Гигиеническая оценка и нормирование ЭМП радиочастотного диапазона в производственных условиях
Гигиеническая оценка электромагнитного поля заключается в измерении или расчете (при прогнозировании) ожидаемых уровней нормируемых энергетических характеристик поля (напряженностей электрической E , В/м и магнитной H , А/м составляющих в диапазонах высоких (30 кГц – 30 МГц) и ультра высоких (30 – 300 МГц) частот и плотности потока энергии ППЭ, Вт/м2 (мкВт/см2) в диапазоне сверхвысоких частот (300 МГц – 300 ГГц)) и сравнении их фактических значений на рабочих местах (в рабочей зоне) с предельно допустимыми EПД , НПД , ППЭ ПД в зависимости от продолжительности воздействия.
Достоверная оценка опасности и вредности электромагнитного поля на
производстве позволяет определить необходимость проведения профилактических мероприятий против их вредного воздействия на организм
людей и применения способов и средств защиты.
Рассчитанные значения нормируемых энергетических характеристик поля
допускается использовать для гигиенической оценки его на планируемых производствах или объектах с источниками электромагнитных излучений, то есть для прогнозирования электромагнитной обстановки в том или ином производственном помещении или жилой зоне.
Расчетные формулы для определения E,H,ППЭ представлены в таблице 3.9.
Для одиночного прямолинейного проводника с током напряженность
магнитного поля Н можно определить по закону полного тока
H = I/(2π⋅ r) ,
где I –ток, А; r – расстояние от проводника до рассматриваемой точки, м. (Например, при токе в однофазной сети, равном 3А, и при условии, что обратный провод находится на достаточно большом расстоянии, чтобы его полем можно пренебречь, на расстоянии 0,05м напряженность будет равна
,
что при длительном воздействии, как считается в настоящее время представляется небезвредным).
Для излучений промышленной частоты(50 – 60 Гц) предельно допустимое
значение электрической составляющей (Eпэ) установлено не более 5 кВ/м в
течение всего рабочего дня. В интервале свыше 5 кВ/м до 20 кВ/м включительно
допустимое время пребывания tПД определяется по формуле:
,
где Е – напряженность воздействующего электрического поля в контролируемой зоне, кВ/м.
При нахождении персонала в течение рабочего дня в зонах с различной
напряженностью электрического поля допустимое время пребывания вычисляется по формуле
где 
-фактическое и допустимое время пребывания в зонах с напряженностью E1,E2,En.
При необходимости определения напряженности электрического поля при заданном времени пребывания в нем уровень напряженности в кВ/м вычисляется по формуле:
где t – время пребывания в электрическом поле, ч.
Предельно допустимое значение напряженности электрического поля внутри зданий EПД ≤ 0,5кВ/м , а на территории зоны жилой застройки – 1000 В/м .
В диапазоне частот 300 Гц – 30 кГц устанавливаются фиксированные значения предельно допустимых уровней, равные их электрической составляющей 1000 В/м (для условий шахт – 500 В/м), по магнитной составляющей – 25 А/м.
Для персонала предельно допустимое значение E и H в диапазоне частот
30 кГц – 300 МГц на рабочем месте следует определять исходя из допустимой
энергетической нагрузки и времени воздействия по формулам:
где Т, ч – время воздействия; 
, (В/м)2⋅ч и 
, (А/м)2⋅ч –
предельно допустимое значение энергетической нагрузки в течение рабочего дня.
(таблица 3.7).
Таблица 3.10
Для диапазона 30 кГц – 300 ГГц при воздействии на персонал ЭМП отнескольких источников, работающих в частотных диапазонах, для которых установлены единые предельно допустимые уровни, следует определят суммарную нагрузку при равных ПДУ по формулам:
При наличии источников, работающих в частотных диапазонах, для которых
установлены разные значения ПДУ, безопасность воздействия ЭМП оценивается
суммой отношений энергетических нагрузок, создаваемых каждым источником и
соответствующим предельно допустимым значениям параметра:
При воздействии на персонал ЭМП с различными нормируемыми
параметрами безопасность воздействия оценивается по критерию:
Одновременное воздействие электрического и магнитного полей в диапазоне
от 0,03 до 3,0 МГц следует считать допустимыми при условии:
Предельно допустимые значения ППЭ в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц следует определять исходя из допустимой энергетической нагрузки ( ЭПППЭПД, равной 2 Вт⋅ч/м2 или 200 мкВт⋅ч/см2 )и времени воздействия (T ,ч) по формуле
где К - коэффициент ослабления биологической активности, равной 1 (единице) для всех случаев воздействия, исключая облучение от вращающихся и сканирующих антенн и 10 (десяти) – для случаев облучения от вращающихся и сканирующих антенн с частотой вращения или сканирования не более 1 Гц и скважностью не менее 50.
При этом максимально допустимое значение ППЭПД установлено равным 1000 мкВт/см2 для персонала и 10мкВт/см2 для населения (непрофессиональное воздействие).
В связи с широким распространением в настоящее время систем сотовой радиосвязи для пользователей мобильных телефонов ППЭПД установлено равной
100мкВт/см2.
Для электрического поля промышленной частоты (50 – 60 Гц) предельно допустимый уровень напряженности электрического поля, пребывание в котором не допускается без применения средств защиты, равен 25 кВ/м. При напряженности свыше 20 кВ/м время пребывания персонала в поле не должно превышать 10 мин. Допускается пребывание персонала без средств защиты в течение всего рабочего дня в электрическом поле напряженностью до 5 кВ/м.
Способы и средства защиты
При выборе защиты персонала от электромагнитных излучений необходимо учитывать особенности производства, условия эксплуатации оборудования, рабочий диапазон частот, характер выполняемых работ, интенсивность поля, продолжительность облучения и др.
Для снижения интенсивности поля в рабочей зоне рекомендуется применять различные инженерно-технические способы и средства, а также организационные и лечебно-профилактические мероприятия.
В качестве инженерно-технических методов и средств применяются: экранирование излучателей, помещений и рабочих мест; уменьшение напряженности и плотности потока энергии в рабочей зоне за счет уменьшения мощности источника (если позволяют технические условия) и использование ослабителей (аттенюаторов) мощности и согласованных нагрузок (например, эквивалентов антенн); применение средств индивидуальной защиты.
При экранировании используются такие явления как поглощение электромагнитной энергии (ЭМЭ) материалом экрана и ее отражение от поверхности экрана. Поглощение обусловливается тепловыми потерями ЭМЭ в толще материала экрана за счет индукционных токов и зависит от электромагнитных свойств материала экрана (электрической проводимости, магнитной проницаемости и др.). Отражение обусловливается несоответствием электромагнитных свойств воздуха (или другой среды, в которой распространяется электромагнитная энергия) и материала экрана (главным образом, волновых сопротивлений).
Толщина экрана ( d ) из металлического листа выбирается исходя из соображений механической прочности, но не менее 0,5 мм, и должна быть больше глубины проникновения ЭМ волны в толщу экрана (ч):
где ϖ – круговая частота, рад/с (ϖ =2πf , где f – частота, Гц); µ – магнитная проницаемость материала, Г/м; σ – электрическая проводимость среды, См/м.
Глубина проникновения ЭМП высоких и сверхвысоких частот очень мала (например, для меди она составляет десятые и сотые доли миллиметра), поэтому толщину экрана выбирают по конструктивным соображениям.
Большая отражательная способность металлов, обусловленная значительным несоответствием волновых сопротивлений воздуха и металла, в ряде случаев может оказаться нежелательной, т.к. в результате образования стоячих волн может увеличиваться интенсивность поля в рабочей зоне и влиять на режим работы генератора (излучателя). Поэтому в подобных ситуациях следует применять экраны, преимущественно с малым коэффициентом отражения (1-3%), т.е. поглощающие экраны. С этой целью используются радиопоглощающие материалы в виде тонких резиновых ковриков с проводящими добавками, гибких или жестких листов поролона, пропитанного соответствующим составом, ферромагнитные пластины и др.
Металлические сетки, применяемые для экранирования, обладают худшими экранирующими свойствами по сравнению с листовыми. Их, обычно, применяют в тех случаях, когда необходимо производить осмотр и наблюдение экранированных установок, вентиляцию и освещение экранированного пространства. Экранирующая эффективность сеток не превышает 20-30 дБ.
Требуемое ослабление поля ( LТР ) и эффективность экранирования ( ЭЭКР ) определяются по формулам:
где ЕР, ЕПД, НР, НПД - соответственно, напряженность электрического и магнитного поля на рабочем месте (или жилой зоне) и предельно допустимые их значения; Е1, Е2, Н1, Н2 - соответственно, напряженность электрического и магнитного поля до и после экранирования; П1 , П2 - плотность потока энергии до и после применения экрана.
На расстоянии, равном длине волны (λ), ЭМП в проводящей среде почти полностью затухает, поэтому для эффективного экранирования толщина стенки экрана должна быть примерно равна длине волны в металле.
Металлические экраны за счет отражения и поглощения практически непроницаемы для ЭМ энергии радиочастотного диапазона (при d > λ , где λ - длина волны).
Применение поглощающих нагрузок и аттенюаторов позволяет ослабить интенсивность излучения электромагнитной энергии в окружающее пространство на 60 дБ и более.
Для защиты от ЭМП при работе в антенном поле, проведении испытательных и регулировочных работ на объектах, устранении аварийных ситуаций и ремонте рекомендуется использование индивидуальных средств защиты. Для защиты всего тела применяются комбинезоны, халаты и капюшоны. Их изготавливают из трех слоев ткани. Внутренний и наружный слои делают из хлопчатобумажной ткани (диагональ, ситец), а средний, защитный слой – из радиотехнической ткани, имеющей проводящую сетку. Для защиты глаз используют специальные радиозащитные очки из стекла, покрытого полупроводниковым оловом.
Эффективность таких очков составляет 20 – 22 дБ.
Организационные мероприятия включают в себя: требования к персоналу (возраст, медицинское освидетельствование, обучение, инструктаж и т.п.), выбор рационального взаимного размещения в рабочем помещении оборудования, излучающего ЭМ энергию, и рабочих мест; установление рационального режима работы оборудования и обслуживающего персонала; ограничение работы оборудования во времени (например, за счет сокращения времени на проведение наладочных и ремонтных работ); защита расстоянием (удаление рабочего места от источника ЭМП, когда имеется возможность использовать дистанционное управление оборудованием); применение средств предупреждающей сигнализации (световой, звуковой и т.п.) и др.
Защита расстоянием применяется в тех случаях, когда невозможно ослабить облучение другими мерами, в том числе и сокращением времени пребывания людей в опасной зоне. В этом случае увеличение расстояния между источниками излучения и персоналом позволяет снизить уровень излучения, что видно из ниже приведенных выражений. Для расчета напряженности электрической и магнитной составляющих в ближней зоне, т.е. на расстоянии r ≤ λ 2π , где λ – длина волны излучения, равная
В дальней зоне (r >>λ 2π ) при увеличении рассматриваемого расстояния
уменьшается плотность потока энергии, как видно из следующей формулы:
где P – мощность излучения, Вт; G – коэффициент усиления антенны.
Лечебно-профилактические мероприятия направлены на предупреждение
заболевания, которое может быть вызвано воздействием ЭМП, а также на
своевременное лечение работающих при обнаружении заболеваний.
Для предупреждения профессиональных заболеваний у лиц, работающих в условиях ЭМП, применяются такие меры как предварительный (для поступающих на работу) и периодический (не реже одного раза в год) медицинский контроль за состоянием здоровья, а также ряд мер, способствующих повышению устойчивости организма человека к действию ЭМП (регулярные физические упражнения,рационализация труда, отдыха, а также использование некоторых лекарственных препаратов и общеукрепляющих витаминных комплексов).