Защита от электромагнитных полей

При несоответствии требованиям норм интенсивности ЭМП на рабочих местах в зависимости от диапазона частот, характера выполняемых работ, уровня облучения применяются различные системы защиты, которые можно разделить на две группы: пассивные и активные.

К пассивным системам защиты от ЭМИ относятся:

- защита временем;

- защита расстоянием;

- рациональное размещение установок в рабочем помещении;

- выделение зон излучения;

- применение средств предупреждающей сигнализации (световая, звуковая);

- установление рациональных режимов эксплуатации установок и работы обслуживающего персонала.

К активным системам защиты от ЭМИ относятся:

- уменьшение параметров излучения непосредственно в самом источнике излучения;

- экранирование источника излучения;

- экранирование рабочего места;

- применение средств индивидуальной защиты.

Защита временем предусматривает ограничение времени пребывания человека в рабочей зоне и применяется обычно в тех случаях, когда нет возможности снизить интенсивность облучения до допустимых значений другими способами. Допустимое время пребывания в поле зависит от интенсивности облучения, что заложено непосредственно в санитарных нормах.

Защита расстоянием применяется, когда невозможно ослабить интенсивность облучения другими мерами, в том числе и сокращением времени пребывания человека в опасной зоне. В этом случае увеличивают расстояние между источником излучения и обслуживающим персоналом. Этот метод защиты основан на быстром уменьшении интенсивности поля с расстоянием.

Рациональное размещение установок в рабочемпомещении используется, в первую очередь, для источников высокочастотных полей.

Электромагнитная энергия, излучаемая отдельными элементами установок при неполном экранировании или отсутствии экранов, распространяется в помещениях, отражаясь от стен и перекрытий, частично проходит сквозь них и в небольшой степени рассеивается. Отраженная энергия увеличивает плотность ЭМП в помещениях.

Для защиты пользователей компьютеров от ЭМИ СанПиН 2.2.2/2.4.1340–03 установлено, что площадь на одно рабочее место пользователей ПЭВМ с ВДТ на базе электронно-лучевой трубки должна составлять не менее 6 м², с ВДТ на базе плоских дискретных экранов (жидкокристаллические, плазменные) – 4,5 м². Расстояние между боковыми поверхностями соседних мониторов должно составлять не менее 1,2 м, а между тыльной поверхностью одного монитора и экраном другого – не менее 2,0 м. Наиболее рациональным является размещение компьютеров по периметру помещения.

Выделение зон излучения производится на основании инструментальных замеров интенсивности ЭМИ. Источники ЭМИ ограждают или отмечают границу зоны яркой краской на полу помещения.

Например, охранная зона для ЛЭП промышленной частоты, отсчитываемая от проекции крайних фаз, составляет для ВЛ 220 кВ – 25 м, 750 кВ – 40 м.

Установление рационального режима работы персонала и источников ЭМИ. Например, одним из способов снижения уровня излучаемой энергии является правильный выбор генератора, т.е. для определенного технологического процесса с конкретной мощностью необходимо использовать источник соответствующей мощности, а не завышенной, включение установок производить лишь на время работы и т.д.

Организация работы с ПЭВМ осуществляется в зависимости от вида и категории трудовой деятельности. Согласно СанПиН 2.2.2/2. 4.1340–03 виды трудовой деятельности разделяются на 3 группы:

- группа А – работа по считыванию информации с экрана ВДТ с предварительным запросом;

- группа Б – работа по вводу информации;

- группа В – творческая работа в режиме диалога с ПЭВМ.

Для предупреждения преждевременной утомляемости пользователей ПЭВМ рекомендуется организовывать рабочую смену путем чередования работ с использованием ПЭВМ и без него.

Если характер работы требует постоянного взаимодействия с ПЭВМ без переключения на другие виды деятельности, не связанные с ПЭВМ, рекомендуется организация перерывов на 10–15 минут через каждые 45–60 минут работы.

Продолжительность непрерывной работы с ВДТ без регламентированного перерыва не должна превышать 1 час.

При работе с ПЭВМ в ночную смену (с 22 до 6 часов), независимо от категории и вида трудовой деятельности, продолжительность регламентированных перерывов следует увеличить на 30%.

Уменьшение параметров излучения непосредственно в самом источнике достигается за счет применения согласованных нагрузок и поглотителей мощности.

Рис. 88. Конструкции поглотителей мощности для волноводов и коаксиальных линий: скошенные (а, г); клинообразные (б, в); ступенчатые (д); в виде шайбы (е)

Поглотители мощности ослабляют электромагнитное излучение в 10⁵ и более раз. Они представляют собой коаксиальные или волноводные линии. Поглотителем энергии служат графитовые или специальные углеродистые составы, пластмассы и другие материалы, в которых энергия электромагнитных излучений преобразуется в тепловую. Для охлаждения поглотителей мощности применяют охлаждающие ребра (рис. 88,г)или проточную воду (рис. 88,в,е).

Рис. 89. Постоянные аттенюаторы

а) б) в) г)

Рис. 90. Переменные аттенюаторы: а – ножевого типа; б – пластинчатого типа

Уровень мощности до необходимого значения можно снизить с помощью аттенюаторов, которые бывают переменными или постоянными (рис. 89, 90). Аттенюаторы работают по принципу поглощения электромагнитных колебаний материалами с большим коэффициентом поглощения (резина, полистирол и др.). В постоянных аттенюаторах степень ослабления мощности является постоянной величиной, а в переменных может изменяться. Переменные аттенюаторы ножевого и пластинчатого типов изготавливают из диэлектрика, покрытого металлической пленкой, и помещают параллельно электрическим силовым линиям ЭМП. Регулировка величины ослабления мощности производится путем изменения положения «ножа» или пластин.

Наиболее эффективным и распространенным методом защиты от воздействия ЭМП является экранирование самого источника или рабочего места.

Эффективность экранирования определяется структурой ЭМП и конструкцией экрана, прежде всего его толщиной и материалом.

Качество экранирования оценивается с помощью функций экранирования К и обратного действия В,определяемых по приведенным ниже формулам:

;

,

где Е, Н – соответственно напряженность электрического и магнитного полей в рассматриваемой точке при отсутствии экрана; Е ⁺ , Н ⁺ – напряженность электрического и магнитного полей в той же точке при наличии экрана; Е^-, Н ^– – напряженность отраженного электрического и магнитного полей.

Прохождение гармонической электромагнитной волны сквозь плоский экран бесконечной длины схематично показано на рис. 91.

а) б)

Рис. 91. Экранирование электромагнитных волн плоским экраном:
а – прохождение волны сквозь экран; б – примерный амплитудный баланс

На практике эффективность экранирования оценивают, как правило, в децибелах и определяют по формулам:

где S, S ⁺ – плотность потока энергии ЭМП в данной точке соответственно при отсутствии и наличии экрана.

Экраны делятся на две группы:

- отражающие;

- поглощающие.

Рис. 92. Экранирование индуктора

Защитное действие отражающих экранов основано на том, что воздействующее ЭМП создает в экране вихревые токи, наводящие в нем вторичное поле, по амплитуде почти равное, а по фазе противоположное экранируемому полю. Результирующее поле, возникающее при сложении этих двух полей, быстро убывает в экране, проникая в него на незначительную глубину.

Отражающие экраны изготавливают из хорошо проводящих материалов – стали, меди, латуни, алюминия.

Глубина проникновения ЭМП высоких и сверхвысоких частот очень мала (десятые и сотые доли миллиметра), поэтому толщину экрана выбирают в этом случае по соображениям прочности.

Конструкция замкнутого экрана, его размеры и форма, как правило, определяются экранируемым объектом. Наиболее распространенными типами экранов являются сферические, цилиндрические и плоские. В качестве примера на рис. 92приведено экранирование полым металлическим цилиндром (толщиной не менее 0,5 мм) индуктора, являющегося мощной (8–200 кВт) электротермической установкой, широко используемой для нагрева и плавки металлов и работающей в диапазоне частот 60 кГц – 5,4 МГц.

В ряде случаев для экранирования высокочастотных полей применяют металлические сетки, обладающие значительно более низкими экранирующими свойствами, чем сплошные экраны. Они позволяют ослабить плотность потока энергии максимум на 20–30 дБ (в 100–1000 раз). Однако их использование дает возможность производить осмотр и наблюдение экранируемых установок, вентиляцию и освещение экранированного пространства.

Высокая эффективность экранирования достигается при использовании сотовых решеток, вид которых и способ установки на окна приведен на рис. 93 и 94.

Для экранирования применяют также токопроводящие краски и материалы с металлизированной поверхностью (например, цинком). Токопроводящие краски создают на основе пленкообразующего материала с добавлением проводящих составляющих, пластификатора, отвердителя. В качестве токопроводящих элементов используют коллоидное серебро, графит, сажу, оксиды металлов, порошки меди, алюминия.

а) б) в)	а) б)
Рис. 93. Сотовые решетки, применяемые для экранирования ЭМП в частотных диапазонах: а – до 1 ГГц; б – до 10 ГГц; в – до 35 ГГц	Рис. 94. Установка сотовых решеток на окна: а – с наружной стороны; б – с внутренней стороны; 1 – сотовая решетка; 2 – оконное стекло; 3 – пол

Эффективность экранирования источников ЭМП экранами различной конструкции приведена в табл. 32.

Таблица 32

Эффективность экранирования различных экранов, дБ

Материал, конструкция экрана	Диапазон частот, МГц конструкция экрана
0,15–3	3–30	30–300	300–3000	3000–10000
Сталь листовая: сварка непрерывным швом листы, скрепленные болтами (шаг 50 мм)			–	–	–
Жесть (фальцем): непрерывная пайка без пайки
Сетка металлическая с ячейкой 1–1,5 мм
Фольга (алюминиевая) (склейка внахлест)
Токопроводящая краска (сопротивление 6 Ом)
Металлизация (расход металла 0,3 кг/м2)
Экранирование смотровых и оконных проемов: сотовая решетка стекло с токопроводящей поверхностью			–	–	–

Примечание. Отсутствие в таблице цифровых значений для отдельных экранов означает, что рассматриваемый вариант применять не рекомендуется или он является нереализуемым.

В конструктивном отношении экранирующие устройства могут представлять собой камеры или шкафы, в которые помещают передающую аппаратуру, кожухи, ширмы, защитные козырьки, перегородки и др.

Отражающий экран обязательно должен быть заземлен.

Экраны, поглощающие электромагнитное излучение, изготавливают в виде тонких резиновых ковриков, эластичных или жестких листов поролона или волокнистой древесины, пропитанной определенным составом, ферромагнитных пластин. В последнее время все более широкое распространение получают керамико-металлические композиции. Коэффициент отражения указанных материалов не превышает 1–3%.

Если применение рассмотренных выше методов защиты от ЭМП не позволяет снизить напряженность электрического и магнитного полей, плотность потока энергии до нормативных значений, то необходимо использование индивидуальных средств защиты. К средствам индивидуальной защиты от ЭМП относятся:

- комбинезоны и халаты из металлизированной ткани, осуществляющие защиту человека по принципу сетчатого экрана;

- защитные очки с металлизированными стеклами, например, со стеклами, покрытыми бесцветной прозрачной пленкой диоксида олова, которая дает ослабление энергии до 30 дБ.

Рис. 95. Конструкция устройства для защиты от радиоизлучения

Для защиты человека от ЭМП, создаваемых сотовыми телефонами, применяют устройство, представляющее собой обычный кожаный чехол с прозрачным окном для клавиатуры и дисплея, который полностью экранирует излучения от корпуса аппарата благодаря применению специальной ультратонкой защитной сетки, вшитой в чехол и окно. Главный же элемент системы – экранирующая планка (рис. 95), выдвигающаяся параллельно антенне радиотелефона. Система позволят поглотить до 90% излучений, когда планка выдвинута на три четверти длины. Впрочем, для того чтобы устройство не влияло на качество связи, абонент должен следовать нескольким несложным правилам. В режиме ожидания и в момент установления соединения планка должна быть убрана, затем ее следует выдвинуть наполовину и в течение разговора «подстраивать», в зависимости от качества связи.