Научная статья на тему 'Анализ опасности электромагнитных излучений в помещениях'

Анализ опасности электромагнитных излучений в помещениях Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
1693
189
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ / КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ / ДОПУСТИМОЕ ВРЕМЯ ПРЕБЫВАНИЯ / ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ОБСТАНОВКА / ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ / ELECTROMAGNETIC FIELDS’ PARAMETERS CHECK / ELECTROMAGNETIC RADIATION / ALLOWABLE STAY TIME / ELECTROMAGNETIC ENVIRONMENT / ELECTROMAGNETIC SAFETY

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Титов Евгений Владимирович

Рассматриваются проблемы обеспечения электромагнитной безопасности. Представлено описание способа интегрированного контроля электромагнитной обстановки, разработанного в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова. Освещены следующие проблемы: распространение источников электромагнитных полей происходит во всех сферах жизнедеятельности человека, создавая при этом все большую опасность для здоровья людей; нормативные документы, которые устанавливают предельно допустимые уровни электромагнитного излучения, не являются информативными и удобными для восприятия человека; существующие способы контроля электромагнитной обстановки имеют ограниченную область применения и повышенную трудоемкость осуществления вследствие сложности определения допустимого времени пребывания в различных зонах помещения. Поставлены следующие цели и задачи: необходимость контроля электромагнитных излучений (ЭМИ), повышение достоверности результатов контроля электромагнитной обстановки, снижение трудоемкости. Решение проблем электромагнитной безопасности сводится к использованию компьютерного моделирования электромагнитных излучений совместно с экспериментальными исследованиями, применяя предложенную методику определения допустимого времени пребывания человека в различных зонах помещений с источниками ЭМИ в зависимости от напряженностей электрического и магнитного полей. Приводятся расчетные выражения для определения допустимого времени пребывания в зоне действия электромагнитного поля, подтверждающие его положения о повышении достоверности результатов контроля электромагнитной безопасности. Сформулированы выводы, подтверждающие выполнение поставленных задач: предложенный способ контроля расширяет области применения, повышает достоверность результатов контроля электромагнитной безопасности, снижает трудоемкость определения допустимого времени пребывания в различных зонах помещения; полученная картина опасности электромагнитных излучений позволяет обоснованно выбирать эффективные мероприятия по обеспечению безопасного пребывания на рабочих местах, улучшению и оздоровлению условий труда.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Титов Евгений Владимирович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ANALYSIS OF ELECTROMAGNETIC RADIATION DANGER IN PREMISES

The integrated check of electromagnetic environment developed in the Altai State Technical University is described. The following issues are discussed: spread of electromagnetic fields sources in all spheres of human activity poses an increasing hazard to human health; regulations that establish permitted levels of electromagnetic radiation are not informative and presentational; the existing methods of electromagnetic environment check are of limited application scope and complicated to implement due to the complexity of defining the allowable stay time in various areas of premises. The following objectives are outlined: the need of checking electromagnetic radiation (EMR), increasing reliability of the electromagnetic environment test results, and reducing labor inputs. The solution of the problems of electromagnetic safety is through the use of computer modeling of EMR combined with experimental studies, applying the proposed method to define the allowable stay time in various zones of premises with EMR sources depending on the intensity of electric and magnetic fields. The calculated expressions for definition of the allowable stay time in electromagnetic field area are presented. The following is concluded: the proposed check method extends the application scope, increases the reliability of electromagnetic safety check, and reduces labor inputs of defining the allowable stay time in various zones of premises; the obtained pattern of EMR hazards enables to reasonably choose effective measures to ensure a safe stay in work area and to improve working environment.

Текст научной работы на тему «Анализ опасности электромагнитных излучений в помещениях»

ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

УДК 537.8:681.3

Е.В. Титов

АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ В ПОМЕЩЕНИЯХ

Ключевые слова: электромагнитные излучения, контроль параметров электромагнитных полей, допустимое время пребывания, электромагнитная обстановка, электромагнитная безопасность.

Введение

Интенсивное использование электромагнитной энергии в современном обществе в последней трети XX в. привело к формированию нового фактора загрязнения окружающей среды — электромагнитного. В настоящее время источники электромагнитных полей (ЭМП) получают все более широкое распространение как в производственных, так и в бытовых условиях, создавая все большую опасность для здоровья людей [1].

Возникает необходимость контроля электромагнитных излучений (ЭМИ) в помещениях в результате все большего их оснащения различной технической и бытовой аппаратурой, которая является источником ЭМИ. В настоящее время существует ряд нормативных документов [2-4], которые устанавливают предельно допустимые уровни электромагнитного излучения, воздействующего на население и рабочий персонал. Однако более информативным и удобным для восприятия параметром является допустимое время пребывания человека в различных зонах помещения независимо от уровней и частотных спектров электрических и магнитных составляющих ЭМИ. Для определения этого времени должны быть выявлены наиболее опасные составляющие поля в помещении. Для решения рассмотренных проблем следует повысить достоверность результатов контроля электромагнитной обстановки, снизить трудоемкость

путем уменьшения сложности определения допустимого времени пребывания в различных зонах помещения.

Объекты и методы

В Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова (АлтГТУ) разработан способ интегрированного контроля электромагнитной обстановки. Способ заключается в том, что по результатам измерения значений напряженностей электрического и магнитного полей, создаваемых источниками ЭМИ на частотах: 0 Гц, 50 Гц, 30 кГц, 3 МГц, 30 МГц, 50 МГц, 300 МГц определяется наиболее опасная составляющая электромагнитного поля (ЭМП), соответствующая минимально допустимому времени пребывания человека в точках измерений. Далее производится компьютерное моделирование поля в помещении для выделенной опасной составляющей ЭМИ.

Экспериментальная часть

Допустимое время пребывания людей в точках измерения определяется по следующей методике.

Известны расчетные выражения для определения допустимого времени пребывания в зоне действия электромагнитного поля людей, профессионально связанных с эксплуатацией и обслуживанием источников ЭМИ, в производственных условиях [2]. Это время определяется в зависимости от предельно допустимых уровней электромагнитных полей (ЭМП).

В частности, предельно допустимый уровень напряженности электростатического поля (ЭСП) при воздействии менее 1 ч за

смену составляет 60 кВ/м [2]. Допустимое время пребывания персонала в этом электростатическом поле (час) без средств защиты определяется по формуле [2]:

{ \2 60

X

доп (ЭСП)

у Е факт J

(1)

где

Е

факт

— значение напряженности

электростатического поля, создаваемого источниками ЭМИ, кроме ПЭВМ, на частоте 0 Гц, кВ/м.

При воздействии электростатического поля более 1 ч за смену ЕПдУ определяется по формуле:

60

ЕПДУ = -=

"ПДУ

41’

(2)

где \ — время воздействия, ч [2].

Вычисленное по формуле (2) ПДУ напряженности электростатического поля для людей, профессионально связанных с эксплуатацией и обслуживанием источников ЭМИ, при воздействии в течение 8 ч составляет 21 кВ/м.

Аналогично можно определить допустимое время пребывания людей в зонах действия источников ЭМИ, например, в помещениях с персональными электронновычислительными машинами (ПЭВМ).

Нормированный [3] предельно допустимый уровень напряженности электростатического поля, создаваемого ПЭВМ, равен 15 кВ/м при его воздействии в течение 8-часового рабочего дня. В соответствии с формулой (2) ПДУ напряженности электростатического поля, создаваемого ПЭВМ, при его воздействии в течение 1 ч за сутки (ненормированное [3]) составляет 43 кВ/м.

Допустимое время пребывания человека (час) в этом поле, создаваемом ПЭВМ, без средств защиты можно определить по формуле:

/ Л2

т 43

доп (ЭСП) ПЭВМ

у Е1факт J

(3)

где Е1факт — значение напряженности электростатического поля, создаваемого ПЭВМ, на частоте 0 Гц, кВ/м.

Таким же образом можно определить и другие показатели ПДУ электромагнитных полей, не нормированные Санитарными нормами и Правилами.

При определении ПДУ напряженности электрического поля (ЭП) промышленной частоты руководствуются следующим.

ПДУ напряженности электрического поля промышленной частоты для людей, профессионально связанных с эксплуатацией и

обслуживанием источников ЭМП, при воз действии в течение всей смены (8 ч) состав ляет 5 кВ/м [2]. Допустимое время пребы вания людей в этом поле (час) рассчитыва ется по формуле:

/ Л

т ( 50

1доп (ЭП 50)

Е2ф

у факт

- 2,

(4)

значение напряженности элек-

где Е 2 факт

трического поля, создаваемого источниками ЭМИ кроме ПЭВМ и бытовой техники, на частоте 50 Гц, кВ/м [2].

Нормированное значение ПДУ напряженности электрического поля промышленной частоты, создаваемого ПЭВМ на рабочих местах, составляет 0,025 кВ/м для 8-часового рабочего дня [3]. Используя формулу (4), можно получить формулу для определения допустимого времени пребывания человека в электрическом поле 50 Гц, создаваемом ПЭВМ, ч:

/ Л

т I 0,25

доп (ЭП 50) ПЭВМ

Е3ф

у факт у

2,

(5)

где Е3ф

>акт — значение напряженности электрического поля, создаваемого ПЭВМ, на частоте 50 Гц, кВ/м.

Для всех изделий бытовой техники, кроме ПЭВМ, ПДУ напряженности электрического поля 50 Гц при воздействии в течение 8 ч составляет 0,5 кВ/м [4]. С учетом этого значения допустимое время пребывания людей в электрическом поле 50 Гц бытовой техники можно рассчитать по формуле, ч:

С Л

5

Т

доп (ЭП 50) БТ

Е4

у факт J

2,

(6)

где Е4факт — значение напряженности электрического поля, создаваемого бытовой техникой, кроме ПЭВМ, на частоте 50 Гц, кВ/м.

Допустимое время пребывания людей в магнитном поле (МП), создаваемом источниками ЭМИ кроме ПЭВМ, на частоте 50 Гц можно определить, используя таблично заданные в [2] нормированные значения этих показателей для производственных условий, по формуле:

1600

Т

доп (МП 50)

Н1

(7)

факт

где Н1

факт

— значение напряженности

магнитного поля, создаваемого источниками ЭМИ кроме ПЭВМ, на частоте 50 Гц, А/м.

Аналогично определяется допустимое время пребывания людей в зонах действия магнитного поля частотой 50 Гц от ПЭВМ,

используя таблично заданные в [3] нормированные значения этих показателей, по формуле:

4

Т

доп (МП 50) ПЭВМ

Н2

(8)

факт

где Н2факт — значение напряженности магнитного поля, создаваемого ПЭВМ, на частоте 50 Гц, А/м.

При облучении в течение 8 ч от нескольких источников, работающих в радиочастотных диапазонах, для которых установлены разные предельно допустимые уровни, допустимое время пребывания человека в соответствии с [2] определяется по формуле:

8

Т

доп (ЭМП РЧ)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

КТ

(9)

где Кт — поправочный временной коэффициент [2].

Измеренные значения напряженностей электрических или магнитных полей, соответствующие наименьшему допустимому значению времени пребывания людей, используются в качестве входных параметров для компьютерного моделировании ЭМИ в среде COMSOL Multiphisics [5].

В процессе моделирования ЭМИ формируется пространственная картина распределения напряженности электрического или магнитного полей в контролируемом помещении. На рисунке 1 показан пример трехмерной картины распределения напряженности электрического поля: по осям отложены координаты источников ЭМИ, м. С помощью цветовой шкалы могут быть определены уровни напряженности электрического поля в различных областях помещения.

Рис. 1. Трехмерная картина распределения напряженности электрического поля

Расчёт компьютерной модели проводится методом конечных элементов, когда вся

моделируемая среда разбивается на небольшие участки различной конфигурации. С использованием формул (1-9) производится переход от параметров электромагнитного поля к допустимому времени пребывания человека в каждой точке помещения, тем самым формируется картина электромагнитной опасности (рис. 2).

Рис. 2. Картина опасности электромагнитного излучения

Результаты и их обсуждение

Картина опасности электромагнитного излучения показывает зоны допустимого времени пребывания людей в любой точке моделируемого пространства в виде изоповерхностей, окрашенных в различные тона в зависимости от числового значения допустимого времени (рис. 2). Справа от картины указана шкала допустимого времени пребывания человека в различных зонах помещения, с помощью которой можно визуально определить потенциально опасные зоны в зависимости от цветового оттенка изображения в любой области моделируемого пространства. Отдельно на картине указано допустимое время нахождения в зонах долговременного пребывания, а также в местах наибольшего уровня ЭМИ.

Заключение

Предложенный способ интегрированного контроля электромагнитной обстановки позволяет расширить области применения: появляется возможность определения уровня ЭМИ во всех точках пространства помещения от любых источников; повысить достоверность результатов контроля электромагнитной безопасности: обеспечивается возможность определения уровня ЭМИ во всех точках контролируемого пространства; снизить трудоемкость путем уменьшения сложности определения допустимого вре-

мени пребывания в различных зонах помещения; организовать на этой основе условия безопасного пребывания на исследуемых объектах.

Библиографический список

1. Защита от электромагнитных излучений [Электронный ресурс] / Изд-во центра охраны труда Биота; Л.О. Мырова. — Электрон. текстовые дан. — Н. Новгород: Защита от электромагнитных излучений, 2008. — Режим доступа:

http: //biota.ru/publish/magasine/296, сво-

бодный. — Загл. с экрана.

2. СанПиН 2.1.8/2.2.4.2490-09. Электромагнитные поля в производственных условиях. - Введ. 2009-05-15. - М.: Изд-во стандартов, 2009. — 15 с.

3. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы. - Введ. 2003-06-30. - М.: Изд-во стандартов, 2003. — 27 с.

4. СанПиН 2.1.2.1002-00. Санитарноэпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям. - Введ. 2001-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 2001. — 13 с.

5. Femlab 2.3. [Электронный ресурс] /

под общ. ред. В.Е. Шмелева и В.Д. Лебедева [подраздел 5.11]. — Электрон. текстовые дан. — СПб.: В.Е. Шмелев "Заметки по использованию системы FEMLAB" и В.Е. Шмелев "FEMLAB 2.3. Замечания по версии", 2008. — Режим доступа:

http://matlab.exponenta.ru/femlab/ Ьоок1, свободный. — Загл. с экрана.

УДК 537.8:681.3 И.Е. Мигалёв

СПОСОБ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ КАРТИНЫ ОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ

Ключевые слова: электрическое поле, магнитное поле, электромагнитное излучение, электромагнитная обстановка, картина опасности электромагнитной обстановки, модель электромагнитного поля, COMSOLMultiphisics, численное моделирование, метод конечных элементов, цилиндрическая картина опасности.

Введение

В последней трети XX в. в связи с интенсификацией использования искусственных источников электромагнитного поля возросла угроза электромагнитного загрязнения. Опасность, создаваемая электромагнитным излучением в местах пребывания людей, возрастает вместе с количеством его источников. Поэтому возникает необходимость измерения и нормирования уровня электромагнитного излучения в рабочей зоне. Чтобы упростить анализ, результаты измерений должны быть представлены в наглядной форме, позволяющей определять опасные зоны помещений и обоснованно выбирать мероприятия по улучшению электромагнитной обстановки.

Формирование картины электромагнитной обстановки может быть произведено в два этапа. Сначала проводится сбор исходных данных. Для этой цели применяется соответствующая аппаратура, предназначен-

ная для измерения параметров электромагнитных излучений, создаваемых антропогенными источниками [1].

Однако результаты измерений не позволяют получить полное представление об электромагнитной обстановке в помещении. Можно определить лишь данные для некоторых точек помещения в конкретные моменты времени для узких диапазонов частот. Чтобы получить цельную картину, непрерывную в пространстве и времени, можно воспользоваться современными методиками численного анализа результатов измерений, например, с помощью специализированного программного обеспечения CoMsOLMultiphisics [2].

Объекты и методы

Предметом исследования является электромагнитная обстановка в производственном помещении Алтайского государственного технического университета. Измерение параметров электрических и магнитных полей проводилось с помощью приборов ПЗ-50, ПЗ-41 и СТ-01, соответствующих нормам СанПиН [3, 4]. На рисунке 1 представлен общий план помещения с обозначением элементов оборудования, являющихся источниками электромагнитного поля.

На рисунке 1 цифрами отмечены: 1 — многофункциональное устройство (МФУ)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.