Защита от электромагнитных полей

Теория

В зависимости от размера излучающей системы $L,\ \text{м}$ и длины волны $\lambda,\ \text{м}$ пространство вокруг антенны разбивают на три зоны:

ближнюю зону (зона индукции);
промежуточную зону (зона интерференции);
дальнюю зону (волновая зона, или зона Фраунгофера).

Такое деление связано с тем, что компоненты поля (напряжённости электрического и магнитного полей) существенно различно зависят от расстояния. Каждая зона ЭМП характеризуется своим соотношением напряженностей $\overrightarrow{E},\ \text{В/м}$ и $\overrightarrow{H},\ \text{А/м}$ полей.

Ближняя зона

Критерий. $r << \lambda/2\pi.$
Характеристика. Нет переноса энергии, электромагнитная волна не сформирована, на человека действует независимо друг от друга напряженности электрического $\overrightarrow{E},\ \text{В/м}$ и магнитного $\overrightarrow{H},\ \text{А/м}$ полей, при этом $\overrightarrow{E} >> \overrightarrow{H}$ .
Нормируемая величина (основная). Напряженность электрического поля $\overrightarrow{E},\ \text{В/м}$ .

Промежуточная зона

Критерий: $r \approx \lambda/2\pi.$
Характеристика. Поле имеет сложный характер. Присутствуют все компоненты поля, в результате взаимодействия электрического и магнитного полей возникают зоны максимумов и минимумов интенсивности электромагнитного поля. По некоторым данным интенсивность ЭМП может возрастать в $13 - 42$ раза, что составляет особую опасность для человека.
Нормируемая величина. Предельно допустимые значения напряженности электрического $\overrightarrow{E},\ \text{В/м}$ и магнитного $\overrightarrow{H},\ \text{А/м}$ полей устанавливают, исходя из допустимых значений
- энергетической экспозиции (нагрузки) $\text{ЭЭ}_E,\ \text{(В/м)}^2\cdot\text{ч}$ по напряжённости электрического $\overrightarrow{E}$ поля: $\text{ЭЭ}_E = E^2T$ ;
- энергетической экспозиции (нагрузки) $\text{ЭЭ}_H,\ \text{(А/м)}^2\cdot\text{ч}$ по напряжённости магнитного $\overrightarrow{H}$ поля: $\text{ЭЭ}_H = H^2T$ ,
  где $T$ - время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, ч.

Дальняя зона

Критерий: $r >> \lambda/2\pi.$
Характеристика. Поле представлено сформировавшейся электромагнитной волной. На человека одновременно воздействуют электрическое $\overrightarrow{E}$ и магнитное $\overrightarrow{H}$ поля.
Нормируемая величина. Интенсивность ЭМП на рабочем месте характеризуется плотностью потока энергии $I,\ \text{Вт/м}^2$ .
Предельно допустимое значение $I$ устанавливается, исходя из допустимых значений энергетической экспозиции по плотности потока энергии $\text{ЭЭ}_I = IT,\ (\text{Вт/м}^2)\cdot\text{ч}$ ,
где $T$ - время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, ч.

ЭМП промышленной частоты

Производственная зона

Нормирование ЭМП пром. частоты производится в соответствии с CaнПин 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы» с изменениями.

Документ устанавливает предельное время пребывания человека без СИЗ в ЭМП пром. частоты следующим образом:

$E \leq 5\ \text{кВ/м}$ ; $T_{\text{доп}} = \infty\ \text{ч}$ ;
$E \in (5; 20]\ \text{кВ/м}$ ; $T_{\text{доп}} = \frac{50}{E} - 2\ \text{ч}$ ;
$E \in (20; 25]\ \text{кВ/м}$ ; $T_{\text{доп}} = 10\ \text{мин}$ ;
$E > 25\ \text{кВ/м}$ работа без средств защиты не допускается.

Здесь $Е$ - напряженность ЭП в контролируемой зоне, $\text{кВ/м}$ ; $Т$ - допустимое время пребывания в ЭП при соответствующем уровне напряженности, $\text{ч}$ .

Время пребывания персонала в течение рабочего дня в зонах с различной напряженностью ЭП $T_{\text{привед}}$ вычисляют по формуле:
$T_{\text{привед}} = 8\left(\frac{t_{E1}}{T_{\text{доп},E1}} + \frac{t_{E2}}{T_{\text{доп},E2}} + \dots + \frac{t_{En}}{T_{\text{доп},En}} \right)$ , где $T_{\text{привед}}$ - приведенное время, эквивалентное по биологическому эффекту пребыванию в ЭП $E = 5\ \text{кВ/м}$ ; $t_{En}$ - время пребывания в контролируемой зоне с напряженностью $En$ ; $T_{\text{доп},En}$ - допустимое время пребывания для соответствующих контролируемых зон.

Селитебная зона

Согласно СанПиН 2971-84 «Санитарные нормы и правила защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты» устанавливаются следующие предельно допустимые значения напряжённости электрического поля $E,\ \text{В/м}$ .

Внутри жилых зданий $E = 0,5\ \text{кВ/м}$ ;
На территории зоны жилой застройки $E = 1\ \text{кВ/м}$ ;

СВЧ излучение

Производственное облучение. Согласно CaнПин 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы» максимальное значение энергетической экспозиции по интенсивности излучения $\text{ЭЭ}_I = 2,\ (\text{Вт/м}^2)\cdot\text{ч}$ . При этом максимальное значение $I$ не должно превышать $10\ \text{Вт/м}^2$ , а при локальном облучении кистей рук $50\ \text{Вт/м}^2$ .

Селитебная зона. Для населения устанавливаются максимальные значения плотности потока при излучении от различных объектов. Характерное значение интенсивности в жилых помещениях $I_{\text{доп}} = 0,1\ \text{Вт/м}^2$ для излучения от антенн сотовой связи, телевещания, от микроволновых печей на расстоянии $0,5\ \text{м}$ . $I_{\text{доп}} = 1\ \text{Вт/м}^2$ при использовании «подвижных станций сухопутной радиосвязи» (сот. и спутниковые телефоны).

Задачи

Задача №1

Оцените размеры ближней и дальней зон для ЭМП излучаемых:
- Высоковольтной линией электропередач промышленной частоты;
- Передатчиком FM-радиостанции работающем на частоте $f = 106\ \text{МГц}$ ;
- Микроволновой печью, $f = 2450\ \text{МГц}$ .

Задача №2

Оценить условия проживания на 5-м этаже (высота этажа 3 м) в доме, расположенном на расстоянии $100\ \text{м}$ от антенны телецентра высотой $60\ \text{м}$ . Если мощность передатчика $100\ \text{Вт}$ ; фактор направленности антенны задан в аналитическом виде $\Phi_\alpha = 100\cos^2{\alpha}$ , где $\alpha$ - угол между горизонтом и направлением на объект; допустимое значение плотности потока энергии в жилых домах $I_{\text{доп}} = 0,1\ \text{Вт/м}^2$ .

Задача №3

Мощность СВЧ передатчика телецентра $65\ \text{Вт}$ . Антена размерами $3\ \text{м}$ расположена на высоте $72\ \text{м}$ . Необходимо определить минимальное расстояние от телецентра, на котором можно строить $9\text{-ти}$ этажные дома, высоту этажа принять равной $3\ \text{м}$ . Диаграмма направленности $L_{\alpha},\ \text{дБ}$ , антенны представлена на рисунке. $L_{\alpha} = 10\log{I_{\alpha}/I_{\text{ср}}}$ .

Задача №4

СВЧ печь (см. рисунок) имеет размеры индуктора: длина $2\ \text{м}$ , диаметр $0,7\ \text{м}$ , мощность $10\ \text{кВт}$ , частота поля 900 МГц. Диаграмма направленности представлена на рисунке. Время работы аппарата $8\ \text{ч}$ ежедневно.Расстояние до рабочего места $2\ \text{м}$ . Оцените условия работы оператора, если его рабочее место находится справа от печи.

Задача №5

При работе электромонтёры находятся $t_1 = 1\ \text{ч}$ в зоне ЭП напряжённостью $E_1 = 4\ \text{кВ/м}$ ; $t_2 = 2\ \text{ч}$ в ЭП напряжённостью $E_2 = 10\ \text{кВ/м}$ и $t_3 = 20\ \text{мин}$ в ЭП напряжённостью $E_3 = 21\ \text{кВ/м}$ . Оценить условия труда.

Задача №6

При работе электромонтёры находятся $t_1 = 2\ \text{ч}$ в зоне ЭП напряжённостью $E_1 = 10\ \text{кВ/м}$ ; $t_2 = 5\ \text{ч}$ в ЭП напряжённостью $E_2 = 3\ \text{кВ/м}$ и $t_3 = 20\ \text{мин}$ в ЭП напряжённостью $E_3 = 21\ \text{кВ/м}$ . Оценить условия труда. Определить коэффициент экранирования в зоне №3, обеспечивающий допустимые условия труда.