Влияние электромагнитных полей и электростатических разрядов на организм человека

ЗАЩИТА ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ Бурное развитие машиностроительных отраслей народного хозяйства привело к использованию в некоторых производствах электромагнитных волн. Причем в ряде случаев человек оказы­вается подвержен их воздействию. Электромагнитные волны, взаимодействуя с тканями тела человека, вызывают определенные функциональные изменения. При интенсивном облучении эти изменения могут оказать вредное воздействие на организм че­ловека. Знание природы воздействия электромагнитных волн на организм человека, норм допустимых облучений, методов кон­троля интенсивности излучений и средств защиты от них является совершенно необходимым для специалистов машиностроения в их многогранной практической деятельности.
Электромагнитное поле — это особая форма материи, пред­ставляющая собой взаимосвязанные электрическое и магнитное поля. Энергия электромагнитного поля может переходить в другие формы энергии. Фактически само существование жизни на Земле обусловлено преобразованием электромагнитной энергии (энер­гии солнечных лучей) в тепловую, химическую и другие виды энергии. Действие электромагнитного излучения на организм человека в основном определяется поглощенной в нем энергией. Известно, что излучение, попадающее на тело человека, частично отража­ется и частично поглощается в нем. Поглощенная часть энергии электромагнитного поля превращается в, тепловую энергию. Эта часть излучения проходит через кожу и распространяется в организме человека в зависимости от электрических свойств тканей (абсолютной диэлектрической проницаемости, абсолютной магнитной проницаемости, удельной проводимости) и частоты ко­лебаний электромагнитного поля. Существенные различия электрических свойств кожи, под­кожного жирового слоя, мышечной и других тканей обусловли­вают сложную картину распределения энергии излучения в ор­ганизме человека. Точный расчет распределения тепловой энергии, выделяемой в организме человека при облучении, практически невозможен. Тем не менее, можно сделать следующий вывод: волны миллиметрового диапазона поглощаются поверхностными слоями кожи, сантиметрового — кожей и подкожной клетчаткой, дециметрового — внутренними органами. Кроме теплового действия электромагнитные излучения вызы­вают поляризацию молекул тканей тела человека, перемещение ионов, резонанс макромолекул и биологических структур, нерв­ные реакции и другие эффекты. Из сказанного следует, что при облучении человека электромагнитными волнами в тканях его организма происходят сложнейшие физико-биологические процессы, которые могут явиться причиной нарушения нормального функционирования как отдель­ных органов, так и организма в целом. Люди, работающие под чрезмерным электромагнитным излу­чением, обычно быстро утомляются, жалуются на головные боли, общую слабость, боли в области сердца. У них увеличивается потливость, повышается раздражительность, становится тревож­ным сон. У отдельных лиц при длительном облучении появляются судороги, наблюдается снижение памяти, отмечаются трофиче­ские явления (выпадение волос, ломкость ногтей и т. д.). Нормы допустимого облучения устанавливаются для обеспе­чения безопасных условий труда обслуживающего персонала ис­точников излучения и всех окружающих лиц. Напряженность электромагнитных полей на рабочих местах не должна превышать: 1) по электрической составляющей: в диапазоне частот 60 кГц—3 МГц — 50. В/м; 3—30 МГц — 20. В/м; 30—50 МГц — 10 В/м; 50—300 МГц — 5 В/м; 2) по магнитной составляющей: в диапазоне частот 60 кГц— 1, 5 МГц — 5 А/м; 30 МГц—50 МГц — 0, 3 А/м. Предельно допустимая плотность потока энергии электромаг­нитных полей в диапазоне частот 300 МГц — 300 ГГц и время пребывания на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала, связанного профессионально с воздействием полей (кроме случаев облучения от вращающихся и сканирующих антенн), взаимосвязаны следующим образом: пребывание в те­чение рабочего дня —до 0, 1 Вт/м2; пребывание не более 2ч— 0, 1—1 Вт/м2, в остальное рабочее время плотность потока энергии не должна превышать 0, 1 Вт/м2; пребывание не более 20 мин — 1—10 Вт/м2 при условии пользования защитными очками. В осталь­ное рабочее время плотность потока энергии не должна превышать 0, 1 Вт/м2. Напряженность электрического поля промышленной частоты (50 Гц) в электроустановках напряжением 400 кВ и выше для персонала, систематически (в течение каждого рабочего дня) обслуживающего их, не должна превышать при пребывании че­ловека в электрическом поле: без ограничения времени—до 5 кВ/м; не более 180 мин в течение одних суток 5—10 кВ/м; не более 90 мин в течение одних суток 10—15 кВ/м; не более 10 мин в течение одних суток 15-30 кВ/м; не более 5 мин в течение суток 20-25 кВ/м. Остальное время суток человек должен I на­ходиться в местах, где напряженность электри­ческого поля не превы­шает 5 кВ/м. Если облучение людей превышает указанные пре­дельно допустимые уровни, то необходимо применять защитные средства. Защита человека от опасного воздействия элек­тромагнитного облучения осуществляется рядом спо­собов, основными из кото­рых являются: уменьшение излучения непосредственно от самого источника, экранирование источника излучения, экранирование рабочего места, поглощение электромагнитной энергии, приме­нение индивидуальных средств защиты, организационные меры защиты. Для реализации этих способов применяются: экраны, поглотительные материалы, аттенюаторы, эквивалентные нагрузки и индивидуальные средства. Экраны предназначены для ослабления электромагнитного поля в направлении распространения волн. Степень ослабления зависит от конструкции экрана и параметров излучения. Сущест­венное влияние на эффективность защиты оказывает также .ма­териал, из которого изготовлен экран. Толщину экрана, обеспечивающую необходимое ослабление, можно рассчитать. Однако расчетная толщина экрана обычно мала, поэтому она выбирается из конструктивных соображений. При мощных источниках излучения, особенно при длинных вол­нах, толщина экрана может быть принята расчетной. Толщина экрана в основном определяется частотой и мощностью излучения и мало зависит от применяемого металла. Очень часто для экранирования применяется металлическая сетка. Экраны из сетки имеют ряд преимуществ. Они просматри­ваются, пропускают поток воздуха, позволяют достаточно быстро ставить и снимать экранирующие устройства. Экранированию подлежат генераторы, фидерные линии, эле­менты высоковольтных электроустановок, разъемы рабочих кон­туров, индукционные катушки, рабочие конденсаторы, смотро­вые окна и установки в целом. Конструкция экрана в каждом от­дельном случае должна обеспечивать наибольший эффект экра­нирования. Приведем несколько примеров. Для экранирования индукционной катушки применяется ци­линдрический экран. Устанавливается он так, как показано на рис. 1, а. Излучение при этом происходит через открытые концы цилиндра. Эффективность такого экрана Э, т. е. величина, показывающая, во сколько раз экран ослабляет поле на рабочем месте, может быть определена по формуле Э = е3,6l / D (1) где l — расстояние от катушки до краев цилиндра; D — диаметр цилиндра.
Из формулы (1) видно, что более длинный цилиндр дает лучший эффект. На рис. 1, б показана конструкция экрана рабочего кон­денсатора высокочастотной установки, применяемого, как и ин­дукционная катушка, для термической обработки изделий. Он представляет собой отрезок прямоугольной трубы. Расстояние между экраном и конденсатором должно быть не менее расстояния между обкладками. Эффективность такого экрана может быть определена по формуле
Э = еpl / a (2) где l — расстояние от конденсатора до конца экрана; а — ширина экрана. Более длинный экран в этом случае дает лучший результат. При экранировании ослабление излучения осуществляется за счет отражения части энергии от экрана. Следовательно, в тех случаях, когда отраженная энергия может представлять опасность или вносить помехи, применять экранирование нецелесообразно. Поглотительный материал осуществляет защиту путем пре­вращения энергии электромагнитного поля в тепловую. В качестве поглотительного материала применяют каучук, пенополистирол, ферромагнитный порошок со связывающим диэлектриком, воло­сяные маты, пропитанные графитом, и другие материалы. Для повышения поглотительной способности материала ему придают такую форму, чтобы волны испытывали многократное от­ражение (рис. 2). Это приводит к неоднократному прохожде­нию электромагнитных волн через поглотительный материал, что обеспечивает хорошее поглощение при незначительной тол­щине материала. Кроме того, многократное отражение волн при­водит к взаимному их уничтожению. Использование таких ма­териалов особенно эффективно в диапазонах высоких и сверх­высоких частот излучения. Для того, чтобы значительная часть энергии не отражалась от поглотительного материала, его волновое сопротивление должно быть близким к волновому сопротивлению воздуха Z0. Это возможно при условии

(3) где mп, eп — соответственно магнитная и электрическая прони­цаемость поглотительного материала. Если условие (3) не выполняется, то поглотительный ма­териал покрывается согласующим слоем диэлектрика. Волновое сопротивление согласующего слоя должно удовлетворять условию где Z п — волновое сопротивление поглотительного материала. Хорошие результаты дает совместное применение экрана и поглотительного материала. Поглотительный материал наносится на металлический лист, выполняющий роль экрана. Эта кон­струкция обеспечивает двукратное прохождение электромагнит­ной волны через поглотительный материал. Если толщину пог­лотительного материала выбрать соизмеримой с четвертью длины волны, то прямая и отраженная волны будут иметь сдвиг по фазе 180° и взаимно уничтожаются. Недостатком этой конструк­ции является то, что она эффективна только в узком диапазоне частот. Индивидуальные средства предназначены для защиты человека или отдельных его органов при работе в сильных электромагнит­ных полях. Они применяются в тех случаях, когда другие меры защиты не могут быть использованы или не обеспечивают необ­ходимого ослабления излучения. К индивидуальным средствам относятся защитные халаты, комбинезоны, очки. Все эти средства защиты являются своеобразными экранами. Их защитные свойства определяются степенью отражения волн. В качестве материала для защитных халатов и комбинезонов используется специальная ткань, в структуре которой тонкие металлические нити скручены с хлопчатобумажными нитями, что придает ткани плотность, эластичность и теплозащитные свой­ства. Защитные свойства такой ткани следующие: Длина волны, см …………….0,8 3,2 10 50 Ослабление излучения, дБ……………20 28 38 40 Индивидуальные средства защиты должны применяться в ис­правном состоянии, а их защитные свойства периодически про­веряться. Организационные меры защиты должны быть направлены на обеспечение безопасных условий труда при использовании элек­тромагнитной энергии. Они должны учитываться прежде всего при организации производства, рабочего места и режима труда. Наибольшее значение при этом необходимо уделять выбору рас­стояния от источника излучения до рабочего места и сокраще­нию времени пребывания человека в электромагнитном поле. Эти меры иногда называются соответственно “защита расстоянием” в “защита временем”. С учетом эффективности защиты расстоянием санитарными нормами установлено, что на каждую действующую установку в закрытом помещении мощностью до 30 кВт должно приходиться не менее 25 м2 площади и не менее 40 м2 для установок большей мощности. Для вновь монтируемых установок площади должны быть предусмотрены в 1,5—2 раза больше Эффективность защиты временем не вызывает сомнения. Од­нако применять ее следует только в тех случаях, когда другие меры и средства не обеспечивают безопасных условий труда. Это объясняется тем, что сокращение времени нахождения на ра­бочем месте под облучением практически всегда ведет к снижению производительности труда. Защита временем может осуществля­ться путем смены работающих, частичной автоматизацией про­цессов, дистанционным управлением установкой, перерывом в ра­боте и т. и. Контроль уровней облучения должен производиться путем измерения нормируемого параметра электромагнитного поля на рабочем месте не реже двух раз в год, а также при вводе в дейст­вие новых источников излучения при реконструкции действующих установок, после ремонтных работ; при опытных и исследова­тельских работах уровни облучения необходимо проверять при каждом изменении условий труда. Измерения в каждой выбранной точке производятся не менее трех раз. Результат каждого измерения фиксируется в протоколе. За уровень электромагнитного облучения в данной точке прини­мается среднеарифметическое трех измерений. Измерения произ­водятся специально разработанными для этой цели приборами ИЭМП (диапазон высоких частот), ПО-1 (диапазон сверхвысоких частот), ПЗ-1 (промышленная частота) и др. ЗАЩИТА ОТ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ НА ПРОИЗВОДСТВЕ При статической электризации во время технологических про­цессов, сопровождающихся трением, размельчением твердых ча­стиц, пересыпанием сыпучих тел, переливанием жидкостей-ди­электриков на изолированных от земли металлических частях производственного оборудования возникает относительно земли электрическое напряжение порядка десятков киловольт.
Так, при движении резиновой ленты транспортера и в устройствах ременной передачи на ленте (ремне) и на роликах (шкивах) возникают электростатические заряды противоположных знаков большей величины, а потенциалы их: достигают 45 кВ. Основную роль при этом играют влажность и давление воздуха и состояние поверхностей лент (ремней) и роликов (шкивов), а также скорость относительного движения (пробуксовки). Аналогично происходит электризация: и при сматывании тканей, бумаги, пленки и. др.
При относительной влажности воздуха 85% и более электростатических зарядов обычно не возникает. В аэрозолях электрические заряды образуются от трения ча­стиц пыли друг о друга и о воздух. Причинами электризации пыли могут быть непосредственная адсорбция заряда из окружающего воздуха вместе с адсорбируемым газом. Потенциалы заряженных частиц пыли могут дости­гать значений: до 10 кВ в зависимости от концентрации пыли в воздухе, размера и скорости движения частиц пыли и относи­тельной влажности воздуха. Применяемое на электроподстанциях минеральное (трансформаторное) масло в процессе его переливания (например, слив из цистерны в бак) также подвергается электризации. В случае, если металлическая емкость или автоцистерна не заземлены, то в про­цессе налива они окажутся электрически заряженными. Электрические заряды на частях производственного оборудо­вания могут взаимно нейтрализоваться при некоторой электро­проводности влажного воздуха, а также стекать в землю по по­верхности оборудования. Но в отдельных случаях; когда электростатические заряды велики, а влажность воздуха незначительна, может возникнуть быстрый искровой разряд между частями оборудования или разряд на землю. Энергия такой электрической искры может оказаться доста­точно большой для воспламенения горючей или взрывоопасной смеси. Например, для многих паро- и газовоздушных взрывоопас­ных смесей требуется сравнительно небольшая энергия воспла­менения, всего лишь около (0,2—0,5)10-3 Вт.с. Практически при напряжении 3000 В искровой разряд может вызвать воспламенение почти всех паро- и газовоздушных сме­сей, а при 5000 В воспламенение большей части горючих пылей и волокон. Таким образом, возникающие в производственных условиях электростатические заряды могут служить импульсом, способным при наличии горючих смесей вызвать пожар и взрыв. В ряде слу­чаев статическая электризация тела человека и затем последую­щие разряды с тела человека на землю или заземленное про­изводственное оборудование, а также электрический разряд с незаземленного оборудования через тело человека на землю могут вызывать нежелательные болевые и нервные ощущения и быть причиной непроизвольного резкого движения человека, в резуль­тате которого он может получить ту или иную механическую трав­му (ушибы, ранение). Устранение опасности возникновения электростатических за­рядов достигается следующими мерами: заземлением производ­ственного оборудования и емкостей для хранения легковоспла­меняющихся и горючих жидкостей; увеличением электропровод­ности поверхностей электризующихся тел путем повышения влаж­ности воздуха или применением антистатических примесей к ос­новному продукту (жидкости, резиновые изделия и др.); иони­зацией воздуха с целью увеличения его электропроводности. Каждая система аппаратов и трубопроводов, заполняемых электризуемыми жидкостями, должна быть в пределах цеха за­землена не менее чем в двух местах. Автоцистерны во время налива или слива горючих жидкостей должны быть заземлены. Эффективным методом для устранения электризации нефте­продуктов является метод введения в основной продукт специ­альных антистатических веществ (присадок). Кроме того, для уменьшения статической электризации при сливе нефтепродуктов и других горючих жидкостей необходимо избегать падения и разбрызгивания струи с высоты, поэтому сливной шланг (рукав) следует опускать до самого дна цистерны или другой какой-либо емкости. Металлические наконечники этих сливных шлангов во избежание проскакивания искр на землю или заземленные части оборудования следует заземлять гибким медным проводником. В качестве присадки для увеличения электропроводности не­фтепродуктов применяют в количестве около 0,001—0,003% олеат хрома, что практически не влияет на их физико-химические свойства. Антистатические вещества (графит, сажа) вводят и в состав резинотехнических изделий, что повышает их электропроводность. Так, резиновые шланги для налива и перекачки легковоспламеня­ющихся жидкостей изготовляют из маслобензостойкой электро­проводящей резины, что в значительной степени снижает опас­ность воспламенения этих жидкостей при переливании их в передвижные емкости (автоцистерны, железнодорожные цис­терны).