Определение уровня электромагнитного, электрического и магнитного поля источника излучения

1. Цель и содержание

Измерение и оценка уровней электромагнитного излучения от различных источников. Оценка необходимых мероприятий по снижению негативного воздействия ЭМИ.

Формируемые компетенции или их части

Выполнение лабораторной работы способствует формированию у студентов следующих компетенций:

- способностью использовать основные закономерности, действующие в процессе изготовления машиностроительной продукции для производства изделий требуемого качества, заданного количества при наименьших затратах общественного труда (ПК-1)

- способностью проводить контроль соблюдения экологической безопасности машиностроительных производств (ПК-36)

Теоретическое обоснование

Электромагнитное поле (ЭМП) – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженной частицами. Переменное ЭМП представляет собой совокупность магнитного и электрического полей. Электрическое поле возникает при наличии напряжения на токоведущих частях, а магнитное – при прохождении тока по токоведущим частям. Электромагнитное поле обладает энергией и распространяется в виде электромагнитных волн. Скорость распространения колебаний в воздухе равна скорости света 3·10⁸ м/с.

Можно выделить два вида мероприятий по защите от воздействия ЭМП: защита временем и защита расстоянием.

Защита расстоянием – основывается на падении интенсивности излучения, которое обратно пропорционально квадрату расстояния и применяется, если невозможно ослабить ЭМП другими мероприятиями, в том числе и защитой временем. Необходимо отметить, что:

1. Этот вид защиты положен в основу зон нормирования излучений для определения необходимого разрыва между источниками ЭМП и жилыми домами, служебными помещениями и т. д.

2. Для каждой установки, излучающей электромагнитную энергию, определяются санитарно-защитные зоны, в которых ЭМП не превышает ПДУ.

Защита временем – применяется, когда нет возможности снизить интенсивность излучения в данной точке до предельно допустимых уровней (ПДУ).

Оценка ЭМП ПЧ (50 Гц) осуществляется раздельно по напряженности электрического поля (Е) в кВ/м, напряженности магнитного поля (Н) в А/м или индукции магнитного поля (В), в мкТл. Нормирование электромагнитных полей 50 Гц на рабочих местах персонала дифференцированно в зависимости от времени пребывания в электромагнитном поле.

Напряженности магнитного поля токов промышленной частоты установлены для условий общего (на все тело) и локального (на конечности) воздействия (таблица 5.1).

Таблица 5.1 – Нормирование магнитных полей токов промышленной частоты

Время пребывания в поле, ч	Напряженности магнитного поля, Н, кА/м
	При общем воздействии	При локальном воздействии
Не более 1	1,6	6,4
	0,8	3,2
	0,4	1,6
	0,08	0,8

Применительно к ЭМП токов промышленной частоты (50 Гц) нормируются раздельно напряженности электрического и магнитного полей. Предельное значение напряженности электрического поля Е_пред = 25 кВ/м. При этом нормируется и время пребывания в поле (таблица 5.2).

Таблица 5.2 – Нормирование электрических полей токов промышленной частоты

Напряженность электрического поля, Е, кВ/м	Время пребывания
Менее 5	В течение всей смены
5 – 20	определяется по формуле (1)
20 – 25	Не более 10 минут

При напряженностях в интервале больше 5 до 20 кВ/м включительно допустимое время пребывания в ЭП Т (час) рассчитывается по формуле:

, (5.1)

где Е – напряженность ЭП в контролируемой зоне, кВ/м;

Т – допустимое время пребывания в ЭП при соответствующем уровне напряженности, ч.

Пребывание в ЭП с напряженностью более 25 кВ/м без применения средств защиты не допускается.

Время пребывания персонала в течение рабочего дня в зонах с различной напряженностью ЭП (Т_пр) вычисляют по формуле:

, (5.2)

где Т_пр – приведенное время, эквивалентное биологическому эффекту пребывания в ЭП нижней границы нормируемой напряженности, ч;

t_Е1, t_Е2…t_Еn – время пребывания в контролируемых зонах с напряженностями Е_1, Е_2… Е_n, ч;

Т_Е1, Т_Е2…Т_Еn – допустимое время пребывание для соответствующих зон, ч. Отметим, что приведенное время не должно превышать 8 ч.

Количество контролируемых зон определяется перепадом уровней напряженности ЭП на рабочем месте. Различие в уровнях напряженности ЭП контролируемых зон устанавливается 1 кВ/м.

Временные допустимые уровни (ВДУ) ЭМП, создаваемых ПЭВМ на рабочих местах представлены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 – Временные допустимые уровни ЭМП, создаваемых ПЭВМ на рабочих местах

Наименование параметров	ВДУ ЭМП
Напряженность электрического поля	в диапазоне частот 5 Гц – 2 кГц	25 В/м
в диапазоне частот 2 кГц – 400 кГц	2,5 В/м
Плотность магнитного потока	в диапазоне частот 5 Гц – 2 кГц	250 нТл
в диапазоне частот 2 кГц – 400 кГц	25нТл
Напряженность электростатического поля	15 кВ/м

Классы условий труда при действии неионизирующих электромагнитных полей и излучений представлены в таблице 5.4.

Таблица 5.4 – Классы условий труда при действии неионизирующих
электромагнитных полей и излучений

Показатель	Класс условий труда
оптимальный	допустимый	вредный	опасный
		3.1	3.2	3.3	3.4
Электрические поля промышленной частоты (50 Гц)	естественный фон	≤ПДУ	≤5	≤10	>10	-	>40
Магнитные поля промышленной частоты (50 Гц)	естественный фон	≤ПДУ	≤ 5	≤10	>10	-	-
Электромагнитные поля на рабочем месте пользователя ПЭВМ)	-	≤ ВДУ	>ВДУ	-	-	-	-

Аппаратура и материалы

Для снятия замеров уровней ЭМП на рабочем месте применяется измеритель ЭМП промышленной частоты ПЗ – 50. Измеритель ПЗ – 50 предназначен для измерения среднеквадратического значения напряженности электрического и магнитного поля (ЭП и МП) промышленной частоты (50 Гц), возбуждаемого вблизи электроустановок высокого напряжения промышленной частоты.

Измеритель состоит из антенн-преобразователей (АП) ЕЗ – 50, НЗ – 50 и устройства отсчетного УОЗ – 50 (рисунок 5.1). Работа прибора основана на возбуждении в АП под воздействием измеряемого поля переменного напряжения с той же часто­той и пропорционального напряженности поля. Переменное напряжение предварительно усиливается в АП и далее по­ступает на вход устройства отсчетного, где происходит его фильтрация, дальнейшее усиление, преобразование в по­стоянное напряжение и индикация.

Рисунок 5.1 – Внешний вид измерителя ПЗ – 50

АП типа ЕЗ-50 (1) предназначена для измерения на­пряженности электрического поля и представляет собой симметричную дипольную антенну, электрически малых размеров (полный размер диполя 100 мм). При помещении диполя в ЭП между плечами диполя возникает переменная разность потенциалов. Амплитуда этого переменного на­пряжения пропорциональна проекции вектора напряженно­сти поля на ось диполя. Переменное напряжение с диполя далее передается на вход дифференциального усилителя, находящегося в корпусе АП. С выхода усилителя сигнал через кабель поступает на устройство отсчетное УОЗ-50.

АП типа НЗ-50 (2) предназначена для измерения на­пряженности магнитного поля и представляет собой экра­нированную рамочную антенну, электрически малых раз­меров (средний диаметр рамки 80 мм, число витков 5600). При помещении АП в МП в обмотке антенны наводится пе­ременное напряжение пропорциональное проекции вектора напряженности поля на ось, перпендикулярную плоскости рамки. Переменное напряжение далее через кабель посту­пает на устройство отсчетное УОЗ-50.

Устройство отсчетное типа УОЗ-50 (3) предназначе­но для усиления и преобразования аналогового сигнала, поступающего с АП в цифровой сигнал и отсчета напря­женности ЭП или МП в абсолютных единицах кВ/м или А/м, соответственно.

Сигнал с АП поступает на входной усилитель низкой частоты, где происходит усиление или ослабление сигнала в зависимости от положений переключателей пределов из­мерения (200/20/2 и ×0,1/×1/×10). Усиленный сигнал через полосовой фильтр (с частотой селекции 50 Гц) поступает на преобразователь переменного напряжения в постоянное. Постоянное напряжение далее передается на аналого-цифровой преобразователь, где происходит преобразова­ние сигнала в цифровую форму и вывод его на жидкокри­сталлический индикатор.

На лицевой панели УОЗ-50 имеются следующие органы индикации и управления:

• жидкокристаллический индикатор – для снятия показаний прибора.

• переключатель ВЫКЛ/КОНТ/ИЗМ – для выключения питания измерителя (положение ВЫКЛ) и переключения УОЗ-50 в режим контроля питания или в режим измерения (положения КОНТ или ИЗМ, соответственно);

• переключатель ×0,1/×1/×10 (ПРЕДЕЛЫ ИЗМЕРЕНИЯ) – для установки множителя показаний индикатора и установки пределов измерения;

• переключатель 2/20/200 (ПРЕДЕЛЫ ИЗМЕРЕНИЯ) – для установки пределов измерения;

Выбор требуемого предела производится путем установки их в положе­ния, описанные в таблицах 5.5 и 5.6.

Таблица 5.5 – Возможные комбинации пределов измерений при измерении напряженности электрического поля

Предел измерения, кВ/м	Положение переключателя ×0,1/×1/×10	Положение переключателя 2/20/200
	×1
	×1
	×1
0,2	×0,1

Таблица 5.6 – Возможные комбинации пределов измерений при измерении напряженности магнитного поля

Предел измерения, А/м	Положение переключателя ×0,1/×1/×10	Положение переключателя 2/20/200
	×10
	×1
	×1
	×1
0,2	×0,1