CC BY
87
УДК 621.371.2
РАЗМЕЩЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ С УЧЕТОМ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Л.И. Нефёдов, профессор, д.т.н., Н.Ю. Филь, соискатель, ХНАДУ
Аннотация. Рассмотрен метод рационального размещения источников электромагнитных излучений (ЭМИ), учитывающий взаимокомпенсанцию напряженности внешних электромагнитных полей в заданных зонах. Приведены примеры.
Ключевые слова: электромагнитные излучения, рациональное размещение, зона комфорта и дискомфорта.
Введение
Широкое внедрение персональных компьютеров (ПК), новых видов производственно-технологической, бытовой и медицинской аппаратуры и современных средств офисной техники в научнопроизводственную деятельность и быт современного человека выдвигает на передний план проблему анализа, оценки безопасности среды функционирования, а также разработки и совершенствования методов и средств защиты.
Анализ публикаций
Среди множества разнородных физических факторов функциональной среды рассмотрим такие, которые имеют электромагнитную природу, в частности, электромагнитные излучения. Известно, что ЭМИ радиоволнового диапазона оказывают негативное воздействие на человека [1].
При функционировании ПК создает ЭМИ в очень широкой полосе частот: от 5 Гц до 1 ГГц и выше. Считается, что для здоровья людей наиболее опасны низкочастотные электрические и магнитные поля, возникшие в видеодисплейных терминалах (ВДТ) с электронно-лучевыми трубками. Однако есть сведения о том, что низкочастотные ЭМИ следует учитывать и в портативных компьютерах с ВДТ на жидких кристаллах [2]. Заметим, что низкочастотные поля сосредоточены в непосредственной близости от ПК, где находится операторы, что делает их особенно важными в экологическом плане [3].
После принятия Украиной норм международного стандарта MPR-П [4] появилась возможность дифференцировать рабочие места и выделять среди ВДТ ПК наиболее и наименее безопасные, и
принимать конкретные меры по снижению уровней ЭМИ, появилась возможность сравнить нормы по ЭМИ для ПК с уровнями естественного фона (табл. 1) [3].
Таблица 1 Естественный фон и ПДУ по ЭМИ для ПК
Характе- ристика ЭМИ Полоса частот, 0,005-2 кГц Полоса частот, 2-400 кГц
Е, В/м Н, нТл Е, В/м Н, нТл
ПДУ по ЭМИ 25,0 250,0 2,5 25,0
Естественный фон 0,037 0,385 0,010 0,075
Превышение естественного фона 675 650 250 333
Из анализа данных таблицы следует, что работу по снижению уровней локальных ЭМИ, создаваемых ПК, нельзя считать завершенной. К аналогичному выводу приводит и оценка безопасности по фактору ЭМИ современных средств офисной техники (ксероксы, факсы, модемы и т.д.), а также многих видов производственно-технологической, бытовой и медицинской аппаратуры, нормативные документы на которые в настоящее время отсутствуют.
Технические вопросы, связанные с оценкой и моделированием ЭМИ, создаваемого ПК (выбор методик и средств измерений, расчет уровней ЭМИ на рабочих местах, разработка принципов и методов защиты), решены в настоящее время далеко не полностью.
Таким образом, при проектировании компьютерной лаборатории (КЛ) вуза [5] необходимо провести многокритериальную оценку электромагнитной обстановки (ЭМО), и на основе ее результатов разработать рекомендации по обеспечению комфортных условий для студентов и преподавателей.
Результаты оценки среды функционирования КЛ по уровню ЭМИ должны учитываться при размещении рабочих мест (РМ), лабораторного оборудования и организации рабочего процесса в целом. Зная расположение зон комфорта и дискомфорта проектируемого помещения, необходимо использовать методы и средства защиты по ЭМИ, согласно нормативным документам [4].
В нормативных документах использование аналитических методов проведения экспертизы радиотехнического оборудования по ЭМИ носит иллюстративный характер. Однако в настоящее время они приобретают важное самостоятельное значение.
Рассмотрим методы и средства защиты на компьютерных РМ.
Метод защиты временем - за счет уменьшения продолжительности воздействия ЭМИ на оператора - сравнительно мало эффективна. Также необходимость длительного нахождения персонала на рабочих местах, как правило, обусловлена спецификой производственного процесса, и время не может меняться произвольно.
Метод защиты экранированием РМ: можно устанавливать стальные перегородки между соседними рабочими местами, но снизить таким образом воздействие ЭМИ собственного компьютера не удается.
Традиционные методы и средства защиты от ЭМИ оказываются мало эффективными и экономически невыгодными. В таких случаях, можно использовать рациональную планировку производственных помещений и офисов, оборудованных средствами вычислительной техники, оргсвя-зи и т.п.
Цель и постановка задачи
Таким образом, целью данной работы является снижение напряженности внешних электромагнитных полей в заданных зонах путем взаимо-компенсации; за счет разработки новых и развития существующих методов рационального размещения РМ с источниками ЭМИ.
Результаты исследования и обсуждение
Общая постановка основной оптимизационной задачи размещения источников ЭМИ состоит в
следующем [6]. Пусть задана трехмерная область
О. Внутри области необходимо разместить заданное число источников ЭМИ Se (е = 1,т), т.е.
определить их местоположение 2 = (х®, х®, х®,
а (1),а 21),а 31),..,х*,х2т,х3т, а Г,а т,а Г*) таким образом, чтобы минимизировать значения, например, магнитной напряженности в заданной системе точек Qk (к = 1, р). При этом источники поля,
имеющие заданную геометрическую форму, должны быть на определенном кратчайшем расстоянии друг от друга и находиться внутри области. Математическая постановка состоит в нахождении
тштах Нк (х1, х'к, х\, 2); (1)
2 О W; к = ,
где область допустимого размещения W описывается следующей системой ограничений:
- по нахождению двух источников ЭМИ на заданном расстоянии
Ф (хе,х2,х3е,а е,а 2,а 3,х(,х(,х3,а 1,а 2,а 2) i 0;Ь ]------- - э (2)
е = 1, т - 1; ] = е + 1, т; ю
- по принадлежности всех источников ЭМИ заданной области О
Xе(хе,х2,,х3,ае,а2,а 3) 1 0; е = 1,т , (3)
е е е
где х1, х2, х3 - координаты местоположения источника (его полюса) относительно неподвижной системы координат х1, х2, х3, жестко связанной с
областью О; а е, а 2, а е - углы ориентации источника Se относительно неподвижной системы координат.
Из анализа поставленной задачи следует: функция цели задачи (1)-(3) в общем случае нелинейная; область определения функции цели W в общем случае многосвязная и описывается систе-
„ т(т - 1) „
мой -----2---+ т нелинейных неравенств (2)-(3);
размерность пространства параметров, в котором ищется экстремум функции цели задачи (1)-(3), равна 6т + 3 ; задача (1)-(3) - многоэкстремальная.
В случае, когда направленность вектора магнитной напряженности может быть произвольной, задача (1)-(3) примет вид
тттах|нк (хк, х'к, х\, 2)\ (4)
2О W; к= \р,
где через Н обозначен модуль вектора магнитной напряженности ЭМП.
Поиск оптимального размещения источников ЭМИ необходимо осуществлять на основе решения соответствующих задач математической физики, так как результирующее поле группы источников ЭМИ зависит от положения каждого из источников и их взаимовлияния. Основные этапы метода решения задачи (1)-(3) состоят в формализации задачи, синтезе допустимых размещений, в поиске локального экстремума, в переборе локальных экстремумов, в выборе из них глобального значения функции цели и соответствующего ему решения по размещению источников ЭМИ.
При решении целесообразно разбить общую задачу (1)-(3) на ряд подзадач. Это связано с тем обстоятельством, что на практике требуется оптимизировать и контролировать определенные составляющие векторов напряженности поля. Решение частной задачи размещения чаще всего сводится к методу размещения объектов в полосе конечной длины.
При определении допустимого количества рабочих мест в помещении следует учитывать требование [6] о необходимости обеспечения не менее 6 м2 на одно рабочее место с ВДТ или ПК. Схемы размещения (РМ) должны учитывать допустимые расстояния между рабочими столами с ВДТ (которые должны быть не менее 2 м по фронту и обеспечивать расстояние между боковыми поверхностями мониторов не менее 1,2 м).
Рассмотрим варианты по размещению РМ, оснащенных компьютерной техникой (которые реализованы на практике) с оценкой их преимуществ и недостатков.
В варианте размещения, показанном на рис. 1а, РМ места расположены друг за другом в несколько рядов, обозначена подводка электропитания от рабочих мест к розеткам в стенах помещения. Зоны комфорта и дискомфорта показаны соответственно на рис. 1б. Таким образом, преимущество такого расположения - возможность визуального общения руководителя с другими пользователями и левое боковое освещение экранов ВДТ естественным светом. Существенный недостаток -опасность облучения большинства пользователей с тыльной стороны ВДТ, установленного на соседнем РМ, а также близость к пользователю элементов питания соседнего РМ. Данную планировку можно рекомендовать только в том случае, если в помещении имеется возможность разнесения рабочих столов на требуемое санитарными правилами и нормами расстояние между ними в 2 м и более.
Улучшить ЭМО на указанных РМ без существенной переделки системы подводки электропитания
можно расположением РМ вдоль боковых и торцевых стен помещения с ориентацией тыльной стороны каждого РМ к стене (рис. 2а). а
Рис. 1. Наименее приемлемый вариант взаимного расположения РМ: а - план размещения; б -зона комфорта и дискомфорта (затемнены)
Рис. 2. Рекомендуемая перепланировка РМ, изображенных на рис. 1а: а - план размещения; б - зона комфорта и дискомфорта (затемнены)
В примере на рис. 2 использование метода позволило максимально увеличить количество РМ, а также уменьшить зону дискомфорта по уровню
б
а
б
ЭМП, что видно визуально. Недостаток такой планировки - частичная потеря зрительного контакта руководителя с другими пользователями.
При расположении РМ с ПК в помещении вдоль стен смежных с ним помещений следует помнить, что стены не являются сколь либо значительным препятствием для низкочастотных электромагнитных полей.
Рассмотрим еще один вариант компоновки РМ -перекрестное или в отдельных (находящихся рядом друг с другом) кабинах, разделенных перегородками. Подобная компоновка практикуется в КЛ, на рабочих местах операционистов в банках и в кассовых залах.
а
□ О □ О
ьНННВао
о о о о
Рис. 3. Расположение РМ с взаимной экранировкой их полей ВДТ: а - план размещения; б -зона комфорта и дискомфорта (затемнены)
На рис. 3а показано рекомендуемое в подобных случаях расположение РМ. При предложенном секционном размещении РМ общее количество РМ уменьшилось, однако максимально увеличена зона комфорта в помещении, за счет взаимо-компенсации напряженности ЭМП.
Здесь особенно важно правильно подойти к компоновке каждого из РМ, так как перегородки между кабинами (в особенности, если они выполнены из обычных пластиковых материалов или сухого дерева) практически не влияют на ЭМО.
Выводы
Таким образом, получил дальнейшее развитие метод рационального размещения источников ЭМИ путем его распространения на новый класс объектов — РМ с ПК, учитывающий взаимокомпесан-цию напряженности внешних электромагнитных полей в заданных зонах. Предложенный метод оценки среды функционирования позволил графически оценить зоны комфорта и дискомфорта при различном размещении РМ, оснащенных ВДТ и ПК.
Перспективами дальнейших исследований является развитие предложенных методов путем учета внешних источников ЭМИ.
Литература
1. Афанасьев А.И., Карпиков И.И., Туркевич А.А.
и др. Электромагнитная безопасность при работе с компьютерной техникой. - М.: Циклон-Тест, 1998. - 112 с.
2. Литвак И.И. Эргономическая безопасность
работы с компьютером // Проблемы информатизации. - №3. - 1996. - С.3-17.
3. Маслов О.Н. Электромагнитная безопасность
радиоэлектронных средств // Связь и бизнес.
- М.: МЦТИ, ООО «Мобильные
коммуникации», 2000. - 82 с.
4. Державш саттарт правила i норми роботи з
вiзуальними дисплейними термшалами
електронно-обчислюваних машин. - К.:
МОЗ Укра1ни, 1998. - 60 с.
5. Нефедова А.Л., Филь Н.Ю., Нефедов Л.И.
Экологическая оценка электромагнитной безопасности проектов жилой застройки // Коммунальное хозяйство городов. -Харьков: ХГАГХ. - 2002. - Вып. 42. -С.194-199.
6. Аполлонский С.М. Справочник по расчету
электромагнитных экранов. - Л.: Энерго-атомиздат, 1988. - 224 с.
Рецензент: В.Д. Сахацкий, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 16 марта 2006 г.
