Нормування електромагнітних випромінювань

Електромагнітне поле представляє особливу форму 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, близької 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:

Е=Н е-kr, В/м,

де щ – кругова частота електромагнітних коливань, с-1 ;

м - магнітна проникність середовища, Г/м;

у - електрична провідність середовища, (Ом .м)-1 ;

k - коефіцієнт загасання;

r – відстань до розглянутої точки, м.

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

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

Таблиця Характеристика спектру електромагнітних випромінювань

Біля джерела ЕМВ виділяють ближню зону, чи зону індукції, що знаходиться на відстані , і далеку зону, чи зону випромінювання, для якої . У діапазоні від низьких частот до короткохвильових випромінювань частотою <100 МГц біля генератора варто розглядати поле індукції, а робоче місце, - що знаходиться в зоні індукції. У зоні індукції електричне і магнітне поле можна вважати незалежними одно 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 виді визначається векторним добутком Е и Н, і для сферичних хвиль при поширенні в повітрі може бути виражена як

, Вт/м2 ,

де I – інтенсивність електромагнітного випромінювання, Вт/м2;

Рдж - потужність джерела випромінювання, Вт;

r – відстань від джерела, м.

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

Вплив електромагнітного поля на людину оцінюєтося величиною поглинутої її тілом електромагнітної енергії W,

W = ЩПЕ*Sеф,

де Sеф – ефективна поглинаюча поверхня тіла людини, м2.

Крім вищезгаданих зон (ближньої та дальньої), існує так звана ”мертва зона”, в якій поле відсутнє, але ії межі визначаються 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 даного робочого місця розраховують параметри неспотвореного електромагнітного поля.

Напруженість неспотворених електричного (Е, В/м) і магнітного (Н, А/м) полів розраховують за формулами:

- для ближньої зони:

Ебл=І·/(2рщеrі);

Hбл= І·L/(4рr2);

де І – сила струму в провіднику (антені), А;

L – довжина провідника (антени), м;

щ – кругова частота поля, щ =2рf, f – частота поля,Гц;

е – діелектрична проникність середовища, Ф/м;

r – відстань від джерела випромінювання до робочого місця, м;

- для дальньої зони:

Ед= /r;

Нд= /4рr;

де Р – потужність випромінювання, Вт;

у – коефіцієнт підсилення антени.

При напрямленому випромінюванні щільність електромагнітного поля

- у ближній зоні по осі діаграми напрямленості випромінювання:

ЩПЕбл=3Рсер/S;

- у дальній зоні:

ЩПЕд=Рсеру/(4рr2);

де Рсер - середня потужність випромінювання, Вт, Рсер=Рімпф/Т;

Рімп - потужність випромінювання у імпульсі, Вт; t - тривалість імпульсу, с; Т - період проходження імпульсів, с;

S - площа випромінювання антени, м2.

Ці формули дійсні для розрахунку параметрів ЕМВ при розповсюдженні 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 випромінювання і, тим більше, результативного поля неможливо. Наявність у приміщенні кількох джерел електромагнітного випромінювання (наприклад, комп’ютерів) також ускладнює розподіл електромагнітного полю, який може бути визначений за допомогою тільки прямих вимірювань.

Нормування електромагнітних випромінювань радіочастотного діапазону здійснюється згідно ГОСТ 12.1.006-84 “Електромагнітні поля радіочастот. Припустимі рівні на робочих місцях і вимоги до впровадженню контролю” та ДСН 239-96“Державних санітарних норм і правил захисту населення від впливу електромагнітних випромінювань”.

Згідно з ГОСТ 12.1.006-84 нормування електромагнітних випромінювань здійснюється в діапазоні частот 60кГц – 300 ГГц. Причому у діапазоні 60 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 ЩПЕ,Вт/м2. Нормативною величиною є також гранично допустиме енергетичне навантаження ЕН Е, (В/м)2*год та ЕНН,(А/м)2*год:

ЕНН = (Ен )2*Т;

ЕНЕ = (Нн)2*Т;

де Ен , Нн– нормативне значення напруженості, В/м та А/м;

Т - тривалість дії на протязі робочого дня, год.

Наприклад, для діапазону 0,06 – 3,0 МГц, на робочих місцях Ен = 500 В/м, а ЕНЕ = 20000 (В/м)2*год.

Згідно з ГОСТ 12.1.006-84 на робочих місцях у діапазоні частот 60 кГц- 300МГц (частково 5- й , 6-8 -й діапазонах частот ) нормується напруженості електричної Е та магнітної Н, складових електромагнітного поля, а в діапазонах частот 300 МГц-300ГГц (діапазони 9-11) поверхнева щільність потоку енергії

Гранично допустимі значення ЕГД та НГД на робочих місцях визначають за допустимим енергетичним навантаженням та тривалістю дії.

Таблиця Гранично допустимі значення ЕГД та НГД на робочих місцях

Одночасна дія електричного і магнітного полів вважається допустимим, якщо :

ЕНЕ/ЕНЕгд + ЕНН/ЕННад ≤ 1,

де ЕНЕ і ЕНН енергетичне навантаження, що характеризують фактичну дію електричного і магнітного полів.

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

ЩПЕгд = К*ЕНЩПЕгд/Т

де ЩПЕгд - граничне значення потоку енергії , Вт/м2 ;

ЕНЩПЕгд- граничне допустиме енергетичне навантаження на організм людини на протязі дня , що дорівнює 2 Вт*год/м2 і є добуток щільності потоку енергії поля

(ЩПЕ) на тривалості його дії ЕНЩПЕ= ЩПЕ*Т ;

К – коефіцієнт ослаблення 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 ЩПЕГД не повинно перевищувати 10 В/м2.

При одночасній дії на працівників ЕМВ декількох джерел енергетичне навантаження не повинне перевищувати гранично допустимих значень:

∑ ЕНЕі ≤ ЕНЕгд; ∑ ЕННі ≤ ЕННгд; ∑ ЕНЩПЕі ≤ ЕНЩПЕгд .

Для населення електромагнітне поле в 5- 8 діапазонах частот згідно ДСН239-96 оцінюється електричною складовою напруженості поля, а у 9...11 діапазонах – поверхневою щільністю потоку енергії.

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

Таблиця

* л – довжина хвилі, м; ГДР = 7,43-3lgf, де f – частота, МГц.

Гранично допустимі рівні електромагнітних полів (Е гдр ,В/м), які створюють телевізійні радіостанції в діапазоні частот від 48 до 1000 МГц, визначається за формулою:

Е гдр =21f-0,37;

де f – несуча частота каналу зображення або звукового супроводу, МГц.

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

Для електромагнітних полів промислової частоти (50 Гц) нормативи встановлюються згідно ГОСТ12.1.002-84 та ДСН 239-96. Нормативною є напруженість електричної складової поля. Гранично допустимий рівень на робочому місці становить 5 кВ/м. Припустимий час дії електромагнітного поля становить: при напруженості 5кВ/м – 8 год; при напруженості більше 5 і 20 кВ/м включно визначається за формулою Т = 50 Е – 2 год (де Е – фактична напруженість; при 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 встановлюється захисні зони поблизу ліній електропередачі в залежності від їх напруги: 20 м для лінії з напругою 300 кВ, 30 м з напругою 500 кВ і 55 м для лінії з напругою1150 кВ.

Вимірювання параметрів ЕМВ слід виконувати не рідше одного разу на рік, а також при введенні в дію нових установок, внесенні 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 напруженні та вимірювачі малої напруженості електромагнітних полів.