CC BY
5Вестник АПК
Агроинженерия -; № 2(26), 2017 " "
УДК 331.435:621.385.6
Е. А. Логачева, В. Г. Жданов
Logacheva E. A., Zhdanov V. G.
ОБСЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА ОПЕРАТОРА
СВЧ УСТАНОВКИ ПО ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКЕ СЕМЯН
WORKING PLACE SURVEY OF OPERATOR OF MICROWAVE INSTALLATION FOR PRE-SEEDING TREATMENT
Преимущество сверхвысокочастотных (СВЧ) технологий перед традиционными заключается в уникальном сочетании качеств диэлектрического нагрева: избирательности, равномерности, сверхчистоты. Применение электромагнитных полей сверхвысоких частот в тепловых сельскохозяйственных процессах позволит снизить энергетические затраты на 25-40 %, вдвое сократить количество обслуживающего персонала, улучшить санитарно-гигиенические условия труда. Однако темпы внедрения СВЧ технологий опережают темпы разработки методов обеспечения безопасности труда. Человек, управляющий производственным процессом, сам подвергается воздействию электромагнитных полей. При этом отсутствует четкое представление о безопасных условиях эксплуатации СВЧ оборудования, учитывающих специфические особенности сельскохозяйственного производства, не разработаны методы и приборы контроля СВЧ излучения на рабочем месте. С целью оценки электромагнитной опасности предлагаемых технологий представлена классификация, позволяющая по совокупности перечисленных классификационных признаков определить наиболее опасный вариант СВЧ технологий. Для оценки условий труда проведено обследование рабочего места оператора СВЧ установки по предпосевной обработке семян, для чего проводились измерения плотности потока энергии.
Ключевые слова: сверхвысокочастотные (СВЧ) технологии, электромагнитные поля, безопасность рабочих мест, классификационные признаки, плотность потока энергии.
The advantage of microwave (MW) technologies from traditional ones lies in a unique combination of qualities of dielectric heating: selectivity, uniformity, extra purity. The application of electromagnetic fields of ultra high frequency in thermal agricultural processes will reduce energy costs by 25-40 %, to halve the number of staff, improve hygienic conditions of labor. However, the pace of implementation of microwave technologies outpaced the development of methods of occupational safety. Person, managing production process, is exposed to electromagnetic fields. There is no clear understanding of the safe operating conditions of microwave equipment, taking into account the specific features of agricultural production, there is no developed methods and control devices of the microwave radiation in the workplace. To assess the electromagnetic danger of the proposed technology we presented classification allowing, one set of these classification criteria, to determine the most dangerous variant of microwave technology. To assess the working conditions we surveyed workplace of operator of microwave installation for pre-seeding treatment, we measured the density of energy flow.
Key words: microwave (MW) technology, electromagnetic fields, working place safety, classification features, energy flow density.
Логачева Елена Анатольевна -
кандидат технических наук,
доцент кафедры электроснабжения
и эксплуатации электрооборудования
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
Тел.: 8-928-632-10-73
E-mail: elena.logacheva2010@yandex.ru
Жданов Валерий Георгиевич -
кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения и эксплуатации электрооборудования ФГБОУ Во «Ставропольский государственный аграрный университет» Тел.: 8-928-306-90-26 E-mail: jdanov.valery@yandex.ru
Logacheva Elena Anatolyevna -
Ph.D of Technical Sciences, Associate professor
Department of Electricity supply and Operation of electrical equipment
FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University»
Tel.: 8-928-632-10-73
E-mail: elena.logacheva2010@yandex.ru
Zhdanov Valery Georgievich -
Ph.D of Technical Sciences, Associate professor
Department of Electricity supply and Operation of electrical equipment
FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University»
Tel.: 8-928-306-90-26
E-mail: jdanov.valery@yandex.ru
Интерес к возможному использованию электромагнитных полей сверхвысоких частот (ЭМП СВЧ) в сельском хозяйстве постоянен. Исследования ученых по применению электромагнитных полей сверхвысоких частот в тепловых сельскохозяйственных процессах сулят производственникам снижение общих энергетиче-
ских затрат на 25-40 %, сокращение числа обслуживающего персонала на 50 %, улучшение санитарно-гигиенических условий труда [1]. Обещания не голословны. Научная литература представляет апробированные СВЧ технологии, готовые к внедрению в различные отрасли АПК [1, 2, 3]. Преимущество СВЧ технологий перед традиционными за-
22
,,„ „„„„, щ ^ Ставрооодья
научно-практическии журнал
ключается в уникальном сочетании качеств диэлектрического нагрева: избирательности, равномерности, сверхчистоты [1, 2, 3, 4]. Результаты внедрения предлагаемых технологий в практику убеждают в правильности выбранного направления научных исследований и дают основание утверждать, что в сельском хозяйстве происходит формирование новой отрасли - СВЧ энергетики [1, 5]. Однако темпы внедрения СВЧ технологий опережают темпы разработки методов обеспечения безопасности труда. Человек, в своем производственном процессе воздействующий на биологический объект, сам, в первую очередь, подвергается воздействию [1-9]. При этом отсутствует четкое представление о безопасных условиях эксплуатации СВЧ оборудования, учитывающих специфические особенности сельскохозяйственного производства, не разработаны методы и приборы контроля СВЧ излучения на рабочем месте[1-9].
Данные о патологическом воздействии СВЧ энергии на организм человека многочисленны и часто противоречивы (рис. 1) [1, 2, 4, 6]. Наиболее полному представлению об опасности ЭМП СВЧ для человека мешает отсутствие однозначных статистических данных об облучаемости обслуживающего персонала. Различия в проведении экспериментов, так же как и различия в существующих точках зрения, исключают самостоятельный диагноз «СВЧ облучение». Рассматриваются лишь отдельные симптомы. Поэтому разработка безопасных методов труда в предлагаемых СВЧ технологиях остается актуальной и требует глубокого изучения.
Для оценки условий труда оператора СВЧ установки рассмотрены процессы генерации и свойства энергии ЭМП СВЧ диапазона. Типы генераторов сВч энергии, размеры, конструкция основных элементов СВЧ цепей, возможные «паразитные» излучения во многом определяют значения плотности потока энергии на рабочем месте. Значительную долю в процессе формирования отраженного электромагнитного потока составляют потери при обработке диэлектрических материалов.
Известна прямая зависимость потерь энергии при обработке различных материалов с величиной коэффициентов отражения. В литературе, посвященной исследованию распространения электромагнитных волн, теории формирования ЭМП, представляются различные методы расчета коэффициентов отражения. Теоретически вопрос достаточно хорошо изучен. Однако использование теоретического материала без дополнительных экспериментальных сведений, учитывающих специфические особенности сельскохозяйственного производства, невозможно. Отсутствие таких данных определило основные задачи исследований: это обследование рабочего места оператора СВЧ установки с целью оценки электромагнитной опасности на примере технологической линии по предпосевной обработке семян зерновых и овощных культур в ЭМП СВЧ; определение коэффициентов отражения различных сельскохозяйственных материалов при различной влажности; определение наиболее предпочтительных, с позиции безопасности, частот на исследуемом спектре.
Рисунок 1 - Патологические изменения, возникающие под влиянием СВЧ
в
: № 2(26), 2017
Агроинженерия
23
При анализе тенденций развития новых СВЧ технологий в агропромышленном комплексе выделяются следующие классификационные признаки.
Во-первых, СВЧ технологии можно классифицировать по мощности СВЧ генератора: малой мощности (мощность СВЧ генератора до 2,5 кВт); мощные (мощность СВЧ генератора от 2,5 до 25 кВт); сверхмощные (мощность СВЧ генератора более 25 кВт).
Во-вторых, степень опасности СВЧ технологий может зависеть от мобильности СВЧ установки.
В-третьих, классификационным признаком является конструктивное исполнение устройства подвода СВЧ энергии к материалу, которое может быть закрытой рабочей камерой или открытым излучающим устройством типа открытый конец волновода, рупор, усеченный волновод, щель в металлическом экране.
В-четвертых, при оценке степени опасности СВЧ технологий важно знать, имеется ли непосредственный контакт устройства подвода энергии с обрабатываемым материалом или обработка ведется через слой воздуха. Схема сравнительной классификации сельскохозяйственных СВЧ установок представлена на рисунке 2.
Представленная классификация позволяет по совокупности перечисленных классификационных признаков определить наиболее опасный вариант СВЧ технологий. Ранжирование признаков может начинаться с устройств подвода энергии открытого типа, как источника наибольшей опасности. Подобные технологии являются преимущественно используемыми в сельскохозяйственном производстве [1-6, 8, 9]. На рисунке 3 представлен рупорный излучатель, работающий в режиме открытого излу-
чения, где 1 - волновод, 2 - излучатель, 3 - воздушный зазор, 4 - обрабатываемый материал.
Экспериментальные исследования проводились по двум направлениям: обследование параметров ЭМП СВЧ источника, работающего в режиме открытого излучения; получение кривых зависимостей коэффициентов стоячей волны и коэффициентов отражения различных сельскохозяйственных материалов при различной влажности образца при диапазоне частот от 2290 до 6140 МГц [1, 8, 9].
Для исследования выбрано рабочее место оператора СВЧ установки по предпосевной обработке семян. Выбор объясняется несколькими причинами, а именно, данная СВЧ технология достаточно широко внедрена в сельскохозяйственное производство. Здесь в качестве СВЧ генератора используется магнетрон от бытовой микроволновой печи. При разработке данной линии основное внимание обращалось на строгое соблюдение технологических режимов обработки семян, но не рассмотрены вопросы безопасности людей, обслуживающих эту установку.
Измерения плотности потока энергии проводились в соответствии с ГОСТ 12.1.006-84 ССБТ «Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля». Принимались во внимание Временные санитарные нормы и правила № 12963-84 «Защита населения от воздействия электромагнитных полей, создаваемых радиотехническими объектами». Контроль биологически опасного уровня СВЧ облучения на рабочем месте проводился гостированны-ми интенсиметрами ПЗ-20 лаборатории электромагнитных измерений Санкт-Петербургской санитарно-эпидемиологической станции. Измерения проводились при максимальной мощности магнетрона, т. е. при 2,5 кВт.
а
М-1
а
£
и
Рисунок 2 - Сравнительная классификация СВЧ установок Рисунок 3 - Рупорный излучатель
в режиме открытого излучения
24
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
Магнетрон располагался на высоте 0,3 м над полом. Так как конкретное рабочее место оператора не определено, поэтому измерения интенсивности проводились в точках, находящихся на линиях, радиально исходящих от центра, которым является магнетрон. На рисунке 4 представлена схема расположения точек замеров плотности потока мощности. I, II, III, IV, V - обозначение линий, на которых производились измерения. А, Б, В, Г, Д - точки, в которых производились замеры. В каждой точке проводились измерения на трех уровнях Г1, Г2, Г3, соответствующих расположению головы, груди, таза человека. В каждой точке, на каждом уровне проводилось не менее трех замеров. Наибольшее из полученных значений заносилось в протокол. Первые измерения проводились на расстоянии 1 м от источника СВЧ.
Каждые последующие измерения проводились на расстоянии 1 метр от предыдущих измерений. Так как измеритель ПЗ-20 работает в режиме накопления уровня измеряемой плотности потока энергии (ППЭ) в логарифмическом масштабе, то значения, выдаваемые в закодированном виде, подвергались раскодировке. В таблице представлены результаты обследования рабочего места оператора СВЧ установки.
Анализ результатов не позволил получить представление о конфигурации ЭМП СВЧ, создаваемого магнетроном. Однако результаты измерений ППЭ могут служить для определения
безопасной рабочей зоны. Так, на всех линиях измерений наблюдается значительное превышение предельно допустимых значений плотности потока энергии. Только на расстоянии 4 метров от СВЧ генератора значения ППЭ не превышают допустимых значений или в большинстве случаев отсутствуют вовсе.
Таким образом, рабочее место оператора СВЧ установки по подготовке семян зерновых или овощных культур к посеву с использованием СВЧ энергии можно располагать на расстоянии более 5 метров от источника. При этом территорию, находящуюся в радиусе 4 метров от источника СВЧ, необходимо обозначить как зону повышенной опасности.
Рисунок 4 - Схема расположения точек замеров плотности потока мощности
Таблица - Результаты обследования рабочего места оператора СВЧ установки по предпосевной обработке семян
Линия измерения Интенсивность плотности потока мощности, мкВт/см2
I II III IV V
Точка измерения а а а а а
б б б б б
в в в в в
г г г г г
д д д д д
Уровни измерения: Г1 900 800 - 820 800
1100 620 900 800 700
390 - 700 390 100
- - 100 - 102
- - 10 - -
Г2 900 900 1300 800 1000
1300 800 900 800 800
451 - 451 800 102
- 60 104 55 102
14 - 10 - -
Г3 1120 900 - 1300 990
1300 800 - 1020 800
480 17 500 451 680
100 60 180 71 102
10 - 10 - 40
в
: № 2(26), 2017
Агроинженерия
25
Выводы и рекомендации:
1. В ближайшие годы сельское хозяйство может стать одним их крупнейших потребителей СВЧ энергии и соответствующего оборудования. Перспективность использования СВЧ технологий объясняется рядом преимуществ перед традиционными, а именно: энергосбережение, экономия трудовых затрат, улучшение санитарно-бытовых условий труда, качества обрабатываемой продукции. Однако вопросы безопасности разрабатываемых и уже внедренных СВЧ технологий в сельском хозяйстве не рассмотрены. В наибольшей степени это относится к процессу формирования ЭМП рабочей зоны оператора СВЧ установки.
2. Проведенная классификация СВЧ технологий показала, что в сельском хозяйстве преи-
мущественно используется наиболее опасный вариант СВЧ технологий, характеризующийся высокими значениями отраженной составляющей ЭМП излучения в окружающее пространство. Это технологии с открытыми излучающими устройствами, не контактирующими с обрабатываемым материалом.
Обследование параметров ЭМП СВЧ магнетрона мощностью 2,5 кВт с открытым излучающим устройством (на примере технологической линии по предпосевному облучению семян) показало, что без использования специальных мер защиты подобная СВЧ технология не допускает использования присутствия оператора на расстоянии 4 метров от СВЧ генератора, что делает технологию неприемлемой по эргономическим показателям.
Литература
1. Логачева Е. А. Оценка опасности сельскохозяйственных СВЧ технологий и меры по ее снижению : автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПб.-Пушкин, 1995. 18 с.
2. Логачева Е. А., Жданов В. Г., Кравцов А. В. Анализ нормативных документов по безопасной работе с источниками электромагнитных излучений // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2010. № 9. С. 18-19.
3. Логачева Е. А., Жданов В. Г. Проблемы экологической и технологической безопасности использования электромагнитных излучений в сельском хозяйстве // Вестник АПК Ставрополья. 2011. № 2 (2). С. 33-35.
4. Логачева Е. А., Жданов В. Г. Так ли безопасны экологически чистые СВЧ-установки? // Сельский механизатор. 2012. № 5. С. 26-27.
5. Логачева Е. А., Жданов В. Г., Авдеева В. Н. О необходимости пересмотра действующих нормативных документов по безопасной работе с источниками электромагнитных излучений сверхвысокочастотного диапазона // Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе : сб. науч. тр. III Рос. науч.-практ. конф.(20-22 апреля 2005 г.) / СтГАУ. Ставрополь, 2005. С. 336-339.
6. Логачева Е. А., Жданов В. Г. Экологическая и технологическая безопасность сельскохозяйственных технологий с использованием электромагнитных излучений сверхвысокочастотного диапазона // Научная жизнь. 2013. № 1. С. 71-78.
7. Ракутько С. А., Логачева Е. А., Жданов В. Г. Алгоритмы инструментальных обследований для проведения энергоаудита организаций // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2014. № 36. С. 225-229.
References
1. Logacheva E. A. Assessment of risk of agricultural, microwave technologies and measures for its reduction : abstract. dis. Cand. tech. Sciences. Saint-Petersburg-Pushkin, 1995. 18 p.
2. Logacheva E. A., Zhdanov, V. G., Kravtsov A. V. Analysis of normative documents on safe work with sources of electromagnetic radiations // Mechanization and electrification of agriculture. 2010. № 9. P. 18-19.
3. Logacheva E. A., Zhdanov V. G. problems of ecological and technological safety of the use of electromagnetic radiation in agriculture // Agricultural Bulletin of Stavropol Region.
2011. № 2 (2). P. 33-35.
4. Logacheva E. A., Zhdanov V. G. Is it safe to use environmentally friendly microwave-installation? // Rural machine operator.
2012. № 5. P. 26-27.
5. Logacheva E. A., Zhdanov, V. G., Avdeeva V. N. The review of existing regulatory documents on the safe use of sources of electromagnetic radiation in microwave range // Physical and technical problems of creation of new technologies in agriculture : III Russian scientific-practical conference. Stavropol, 2005. P. 336-339.
6. Logacheva E. A., Zhdanov V. G. Ecological and technological safeness of agricultural technologies using electro-magnetic radiation of the microwave band // Scientific life. 2013. № 1. P. 71-78.
7. Rakut'ko S. A., Logacheva E. A., Zhdanov V. G. Algorithms for instrumental examinations for conducting energy audit of organizations // Bulletin of Saint-Petersburg State Agrarian University. 2014. № 36. P. 225-229.
8. Logacheva E. A. Influence of method of supplying energy to the process of formation of the reflected electromagnetic field // Methods and technical means of improving
26
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
8. Логачева Е. А. Влияние способа подвода энергии на процесс формирования отраженного электромагнитного поля // Методы и технические средства повышения эффективности применения электроэнергии в сельском хозяйстве : сб. науч. тр. / СГСХА. Ставрополь, 2000. С. 81-85.
9. Логачева Е. А., Жданов В. Г. К вопросу о сохранении естественного «электромагнитного фона» окружающей среды при внедрении СВЧ технологий в сельском хозяйстве // Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства. IV Международная научная экологическая конференция (с участием экологов Азербайджана, Армении, Беларуси, Германии, Грузии, Казахстана, Киргизии, Латвии, Ливана, Молдовы, Приднестровья, России, Словакии, Узбекистана и Украины). 2015. С. 378-381.
the effectiveness of the application of electricity in agriculture : coll. of scientific works. Stavropol, 2000. P. 81-85.
9. Logacheva E. A., Zhdanov V. G. To the question of the preservation of the natural electromagnetic background of the environment in the implementation of microwave technology in agriculture // Problems of recultivation of waste of household, industrial and agricultural production. IV international scientific ecological conference (with the participation of ecologists from Armenia, Azerbaijan, Belarus, Germany, Georgia, Kazakhstan, Kyrgyzstan, Latvia, Lebanon, Moldova, Transnistria, Russia, Slovakia, Ukraine and Uzbekistan). 2015. P. 378-381.
