CC BY
189
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)
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)
