Действие электромагнитных полей на человека. Методы защиты.

⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 26Следующая ⇒

Токи высокой частоты применяют для плавления металлов, термической обработки металлов, диэлектриков и полупроводников и для многих других целей; для высокочастотного нагрева диэлектриков применяют токи ультравысокой частоты. Возникающие при использовании токов высокой частоты электромагнитные поля различных частотных диапазонов представляют определенную профессиональную вредность, поэтому необходимо принимать меры защиты от их воздействия на организм.

Токи высокой частоты создают в воздухе излучения, имеющие ту же электромагнитную природу, что и инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. Различие между этими видами энергии - в длине волны (и частоте колебаний), а значит, в величине энергии кванта, составляющего электромагнитное поле. Электромагнитные волны, возникающие при колебаниях электрических зарядов (при прохождении переменных токов), называются радиоволнами. Интервал длин радиоволн - от миллиметров до десятков километров, что соответствует частотам колебаний от 3×10⁴ до 3×10¹¹ Гц.

Применяемые в промышленности установки с машинными и ламповыми генераторами для индукционной термической обработки металлов (закалки, плавки, пайки, сварки, отжига и т.п.) и других материалов (зонной плавки полупроводников, сварки металла и др.) создают электромагнитные поля высокой частоты (ВЧ).

На расстоянии от источника излучения, меньшем чем 1/6 l (т.е. l/2p), преобладает поле индукции, на большем - поле излучения. Следовательно, при работе генераторов высоких и ультравысоких частот (т.е. при генерировании длинных, средних, коротких и ультракоротких волн) рабочие места находятся в зоне индукции, а при работе генераторов сверхвысоких частот (т.е. при генерировании волн длиной меньше 1м) - в зоне излучения (волновой зоне).

Интенсивность электромагнитного поля в какой-либо точке пространства зависит от мощности генератора и расстояния от него. На характер распределения поля в помещении влияет наличие металлических предметов и конструкций, которые являются проводниками, а также несовершенных диэлектриков, находящихся в электромагнитном поле. На распределение поля оказывает влияние и присутствие людей. Индуцированные в них токи высокой частоты создают в окружающем пространстве высокочастотное электромагнитное поле вторичного излучения, которое накладывается на основное поле.

В зоне индукции человек находится в периодически сменяющих одно другое электрических и магнитных полях. Облучение в этой зоне характеризуется напряженностями электрической (В/м) и магнитной (А/м) составляющих поля.

В зоне излучения человек находится в электромагнитном поле, где энергия распространяется в форме бегущих волн разной конфигурации. Для электрической (Е) и магнитной (H) составляющих поля справедливо равенство Е = 377 H.

Интенсивность облучения в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) оценивается величиной плотности потока мощности и выражается в ваттах на квадратный метр и его производных (Вт/м², мВт/см², мкВт/см²).

Источниками, создающими электромагнитные поля ВЧ, являются неэкранированные высокочастотные элементы установок: индукторы, трансформаторы, конденсаторы, фидерные линии. Может возникать паразитное излучение, проникающее наружу установок через отверстия и неплотности в ограждениях, смотровые и рабочие окна, линии передачи энергии. Источниками образования поля являются и отдельные элементы генераторов: катушки контура, катушки связи, конденсаторы, питающие линии.

Воздействие электромагнитных полей на организм.

Биологическая активность электромагнитных полей СВЧ зависит от длины волны. Наибольшее действие оказывают дециметровые волны, наименьшее - миллиметровые. Волны миллиметрового диапазона поглощают поверхностными слоями кожи, сантиметрового - кожей и подкожной клетчаткой, дециметровые - внутренними органами. Эффект воздействия зависит от интенсивности поля и продолжительности контакта. До интенсивности 10 мВт/см² поле СВЧ оказывает нетепловой эффект, при большей интенсивности - термическое воздействие.

Воздействие поглощения энергии организмом тем более выражено, чем больше частота поля. Селективный тепловой эффект в разных тканях организма также зависит от воздействующей частоты. Различные ткани организма имеют разную диэлектрическую постоянную и разную проводимость, вследствие чего поглощение ими энергии на разных частотах и нагрев тканей неодинаковы. На частотах до 10 МГц размеры тела человека малы по сравнению с длиной волны и диэлектрические процессы в тканях слабо выражены.

Электромагнитные волны могут вызывать острые и хронические поражения. Поражения сказываются в нарушениях нервной системы, сердечно-сосудистой системы, системы кроветворения, других органов. Острые поражения встречаются редко. Чаще наблюдаются легкие хронические поражения. Субъективные ощущения при этом - быстрая утомляемость, головные боли и т.п.; возможны также перегрев организма, изменение частоты пульса, сосудистых реакций.

Облучение может вызвать катаракту (поражение хрусталика глаз). Это объясняется плохой теплорегуляцией глаза (в котором нет сосудов, играющих главную роль в охлаждении нагревающихся тканей) и незащищенностью его от воздействий; поэтому хрусталик перегревается.

Начальные изменения, возникающие в организме под воздействием электромагнитных полей, обратимы. Более выраженные стадии заболевания могут привести к снижению трудоспособности.

Степень и характер воздействия электромагнитных полей на организм человека определяется: длиной волны, интенсивностью излучения, режимом облучения (непрерывный или прерывистый), продолжительностью воздействия, размером облучаемой поверхности тела, индивидуальными особенностями человека, комбинированным действием совместно с другими факторами производственной среды (температура воздуха более +28°С, наличие рентгеновского излучения, шум и др.).

Электромагнитные поля оказывают тепловое действие, приводят к структурным и функциональным, изменениям в организме человека. При воздействии электромагнитного поля на человека происходит поглощение энергии поля тканями тела человека. При длине волны, соизмеримой с размерами тела человека или его отдельного органа, образуются стоячие волны в живом организме, что приводит к концентрации тепловой энергии. Тепловое воздействие характеризуется повышением температуры тела, локальным избирательным нагревом ткани, а также отдельных органов и клеток. Особенно опасен нагрев для органов со слабой терморегуляцией (мозг, глаз, хрусталик глаза).

Электромагнитные поля изменяют ориентацию клеток или цепей молекул в соответствии с направлением силовых линий поля, ослабляют биохимическую активность белковых молекул, приводят к изменению структуры клеток крови, ее состава, эндокринной системы, вызывают помутнение хрусталика глаза (катаракту), трофические заболевания (выпадение волос, ломкость ногтей и др.), ожоги, омертвление тканей организма. Возможно возникновение кожного заболевания под названием «эффект жемчужной нити», проявляющегося в появлении ряда последовательно расположенных пузырьков на коже, наполненных мутноватой жидкостью.

Систематическое воздействие электромагнитных полей может вызвать функциональные изменения в состоянии нервной, сердечно-сосудистой систем, что проявляется в повышении утомляемости, нарушении сна, гипертонии или гипотонии, появлении болей в области сердца, нервно-психических расстройствах.

Методы защиты работающих от электромагнитных полей.

Защита персонала от воздействия ЭМИ РЧ осуществляется путем проведения организационных и инженерно-технических мероприятий, а также использования средств индивидуальной защиты. К организационным мероприятиям относятся: выбор рациональных режимов работы оборудования; ограничение места и времени нахождения персонала в зоне воздействия ЭМИ РЧ (защита расстоянием и временем, применение средств предупреждающей сигнализации, выделение зон излучения, средства индивидуальной защиты) и т.п. Инженерно-технические мероприятия включают: рациональное размещение оборудования; использование средств, ограничивающих поступление электромагнитной энергии на рабочие места персонала (экранирование и др.); обозначение и ограждение зон с повышенным уровнем ЭМИ РЧ. К средствам индивидуальной защиты относятся защитные очки, щитки, шлемы, защитная одежда (комбинезоны, халаты и т.д.). Способ защиты в каждом конкретном случае должен определяться с учетом рабочего диапазона частот, характера выполняемых работ, необходимой эффективности защиты.

Экранирование источников ЭМИ РЧ или рабочих мест осуществляется с помощью отражающих или поглощающих экранов. Отражающие экраны выполняются из металлических листов, сетки, ткани с микропроводом и др. В поглощающих экранах используются материалы, обеспечивающие поглощение излучения соответствующей длины волны. В зависимости от излучаемой мощности и взаимного расположения источника и рабочих мест конструктивное решение экрана может быть различным (замкнутая камера, щит, чехол, штора и т.д.). Экранирование смотровых окон, приборных панелей проводится с помощью радиозащитного стекла.

Средства индивидуальной защиты следует использовать в случаях, когда снижение уровней ЭМИ РЧ с помощью общей защиты технически невозможно. Если защитная одежда изготовлена из материала, содержащего в своей структуре металлический провод, она может использоваться только в условиях, исключающих прикосновение к открытым токоведущим частям установок.

Лечебно-профилактические мероприятия. В целях предупреждения, ранней диагностики и лечения нарушений в состоянии здоровья работники, связанные с воздействием ЭМИ РЧ должны проходить предварительные при поступлении на работу и периодические медицинские осмотры. Лица, не достигшие 18 лет, и женщины в период беременности допускаются к работе на установках только в случаях, когда интенсивность ЭМИ РЧ на рабочих местах не превышает значений.

Защита экранами. Для защиты от воздействия электромагнитных полей осуществляется экранирование излучающих ВЧ и УВЧ элементов установок (т.е. заключение их в замкнутые металлические кожухи). Характер экранирования определяется технологическими особенностями установки. В зависимости от этого электромагнитное излучение в окружающее пространство может быть снижено или совсем устранено. Для защиты от воздействия электромагнитных полей ВЧ и УВЧ используют следующие способы экранирования: всей установки; поблочно отдельных элементов установки; рабочих мест; работающего (индивидуальное экранирование).

Основной характеристикой экрана является эффективность экранирования (Э), т.е. степень ослабления электромагнитного поля. Она выражается отношением напряженности поля, создаваемого установкой без экрана (Е₀, Н₀), к напряженности поля после экранирования (Е_Э, Н_Э) в той же точке пространства: для электрического поля Э = Е₀ / Е_э; для магнитного поля Э = Н₀ / Н_э.

Эффективность экранирования часто выражают в децибелах. При этом

Э_дБ = 20 lg Э = 10 lg (W₀ / W_э),

где Э_дБ - эффективность экранирования, дБ; W₀, W_Э - плотность электромагнитной энергии до и после экранирования.

Степень экранирования зависит от конструкции экрана, его габаритных размеров, материала экрана (толщины, магнитной проницаемости и удельного сопротивления), частоты электромагнитного поля, от характера источника поля.

Другой важной характеристикой экрана является потеря мощности в экране вследствие его нагрева полем. Эта потеря может быть велика при экранировании источников сильных магнитных полей, например индукционных катушек, трансформаторов. Чем меньше габариты экрана, чем ближе стенки экрана к индукционной катушке, тем больше величина наведенных в нем токов и, следовательно, тем больше потери мощности в нем и его нагрев. Размеры экрана в этом случае определяют расчетным путем исходя из допустимой величины потерь.

Материал экрана выбирают с учетом требуемой степени ослабления излучения и допустимых потерь мощности в экране. Ослабление поля экраном определенной толщины зависит от глубины проникновения поля в экран (d):

d = 1 / м,

где m_Э - абсолютная магнитная проницаемость материала экрана, Гн/м; s_Э - удельная проводимость материала экрана, Ом^-1×м^-1; f - частота, Гц.

Эффективность экранирования сплошного экрана Э удовлетворяет неравенству

где d - толщина материала экрана, мм.

Эффективность будет велика, если толщина материала экрана существенно превосходит глубину проникновения (d >>d). Как правило, экран должен удовлетворять условию d >>d. Чем больше магнитная проницаемость материала, чем меньше его удельное сопротивление и выше частота, тем меньше глубина проникновения поля в толщу экрана, тем тоньше может быть материал экрана. В то же время чем больше магнитная проницаемость и выше удельное сопротивление материала, тем больше потери энергии в экране.

До частоты в десятки мегагерц глубина проникновения поля в сталь значительно меньше, чем в магнитные металлы. Стальные экраны широко применяют для экранирования установок высокой и ультравысокой частоты в тех случаях, когда допустимы значительные потери мощности в экране. Для электромагнитного экранирования выгодно использовать материалы с хорошей электропроводностью, например латунь, алюминий. При малых глубинах проникновения поля в материал экрана толщину его выбирают с учетом механической прочности экрана.

Сплошные металлические экраны надежно экранируют любые практически встречающиеся источники полей СВЧ. Даже при толщине экрана в 0,001 мм поле СВЧ ослабляется примерно на 50 дБ (в 105 раз). Значит, для экранирования можно использовать тонкую металлическую фольгу. Сетчатые экраны обладают худшими экранирующими свойствами по сравнению со сплошными экранами. Но они находят применение для ослабления потока мощности СВЧ на 20-30 дБ (в 102-103 раз), а также при необходимости улучшить вентиляцию или визуальное наблюдение за агрегатом. Эластичные экраны (из специальной ткани с вплетенной тонкой металлической сеткой) применяют для экранных штор, чехлов, спецодежды, и т.п. Защитные свойства такой ткани характеризуются ослаблением электромагнитного поля на 20-50 дБ (в 102-105 раз). Оптически прозрачное стекло, покрытое полупроводниковой двуокисью олова, создает ослабление более чем на 20 дБ.

Поглощающие экраны для покрытия экранирующих ограждений изготовляют из прессованных листов резины и других специальных материалов. Поглощают электромагнитную энергию аквадаг (коллоидно-графитовый препарат СБГ-1), известковая и меловая краски. Из специальных поглотителей применяют материалы марок ХВ - магнитодиэлектрические пластины, изготовленные на основе полихлорвиниловой смолы с заполнителем - карбонильным железом. Для усиления действия эти пластины с одной стороны обклеивают металлической фольгой либо запрессовывают в них мелкоячеистую латунную сетку.

Смотровые окна камер экранируют мелкоячеистой металлической сеткой (при плотном контакте по периметру окон) или для этой цели используют оптически прозрачное стекло со специальной экранирующей пленкой.

Общее экранирование - эффективный способ защиты работающих от воздействия электромагнитных полей. Лучшее решение этой проблемы - экранирование всех элементов установки одним кожухом-экраном (установки ВЧ промышленного нагрева).

Поблочное экранирование используют в том случае, когда общим экранированием установки затрудняется выполнение технологического процесса. Поблочное экранирование применяют в установках промышленного нагрева ВЧ и УВЧ. В виде отдельных блоков экранируют рабочие элементы этих установок (конденсаторы, индукционные печи, закалочные индукторы и др.). При экранировании катушек, обтекаемых током большой величины (индукторов печных и закалочных трансформаторов), возникают затруднения, обусловленные главным образом потерями энергии в экране вследствие нагрева его магнитным полем катушки. Экранирование отдельных элементов высокочастотной установки будет эффективным в том случае, если экранирующие оболочки отдельных элементов будут надежно соединены между собой и с корпусом генератора.

Рисунок 1 – Экранирование закалочного индуктора

Рисунок 2 - Экранирование рабочего места от направленного излучения СВЧ: 1 - поглощающее покрытие, 2 - экран

Защита рабочего места. Защиту этого типа применяют, как правило, при испытании, настройке и регулировке аппаратуры СВЧ. Экранируют источник излучения или непосредственно рабочее место. Форму экрана и его размеры определяют по месту работы. Экран выполняют из металла и со стороны излучателя покрывают поглощающим материалом, чтобы снизить или исключить отражение от него электромагнитной энергии.

Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 677; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 11 12 13 14 151617 18 19 20 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!