16
Источники электромагнитных полей статического электричества, теплового излучения на предприятиях
План
1. Характеристики ЭМП
Цель занятия: Прояснить характер действия, источники электромагнитных полей. Указать опасности статического электричества и какие существуют средства защиты от него. На какие радиочастоты нормируются ЭМП.
Электромагнитное поле (ЭМП) представляет особую форму материи. Всякая электрически заряженная частица окружена электромагнитным полем.
Электромагнитное поле может существовать и в свободном состоянии в виде движущихся со скоростью 3*108 м/с фотонов или в виде излученного электромагнитного поля (электромагнитных волн).
Движущееся ЭМП (электромагнитное излучение - ЭМИ) характеризуется векторами напряженности электрического Е, В/м и магнитного Н, А/м полей, которые характеризуют силовые свойства ЭМП.
В электромагнитной волне векторы Е и Н всегда взаимно перпендикулярны. В вакууме и воздухе Е = 377 Н. Длина волны л, частота колебаний f и скорость распространения электромагнитных волн в воздухе с связаны соотношением с = лf. Например, для промышленной частоты f = 50 Гц длина волны л =3*108/50 = 6000 км, а для ультракоротких частот л = 3*108 Гц длина волны равна 1 м.
В ЭМП существуют три зоны, которые различаются по расстоянию от источника.
Зона индукции I (ближняя зона) имеет радиус, равный R ? л/2р. В этой зоне электромагнитная волка не сформирована и поэтому на человека действует независимо друг от друга напряженность электрического и магнитного полей.
Зона интерференции II (промежуточная) имеет радиус л/2р < R <2 рл. В этой зоне одновременно воздействуют на человека напряженность электрического, магнитного поля, а также энергетическая составляющая.
Зона излучения III (дальняя), имеющая радиус R ? 2рл, характеризуется тем что эта зона сформировавшейся электромагнитной волны. В этой зоне на человеке воздействует только энергетическая составляющая.
Для токов промышленных частот размер зон I и II составляет несколько десятков километров. Начиная со сверхвысоких частот, зона индукции уменьшается и оценка осуществляется по характеристике S, для которой в нормативных документах принято название - плотность потока энергии (ППЭ), хотя фактически это плотность потока мощности, Bт/м2, которая в общем виде определяется векторным произведением Е и Н, а для сферических волн при распространении в воздухе может быть выражена как
, (2.13)
где Р, Вт, - мощность излучения.
2. Источники ЭМП и классификация электромагнитных излучений
Естественными источниками электромагнитных полей и излучений являются: атмосферное электричество, радиоизлучения солнца и галактик, электрическое и магнитное поля Земли. Все промышленные и бытовые электро - и радиоустановки являются источниками искусственных полей и излучений разной интенсивности.
Электростатические поля возникают при работе с легко электризующимися материалами и изделиями, при эксплуатации высоковольтных установок постоянного тока.
Источниками постоянных магнитных полей являются: электромагниты с постоянным током, магнитопроводы в электрических машинах и аппаратах.
Источниками электрических полей промышленной частоты (50 Гц) являются: линии электропередач и открытые распределительные устройства; коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, а также все высоковольтные установки промышленной частоты.
Магнитные поля промышленной частоты возникают вокруг любых электроустановок и токопроводов промышленной частоты. Чем больше ток, тем выше интенсивность магнитного поля.
Источниками электромагнитных излучений радиочастот являются мощные радиостанции, антенны, генераторы сверхвысоких частот, установки индукционного нагрева, радары, измерительные и контролирующие устройства, исследовательские установки, высокочастотные приборы и устройства, используемые в промышленности, в медицине и в быту. Источником электростатического поля и электромагнитных излучений в широком диапазоне частот (сверх - и инфранизкочастотном, радиочастотном, инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, рентгеновском) являются персональные электронно-вычислительные машины (ПЭВМ) и видеодисплейные терминалы (ВДТ) на электронно-лучевых трубках, используемые как в промышленности, научных исследованиях, так и в быту. Главную опасность для пользователей представляет электромагнитное излучение монитора в диапазоне частот 5 Гц - 400 кГц и статический электрический заряд на экране.
В табл.3 представлен весь спектр электромагнитных излучений.
Таблица 3
Спектр электромагнитных излучений
|
Название ЭМИ |
Диапазон частот, Гц |
Длины волн, м |
||
|
Статические |
Постоянные |
0 |
- |
|
|
Низкочастотные |
Крайне и сверхнизкие |
3* (100 - 102) |
108 - 106 |
|
|
Инфра - и очень низкие, низкие |
3* (102 - 104) |
106 - 104 |
||
|
Радиочастотные |
Длинные волны (ДВ) |
3* (104 - 105) |
104 - 103 |
|
|
Средние волны (СВ) |
3* (105 - 106) |
103 - 102 |
||
|
Короткие волны (КВ) |
3* (106 - 107) |
102 - 101 |
||
|
Ультракороткие (УКВ) |
3* (107 - 108) |
101 - 100 |
||
|
Микроволны (СВЧ) |
3* (108 - 1011) |
100 - 10-3 |
||
|
Оптические |
Инфракрасные |
3* (1011 - 1014) |
10-3 - 10-6 |
|
|
Видимые |
3*1014 |
(0,39-0,76) 10-6 |
||
|
Ультрафиолетовые |
3* (1014 - 1015) |
10-6 - 10-7 |
||
|
Ионизирующие |
Рентгеновское |
3* (1015 - 1019) |
10-7 - 10-11 |
|
|
Гамма-излучение |
3* (1019 - 1022) |
10-11 - 10-14 |
3. Электромагнитное поле Земли - необходимое условие жизни человека
Жизнь на нашей планете возникла в тесном взаимодействии с электромагнитными излучениями и, прежде всего, с электромагнитным полем Земли. Человек приспособился к земному полю в процессе своего развития, и оно стало необходимым условием нашей жизни. Изменение интенсивности естественных полей может сказаться на биологических процессах. Электромагнитная сфера нашей планеты определяется в основном электрическим (Е = 120-150 В/м) и магнитным (Н = 24-40 А/м) полями Земли, атмосферным электричеством, радиоизлучением Солнца и галактик, а также полями искусственных источников. Каждый из диапазонов электромагнитных излучений по-разному влияет на развитие живого организма. В частности, ЭМИ светового диапазона (с длиной волн 0,39-0,76 мкм) не только играют огромную роль как сильный физиологический фактор биоритмики живого, но и оказывают мощное информационное воздействие на организм через органы зрения или другие световые рецепторы.
Если естественное поле Земли необходимо для жизни человека, а слабые искусственные ЭМП неоднозначно воздействуют на живой мир, нередко оказывая благоприятное влияние, то можно считать доказанным вредное воздействие сильных полей на животных и человека, которое выражается у людей прежде всего в нарушениях функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем.
электромагнитное поле техногенный источник
Электромагнитное загрязнение среды населенных мест стало столь существенным, что ВОЗ включила эту проблему в число наиболее актуальных для человека.
4. Опасность статического электричества
Основная опасность, создаваемая электризацией различных материалов, состоит в возможности искрового разряда как с диэлектрической наэлектризованной поверхности, так и с изолированного проводящего объекта.
Разряд статического электричества возникает тогда, когда напряженность электрического поля над поверхностью диэлектрика или проводника, обусловленная накоплением на них зарядов, достигает критической (пробивной) величины. Для воздуха эта величина составляет примерно 30 кВ/м.
Воспламенение горючих смесей искровыми разрядами статического электричества произойдет, если выделяющаяся в разряде энергия будет выше минимальной энергии зажигания горючей смеси, т.е. условием электростатической искробезопасности объекта является:
, (2.14)
Где Wp - максимальная энергия разрядов, Дж;
K - коэффициент безопасности, выбираемый из условий допустимой (безопасной) вероятности зажигания (К<1,0);
Wmin - минимальная энергия зажигания веществ и материалов, Дж.
Энергия, в Дж, выделяемая в искровом разряде с заряженной проводящей поверхности:
, (2.15)
где С - электрическая емкость проводящего объекта относительно земли, Ф;
ц - потенциал заряженной поверхности относительно земли, В.
Электростатическая искробезопасность объектов достигается снижением Wp, a также снижением чувствительности объектов и окружающей их среды к зажигающему воздействию статического электричества (увеличением Wmin).
Энергию разряда определяют экспериментально. Минимальная энергия зажигания горючих смесей зависит от природы веществ и также определяется экспериментально. Ниже приведены минимальные энергии зажигания Wmin, мДж, некоторых паро - и газовоздушных смесей (табл.4). Указанные значения минимальной энергии зажигания достигаются для большинства паро - и газовоздушных смесей при напряжении 3000 В, а при 5000 В искровой разряд может вызвать воспламенение большей части горючих пылей и волокон.
Таблица 4
Минимальные энергии зажигания некоторых паро - и газовоздушных смесей
|
Вещество |
Wmin, мДж |
Вещество |
Wmin, мДж |
|
|
Аммиак |
0,680 |
Бутан |
0,26 |
|
|
Ацетилен |
0,011 |
Водород |
0,013 |
|
|
Ацетон (при 250С) |
0,406 |
Метан |
0,29 |
|
|
Бензин Б-70 |
0,15 |
Пропан |
0,26 |
|
|
Бензол |
0,21 |
Этан |
0,24 |
В ряде случаев электрический разряд с незаземленного объекта через тело человека на землю может вызвать нежелательные болевые и нервные ощущения и быть причиной непроизвольного резкого движения человека, в результате которого он может получить механическую травму.
5. Действие электромагнитных полей от техногенных источников на организм человека
Степень воздействия ЭМП на человека зависит от частоты, напряженности электрического и магнитного полей, интенсивности потока энергии, локализации излучения и индивидуальных особенностей организма. Длительное воздействие электрического поля на организм человека может вызвать нарушение функционального состояния нервной и сердечно сосудистой систем. Это выражается в повышенной утомляемости, болях в области сердца, изменении кровяного давления и пульса. Возможны также незначительные и нестойкие изменения в составе крови.
Под влиянием высокочастотных колебаний в крови, являющейся электролитом, возникают ионные токи, вызывающие нагрев тканей тела человека. При определенной интенсивности излучения, называемой тепловым порогом, организм может не справиться с образующимся теплом.
6. Нормирование ЭМП промышленной частоты и статических полей
Допустимые уровни воздействия на работников и требования к проведению контроля на рабочих местах для электрических полей промышленной частоты изложены в ГОСТ 12.1.002-84, а для электромагнитных полей радиочастот - в ГОСТ 12.1.006-84.
Для электростатических полей, согласно ГОСТ 12.1.045-84, устанавливается допустимая напряженность поля на рабочих местах по формуле: кВ/м, где t =1 - 9 ч.
В соответствии с этим стандартом предельное значение напряженности поля Епду, при которой допускается работать в течение часа, равно 60 кВ/м. В течение рабочей смены разрешается работать без специальных мер защиты при напряженности 20 кВ/м.