Воздействие электромагнитных излучений

Электромагнитное излучение является одним из наиболее опасных физических загрязнений, которое создает в окружающей городской среде генерирующие, передающие и использующие электроэнергию устройства. Электромагнитное поле характеризуется напряженностью электрического и магнитного полей с широким спектром электромагнитных колебаний (радиочастотный, коротковолновый, ультракоротковолновый, сверхчастотный диапазоны).

Из-за высокой концентрации объектов инфраструктуры крупные города сильно подвержены электромагнитному загрязнению, которое возникает вблизи линий электропередач (ЛЭП), стационарных и мобильных средств связи, некоторых промышленных объектов. Так называемый «электросмог» ухудшает работу клеточных и молекулярных биологических структур, под их влиянием может даже развиваться катаракта хрусталика глаза.

Следует отметить, что городская среда перенасыщена самыми различными источниками магнитного загрязнения. Например, при движении от станции метро «Спортивная» до станции «Университет» напряженность постоянного магнитного поля возрастает в 10 раз (от 20 до 200 А/м). Кроме того, организм человека, находящегося в электромагнитном поле, поглощает его энергию, а в тканях возникают высокочастотные токи с образованием теплового эффекта. Интенсивность поглощения энергии электромагнитных полей (ЭМП) определяется мощностью поля, продолжительностью облучения и длиной волны колебаний. Чем выше мощность поля, короче длина волны облучения, тем сильнее отрицательное воздействие поля на организм человека.

Организм человека поглощает электромагнитное излучение, и в тканях человека возникают высокочастотные токи. С повышением мощности поля, продолжительности облучения и с сокращением длины волны увеличивается негативное воздействие на организм человека, которое характеризуется биологическим эффектом: продолжительное воздействие малоинтенсивного поля вызывает нарушения электрофизиологических процессов в центральной нервной и сердечно-сосудистой системах, функций желез внутренней секреции; влияние электромагнитных полей высокой напряженности вызывает покалывание рук, искровые разряды в теле и даже вздыбливание волос, при этом, ухудшение самочувствия наступает уже через час и зависит от интенсивности излучения [2].

Различают следующие виды электромагнитного воздействия:

- непосредственное воздействие, проявляющееся при пребывании в электрическом поле. Эффект такого воздействия усиливается с увеличением напряженности поля и времени пребывания в нем;

- воздействие электрических разрядов, возникающих при прикосновении человека к изолированным (от земли) конструкциям, корпусам машин и механизмов, протяженным проводам, а также прикосновение человека, изолированного от земли, к заземленным конструкциям, растения и другим объектам;

- воздействие тока, проходящего через человека, находящегося в контакте с изолированными от земли объектами, машинами и механизмами, протяженными линиями электропередач.

Для оценки биологического воздействия ЭМИ на человека на человеческий организм различаются две зоны воздействия: зона индукции (ближняя) и зона излучения (дальняя). Ближняя зона расположена на расстоянии от источника, равным одной шестой от длины волны. В этой зоне магнитная составляющая напряженности поля выражена слабо, и поэтому ее действие на окружающую среду незначительно. В дальней зоне проявляется эффект обеих составляющих поля – электрической и магнитной, и этот эффект оценивают поверхностной плотностью потока энергии (ППЭ), выраженной в Вт/м² [16].

Совместные действия нескольких источников излучения оценивают по формуле: Е² = Е₁² + Е₂² + ... + Е_n² , где Е₁, Е₂, ... , Е_n – напряженности электрического поля, создаваемые, каждым источником в контрольной точке, Вт/м². Биологический эффект можно разделить на две группы. Первая группа характеризуется продолжительным (хроническим) воздействием малоинтенсивного поля (Е<1кВ/м²), под воздействием которого возникают нарушения электрофизиологических процессов в центральной нервной и сердечно-сосудистой системах, функций щитовидной железы, генеративной функции и др. Все эти отклонения являются результатом нарушения обменных процессов на уровне микроструктур.

Вторая группа определяется индукцией поверхностных зарядов. При нахождении человека и животных под проводами ЛЭП в поле Е>1кВ/м² возникают искровые разряды в теле, покалывание рук, вздыбливание волос. Изменения в поведении животных заметны вблизи ЛЭП при напряжении более 345 кВ.

При напряженности электрических полей промышленной частоты 20-50 кВ/м уже через 1-2 ч в растениях наблюдается слабое обесцвечивание листьев с последующим отмиранием. Изменения зависят от вида растений и интенсивности облучения. При Е>100 кВ/м может произойти воспламенение растений.

В настоящее время действуют ВСН 2963-84 «Временные санитарные нормы и правила защиты от воздействия электромагнитных полей» и СанПиН 2.2.4/1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы» и МГСН 2.03.-97 [17], в которых установлены предельно допустимые уровни (ПДУ) напряженности электромагнитных полей (ЭМП), кВ/м:

- внутри жилых зданий – 0,5;

- на территории жилой застройки – 1,0;

- в населенной местности вне зоны жилой застройки – 10;

- в ненаселенной местности (часто посещаемой людьми) – 15;

- в труднодоступной местности (недоступной для транспорта) – 20.

Основной способ защиты от ЭМП – защита расстоянием. Плотность потока мощности убывает по мере распространения в среде по экспоненциальному закону. Величину, обратную коэффициенту затухания, называют глубиной проникновения поля в поглощаемую среду. Глубина проникновения зависит от свойств проводящей среды и от угловой частоты. С помощью этих характеристик можно определить тип и рассчитать размеры защитного экрана.

Защитные мероприятия по охране городской среды от влияния ЭМП включают устройства различных экранов, в том числе зеленых насаждений. При защите больших селитебных зон в качестве экранов используют конструктивные элементы зданий и сооружений, а также зеленые насаждения.

Снижение уровня напряженности ЭМП достигается путем выбора геометрических параметров ЛЭП, применения заземленных тросов, расположения под линиями высоких классов напряжений линий более низких классов. Перспективна замена воздушных линий кабельными или комбинированными (воздушно-кабельными). Рассматриваются варианты подземной прокладки высоковольтной ЛЭП, но пока они на порядок дороже воздушных.

Для защиты населения от воздействия ЭМП, создаваемых радиотехническими объектами (РТО), также устраивают санитарно-защитную зону (СЗЗ). Такой зоной является площадь, примыкающая к технической территории РТО, внешняя граница СЗЗ определяется на высоте 2 м от поверхности земли по нормируемым ПДУ.

Возможно экранирование от воздействий ЭМП строительными конструкциями. Материалы стен и перекрытий зданий в различной степени поглощают и отражают электромагнитные волны. Например, масляная краска отражает до 30% электромагнитной энергии сантиметрового диапазона.

Машины и механизмы на пневматическом ходу в СЗЗ ЛЭП должны быть заземлены, напряженность электрического поля в зданиях, имеющих неметаллическую кровлю, в пределах СЗЗ ЛЭП напряжением 330-500 кВ может быть снижена установкой заземленной металлической сетки на крыше этих зданий. Необходимо также заземлять металлические кровли, трубопроводы, кабели и т.д. (все заземления устраивают не менее чем в 2-х точках).

Кроме электромагнитного загрязнения городскую среду насыщают и техногенные физические поля. По мнению академика РАН Осипова В.И., такие поля могут быть связаны с блуждающими токами, вибрациями и др. Токи ускоряют электрокоррозию металлов в 5-10 раз и более; в Москве примерно треть повреждений подземных коммуникаций связана с этим явлением [10].

Как указывалось выше, для оценки электромагнитного воздействия на организм человека как фактора городской окружающей среды коэффициент значимости принимается равным 1, при этом надо учитывать, что при уровне напряженности ЭМП территории застройки менее 0,8 кВ/м дается 1 балл, при 0.8-1,2 кВ/м – 2 балла, а более 1,2 кВ/м – 3 балла [2].