического Е (В/м) и магнитного Н (А/м) полей. Распространение электромагнитных волн связано с переносом энергии в поле. Пространство около источника переменного электрического или магнитного полей делится на зону индукции и волновую зону.

При работе генераторов ВЧ и УВЧ излучаются волны длиной от

нескольких метров до нескольких километров, и на рабочем месте человек, как правило, оказывается в зоне индукции, под воздействием периодически изменяющихся электромагнитных полей. Зону индукции можно характеризовать как электрической, так и магнитной составляющими ЭМП.

Генераторы СВЧ излучают электромагнитные волны длиной менее 1 м, и рабочие места находятся всегда в волновой зоне. В диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц ЭМП распространяется в виде бегущей волны. В этом диапазоне для количественной оценки облучения ЭМП принята интенсивность облучения, выраженная в величинах плотности потока энергии (ППЭ) в пространстве. ППЭ - энергия, проходящая за 1 с через 1 м2 (1см2) поверхности. Она выражаетсяв ваттах на квадратный метр (Вт/м2) или в микроваттах на квадратный сантиметр (мкВт/см2).

Степень вредного воздействия ЭМП на человека зависит от напряженности электрического и магнитного полей, интенсивности потока энергии, продолжительности действия, длины волны источника, а также от индивидуальных особенностей организма.

Систематическое воздействие на человека ЭМП низкой частоты может вызвать изменения деятельности нервной и сердечно-сосудистой систем, а также некоторые изменения в составе крови, особенно выраженные при высокой их напряженности.

Биологическое действие таких полей более высоких частот связано в основном с их тепловым и аритмическим эффектом. Поля ВЧ и УВЧ создают в тканях высокочастотные ионные потоки, нагревающие их. Такое явление наблюдается также при очень интенсивном облучении электромагнитными волнами СВЧ. Тепловое действие характеризуется общим повышением температуры тела или местным нагревом тканей, что особенно опасно для органов со слабой терморегуляцией (мозг, глаза, почки). Облучение глаз сантиметровыми волнами (от 1 до 20 см) может повысить температуру в задней части хрусталика, что вызывает его помутнение (катаракту).

Кроме теплового, микроволны высокочастотного поля оказывают на человека внетермическое биологическое воздействие. Биологическая активность ЭМП возрастает с уменьшением длины волны, самая высокая активность ЭМП - в области СВЧ.

Постоянное воздействие ЭМП умеренной интенсивности влияет на биофизические процессы в клетках и тканях, поражает центральную нервную и сердечно-сосудистую системы. Человек чувствует себя уставшим, появляются необоснованная раздражительность, периодические головные боли, нарушается сон. Нередки жалобы на потливость, ослабление памяти, боли в области сердца, одышку. Функциональные изменения, вызванные биологическим воздействием электромагнитных полей, обратимы. Если исключить воздействие излучения, болезненные явления исчезают.

К работе на высокочастотных установках допускаются лица не моложе 18 лет. Не реже одного раза в год они должны проходить медицинский осмотр. Люди с органическими заболеваниями центральной нервной системы, заболеваниями нервно-психической формы и эндокринно-вегетативными сердечно-сосудистыми заболеваниями, а также заболеваниями легких к работе на таких установках не допускаются.

В зависимости от диапазона частот в основу гигиенического нормирования электромагнитных излучений положены разные принципы. Критерием безопасности для человека, находящегося в электрическом поле промышленной частоты, является напряженность этого поля, а гигиенические нормы установлены ГОСТ 12.1.002-84. Нормируется время пребывания человека в электрическом поле в зависимости от напряженности (табл. 6)

Таблица 6. Допустимая напряженность и продолжительность пребывания человека в электрическом поле без средств защиты

Эти нормы обеспечивают безопасность при условии, что в остальное время суток человек не подвергается воздействию ЭП напряженностью больше 5 кВ/м, а также исключена возможность воздействия на организм человека электрических разрядов.

В диапазоне частот 60 КГц - 300 МГц нормируются напряженности магнитной и электрической составляющих ЭМП. Они установлены ГОСТ 12.1.006-84 «ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля».Интенсивность электромагнитного поля на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала, связанного с воздействием ЭМП, не должны превышать следующих значений:

по электрической составляющей (В/м):

50 — для частот 60 КГц — 3 МГц;

20 — для частот 3 МГц — 30 МГц;

10 — для частот 30 КГц — 50 МГц;

5 — для частот 50 КГц — 300 МГц;

по магнитной составляющей (А/м):

5 — для частот 60 КГц — 1,5 МГц;

0,3 — для частот 30 МГц — 50 МГц.

Интенсивность электромагнитного поля в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала, связанного с воздействием ЭМП, оценивается плотностью потока энергии. В этом случае предельно допустимую плотность потока энергии ЭМП устанавливают, исходя из допустимого значения энергетической нагрузки на организм человека и продолжительности пребывания его в зоне облучения. Однако во всех случаях она не должна превышать 10(Вт/м2) , а при наличии

рентгеновского излучения или высокой температуры воздуха в рабочих помещениях (выше 28С) - 1(Вт/м2) .

Соблюдение предельно допустимых значений ЭМП контролируют измерением напряженности и плотности потока энергии ЭМП на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала, подвергающегося в условиях производства воздействию ЭМП. Контроль следует проводить периодически не реже одного раза в год, а также при приеме в эксплуатацию новых и при внесении изменений в конструкцию действующих установок, после ремонта, перестройки схемы и при организации новых рабочих мест. Измерения делают при наибольшей используемой мощности источника ЭМП.

Способы защиты работающих выбирают в зависимости от рабочего диапазона частот, характера выполняемых работ, напряженности и плотности потока энергии ЭМП и необходимой эффективности.

Для защиты от воздействия ЭМП используют следующие способы и средства:

-уменьшение напряженности и плотности потока энергии ЭМП при использовании согласованных нагрузок и поглотителей мощности;

-экранирование рабочего места и удаление его от источника ЭМП;

-экранирование источника ЭМП, рациональное размещение оборудования;

-использование предупреждающей сигнализации и средств индивидуальной защиты;

-рациональные режимы работы оборудования и обслуживающего персонала.

В средствах защиты от электромагнитных излучений используют явления отражения и поглощения энергии излучателя, применяя различные экраны и поглотители.

Экраны изготовляют из листовой стали или алюминия толщиной не менее 0,5 мм. Стыки в экранах должны иметь надежный контакт. Шов выполняется

сваркой, пайкой или точечной электросваркой с шагом 50-100 мм в зависимости от мощности источника ЭМП. Смотровые окна и другие технологические отверстия следует экранировать густой металлической сеткой с ячейками не более 44 мм. Экран необходимо заземлять.

Фидерные двухпроводные линии, подводящие ток к рабочим контурам,надо экранировать стальными или алюминиевыми трубами. При использовании для фидерных линий коаксиального провода экранирование не требуется. Индукторы и конденсаторы также следуетэкранировать.

Для небольшого ослабления излучений и при ультравысоких частотах используют сетчатые экраны из цветных металлов.

Чтобы уменьшить отражение электромагнитных излучений, стены и потолок покрывают специальной краской или поглощающими материалами. Для увеличения экранирующей способности помещений стены и перекрытия покрывают металлическими сетками и листами.

Индивидуальными средствами защиты от электромагнитного излучения служат халаты, комбинезоны, защитные очки и др. Материал для халатов и комбинезонов - специальная радиотехническая ткань, в структуре которой тонкие металлические нити образуют сетку. Для защиты глаз служат специальные радиозащитные очки ЗП5-90 (ОРЗ-5). Стекла очков покрыты полупроводниковым оловом, прозрачным для света, но ослабляющим электромагнитную энергию.