Биологический эффект ЭМП зависит от частоты, интенсивности, времени экспозиции, характера излучения (непрерывное, модулированное) и режима облучения (постоянное, периодическое, интермиттирующее).
Механизмы биологического действия ЭМП:
- нетермическое действие (при низкой интенсивности) - влияние на субстраты организма с образованием биоактивных веществ. При хроническом действии отмечен кумулятивный эффект;
- тепловое действие при большой интенсивности ЭМП за счет торможения колебаний в органах и тканях, тепловая деструкция органов и тканей - при авариях и нарушениях техники безопасности.
3 характерных синдрома действия ЭМП: астенический, астеновегетативный и гипоталамический (диэнцефальный).
Электромагнитное поле (ЭМП) представляет собой особую форму материи. Любая электрически заряженная частица окружена электромагнитным полем, составляющим с ней единое целое.
ЭМП может существовать и в свободном состоянии в виде движущихся фотонов или вообще в виде излученного, движущегося с этой скоростью электромагнитного поля (электромагнитных волн, или электромагнитного излучения ЭМИ).
Движущееся ЭМП характеризуется векторами напряженности электрического и магнитнoго полей, которые отpaжают силовые свойства ЭМП.
Около источника ЭМП выделяют ближнюю зону, или зону индукции, и дальнюю зону, или зону излучения.
ЭМП около генератopa следует рассматривать как поле индукции, а рабочее место находящимся в зоне индукции. В зоне индукции электрическое и магнитное поля можно считать независимыми друг от друга. Поэтому нормирование в этой зоне ведется как по электрической, так и по магнитной составляющей.
В зоне излучения (волновой зоне), где уже сформировалась бегущая электромагнитная волна, наиболее важным параметром является интенсивность.
Естественными источниками ЭМП и излучений являются: атмосферное электричество, радиоизлучения Солнца и галактик, электрическое и магнитное поля Земли. Все промышленные и бытовые электро и радиоустановки являются источниками искусственных полей и излучений, но разной интенсивности.
Электростатические поля возникают при работе с легко электризующимися материалами и изделиями, при эксплуатации высоковольтных установок постоянного тока.
Источниками постоянных магнитных полей являются электромагниты с постоянным током и соленоиды, магнитопроводы в электрических машинах и аппаратах, литые и металлокерамические магниты, используемые в радиотехнике.
Источниками электрических полей промышленной частоты (50 Гц) являются линии электропередачи и открытые распределительные устройства, включающие коммутационные аппараты, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные соединительные шины, вспомогательные устройства, а также все высоковольтные установки промышленной частоты.
Магнитные поля промышленной частоты возникают вокpyг любых электроустановок и токопроводов промышленной частоты. Чем больше значение тока, тем выше интенсивность магнитного поля.
Источниками электромагнитных излучений радиочастот являются мощные радиостанции, антенны, генераторы сверхвысоких частот, установки индукционного и диэлектрического нагревa, радары, измерительные и контролирующие устройства, исследовательские установки, высокочастотные приборы и устройства в медицине и в быту.
Источником электростатического поля и электромагнитных излучений в широком диапазоне частот (свepx и инфранизкочастотном, радиочастотном, инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, peнтгeновском) являются ПЭВМ и видеодисплейные терминалы на электронно-лучевых трубках, используемые как в промышленности, научных исследованиях, так и в быту. Главную опасность для пользователей представляет электромагнитное излучение монитора в диапазоне частот от 5 Гц до 400 кГц и статический электрический заряд на экране.
Источником ЭМИ, представляющих повышенную опасность в быту с точки зрения электромагнитных излучений, являются также микроволновые печи, телевизоры любых модификаций, мобильные телефоны. В связи с последними данными о воздействии магнитных полей промышленной частоты в настоящее время признаются источниками риска электроплиты с электроподводкой, электрогрили, утюги, холодильники (при работающем компрессоре) и другие бытовые электроприборы, включая электробритвы и электрочайники.
Диапазон естественных и искусственных полей очень широк: начиная от постоянных магнитных и электростатических полей и кончая рентгеновским и гамма-излучением частотой 3-1021 Гц и выше. Каждый из диапазонов электромагнитных излучений по разному влияет на развитие живого организма. В частности, ЭМИ светового диапазона (с длиной волн 0,39-0,76 мкм) не только играют oгромную роль, являясь сильным физиологическим фактором биоритмики живого, но и оказывают мощное информационное воздействие на организм через opганы зрения или другие световые рецепторы.
Действия естественных полей, в частности, усиление электрического поля перед грозой и во время грозы характеризуется дискомфортностью самочувствия человека, а магнитные бури, связанные с солнечной активностью, влияют не только на ослабленных и пожилых людей, но являются одной из причин многих автодорожных и других аварий.
Механизм воздействия ЭМП на биологические объекты очень сложен и недостаточно изучен. Но в упрощенном виде это воздействие можно представить следующим образом: в постоянном электрическом поле молекулы, из которых состоит тело человека, поляризуются и ориентируются по направлению поля в жидкостях, в частности в крови, под электрическим воздействием появляются ионы и, как следствие, токи.
Однако ионные теши будут протекать в ткани только по межклеточной
жидкости, так как при постоянном поле мембраны клеток, являясь xoрошими изоляторами, надежно изолируют внутриклеточную среду.
При повышении частоты внешнего ЭМП электрические свойства живых тканей меняются: они теряют свойства диэлектриков и приобретают свойства проводников, причем это изменение происходит нeравномерно. С дальнейшим возрастанием частоты индуцирование ионных токов постепенно замещается поляризацией молекул.
Переменное поле вызывает нагрев тканей человека как за счет переменной поляризации диэлектрика, так и за счет появления токов проводимости. Тепловой эффект является следствием поглощения энергии электромагнитного поля. На высоких частотах, прежде вceгo в диапазоне радиочастот (105-1011 Гц), энергия проникшего в opгaнизм поля многократно отражается, преломляется в многослойной структуре тела с разными толщинами слоев тканей. Вследствие этого энергия ЭМП поглощается неодинаково, поэтому воздействие на разные ткани происходит также неодинаково.
Тепловая энергия, возникшая в тканях человека, увеличивает общее тепловыделение тела. Если механизм терморегуляции тела неспособен рассеять избыточное тепло, возможно повышение температуры тела.
Oрганы и ткани человека, обладающие слабо выраженной терморегуляцией, более чувствительны к облучению (мозг, глаза, почки, кишечник, семенники). Перегревание тканей и opганов ведет к их заболеваниям, а повышение температуры тела на 1º С и выше недопустимо из-за возможных необратимых изменений.
Влияние ЭМП высоких частот, и ocoбенно СВЧ, на живой организм обнаруживается и при интенсивностях ниже тепловых порогов, то есть имеет место их нетепловое воздействие, которое, является результатом ряда микропроцессов, протекающих под действием полей.
Отрицательное воздействие ЭМП вызывает как обратимые, так и необратимые изменения в организме: торможение рефлексов, понижение кровяного давления (гипотонию), замедление сокращений сердца (брадикардию), изменение состава крови в сторону увеличения числа лейкоцитов и уменьшения эритроцитов, помутнение хрусталика глаза (катаракту).
Субъективные критерии отрицательного воздействия ЭМП- головные боли, повышенная утомляемость, раздражительность, нapyшения сна, одышка, ухудшение зрения, повышение температуры тела.
Наряду с биологическим действием, электростатическое поле и электрическое поле промышленной частоты обусловливают возникновение разрядов между человеком и другим объектом, имеющим иной, чем у человека, потенциал. Зарегистрированные при этом токи не представляют особой опасности, но могут вызывать неприятные ощущения. В любом случае такогo рода воздействия можно предотвратить путем простого заземления крупно-габаритных (автобус, мeталлическая крыша деревянного здания и пр.) и протяженных (трyбопровод, проволочная изгородь и т. п.) объектов, так как на них из-за большой емкости накапливается достаточный заряд и существенный потенциал, которые могут обусловить заметный разрядный ток.
В последнее время появляются публикации о возможном влиянии неинтенсивных магнитных полей на возникновение злокачественных заболеваний. В частности, ученые Швеции обнаружили, что дети до 15 лет, проживающие около ЛЭП, при магнитной индукции 0,2 мкТл заболевают лейкемией в 2,7 раза чаще, чем в контрольной группе, удаленной от ЛЭП, и в 3,8 раза чаще, если индукция выше 0,3 мкТл, то есть при напряженности магнитного поля около 0,24 А/м.
Существует большое количество гипотез, объясняющих биологическое действие магнитных полей. ЕВ основном они сводятся к индуктированию токов в живых тканях и непосредственному влиянию поля на клеточном уровне.
Относительно безвредным для человека в течение длительного вpeмени следует признать МП, имеющее напряженность, как у гeoмагнитного поля и eгo аномалий, то есть не более 0,15-0,2 кА/м. При более высоких напряженностях МП начинает проявляться реакция на уровне организма. Характерной чертой этих реакций является длительная задержка относительно начала действия МП, а также ярко выраженный кумулятивный эффект при длительном действии МП.
В частности, эксперименты, проведенные на людях, показали, что человек начинает ощущать МП, если оно действует не менее 3-7 с. Это ощущение сохраняется некоторое время (около 10 с) и после окончания действия МП.
Нормирование ЭМП. В настоящее время в качестве определяющего параметра при оценке влияния поля (как электрического, так и магнитного) частотой до 10-30 кГц принято использовать плотность индуктированного в opганизме электрического тока. Считается, что плотность тока проводимости < 0,1 мкА/см², индуктированного внешним полем, не влияет на работу мозга, так как импульсные биотоки, протекающие в мозгу, имеют большие значения.
В соответствии с нормами предельное значение напряженности поля Е ПДУ, при которой допускается работать в течение часа, равно 60 кВ/м. При напряженностях ЭСП, превышающих 60 кВ/м, работа без применения средств защиты не допускается. В течение рабочей смены разрешается работать без специальных мер защиты при напряженности до 20 кВ/м.
Для электрического поля промышленной частоты в соответствии с ГOCT 12.1.00284, а также СанПиН 2.2.4.1191 предельно допустимый уровень напряженности электрического поля, пребывание в котором не допускается без применения специальных средств защиты, равен 25 кВ/м. При напряженности поля свыше 20 кВ/м до 25 кВ/м время нахождения персонала в поле не должно превышать 10 мин.
Согласно нормам допускается пребывание персонала без специальных средств защиты в течение вceгo рабочего дня в электрическом поле напряженностью до 5 кВ/м.
Для напряженности электрического поля промышленной частоты в течение рабочего дня предельно допустимый уровень в России 5 кВ/м, для напряженности магнитного поля промышленной частоты в России 80 А/м.
Оценка и нормирование ЭМП осуществляется раздельно по нaпряженности электрического и магнитного полей в зависимости от времени воздействия.
ПДУ напряженности электрического и магнитного полей при воздействии в течение всей смены составляет 500 В/м и 50 А/м соответственно. ПДУ напряженности электрического и магнитного полей при продолжительности воздействия до 2 q за смену составляет 1000 В/м и 100 А/м.
Для предупреждения заболеваний, связанных с воздействием радио-частот, установлены предельно допустимые значения напряженности и плотности потока энергии на рабочем месте персонала и для населения.
Согласно ГOCT 12.1.00684 напряженность ЭМП в диапазоне частот от 60 кГц до 300 мГц на рабочих местах персонала в течение рабочего дня не должна превышать установленных предельно допустимых уровней (ПДУ):
по электрической составляющей, В/м: 50 для частот от 60 кГц до 3 мГц; 20 для частот свыше 3 мГц до 30 мГц; 10 для частот свыше 30 мГц до 50 мГц; 5 для частот свыше 50 мГц и до 300 мГц;
по магнитной составляющей, А/м: 5 для частот от 60 кГц до 1,5 мГц; 0,3 для частот от 30 мГц до 50 мГц.
Согласно СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях» определяют ПДУ в диапазоне частот от 30 кГц до 300 мГц исходя из энергетической экспозиции.
Предельно допустимая ППЭ при эксплуатации микроволновых печей не должна превышать 0,1 Вт/м² при трехкратном ежедневном облучении по 40 мин и общей длительности облучения не более 2 ч в сутки.
Согласно СанПиН 2.1.8/2.2.4.119003, временный допустимый уровень облучения пользователя cотового телефона в диапазоне частот от 300 мГц до 2400 мГц не должен превышать 100 мкВт/см².
Защита от ЭМП. При несоответствии параметров электромагнитных полей нормам в зависимости от рабочего диапазона частот, характера выполняемых работ, уровня облучения и необходимой эффективности защиты применяют следующие способы и средства защиты или их комбинации: защита временем и расстоянием, уменьшение параметров излучения непосредственно в самом источнике излучения; экранирование источника излучения; экранирование рабочего мecта; рациональное размещение установок в рабочем помещении; ycтановление рациональных режимов эксплуатации установок и работы обслуживающего персонала; применение средств предупреждающей сигнализации (световая, звуковая и т.д.); выделение зон излучения; применение средств индивидуальной защиты.
Защита временем предусматривает ограничение времени пребывания человека в рабочей зоне, если интенсивность облучения превышает нормы, установленные при условии облучения в течение смeны. Она применяется в тех случаях, когда нет возможности снизить интенсивность облучения до допустимых значений другими способами.
Допустимое время пребывания зависит от интенсивности облучения.
Защита расстоянием применяется в тех случаях, когда невозможно ослабить интенсивность облучения другими мерами, в том числе и сокращением времени пребывания человека в опасной зоне. В этой ситуации увеличивают расстояние между источником излучения и обслуживающим персоналом.
Уменьшение излучения непосредственно в самом источнике достигается за счет применения согласованных нагрузок и поглотителей мощности. Поглотители мощности, ослабляющие интенсивность излучения до 60 дБ (в 106 раз) и более, представляют собой коаксиальные или волноводные линии, частично заполненные поглощающими материалами, в которых энергия излучения преобразуется в тепловую. Заполнителями служат: чистый графит или в смеси с цементом, песком и резиной; пластмассы; порошковое железо в бакелите, кepaмике и т. п. дерево; вода и ряд других материалов.
Уровень мощности можно снизить также с помощью плавнопеременных и фиксированных аттенюаторов (уменьшать, ослаблять). Выпускаемые промышленностью аттенюаторы позволяют ослабить в пределах от 0 до 120 дБ излучение мощностью 0,1-100 Вт и длиной волны 0,4-300 см.
Экранирование самого источника или рабочего места наиболее эффективный и часто применяемый метод защиты от электромагнитных излучений. Формы и размеры экранов могут быть разнообразными и должны соответствовать условиям применения.
Качество экранирования характеризуется степенью ослабления ЭМП, называемой эффективностью экранирования.
Экраны делятся на отражающие и поглощающие. Защитное действие отражающих экранов обусловлено тем, что воздействующее поле наводит в толще экрана вихревые токи, магнитное поле которых нaправлено противоположно первичному полю. Результирующее поле очень быстро убывает в экране, проникая в нeгo на незначительную величину.
На расстоянии, равном длине волны, ЭМП в проводящей среде почти полностью затухает, поэтому для эффективного экранирования толщина стенки экрана должна быть примерно равна длине волны в металле. Глубина проникновения ЭМП высоких и сверхвысоких частот очень мала, например, для меди она составляет десятые и сотые доли миллиметра, поэтому толщину экрана выпирают по конструктивным соображениям.
В ряде случаев для экранирования применяют металлические ceтки, позволяющие производить осмотр и наблюдение экранированных установок, вентиляцию и освещение экранированного пространства. По сравнению со сплошными, сетчатые экраны обладают менее эффективными экранирующими свойствами. Их при меняют в тех случаях, когда требуется ослабить плотность потока мощности на 20-30 дЕ (в 100-1000 раз). Все экраны должны быть заземлены. Швы между отдельными листами экрана или сетки обязаны обеспечивать надежный электрический контакт между соединяемыми элементами.
Средства защиты (экраны, кожухи и т. п.) из радиопоглощающих материалов выполняют в виде тонких резиновых ковриков, гибких или жестких листов поролона или волокнистой древесины, пропитанной соответствующим составом, ферромагнитных пластин. Коэффициент отражения указанных материалов не превышает 1-3%. Их склеивают или присоединяют к основе конструкции экрана специальными скрепками.
Электромагнитная энергия, излучаемая отдельными элементами электротермических установок и радиотехнической аппаратуры, при отсутствии экранов (в процессе настройки, регулировки, испытаний) распространяется в помещении, отражается от стен и перекрытий, частично проходит сквозь них и в небольшой степени в них рассеивается.
В результате образования стоячих волн в помещении могут создаваться зоны с повышенной плотностью ЭМИ. Поэтому такие работы peкомендуется проводить в угловых помещениях первого и последнего этажей зданий.
Рациональное размещение установок для защиты персонала от облучений мощными источниками ЭМИ (радиоцентры, телецентры) вне помещений необходимо рационально планировать территорию вокpyг источника, выносить расположение технических служб за пределы aнгенногo поля, устанавливать безопасные маршруты движения людей, экранировать отдельные здания и участки территории.
Зоны излучения выделяют на основании инструментальных замеров интенсивности облучения для каждого конкретногo случая размещения аппаратуры. Установки ограждают или границу зоны отмечают яркой краской на полу помещения, предусматриваются сигнальные цвета и знаки безопасности.
Для защиты от электрических полей воздушных линий электропередач необходимо выбрать оптимальные геометрические параметры линии (увеличение высоты подвеса фазных проводов ЛЭП, уменьшение расстояния между ними и т. п.), что снизит напряженность поля вблизи ЛЭП в 1,6-1,8 раза.
Для открытых распределительных устройств рекомендуются экранирующие устройства, которые в зависимости от назначения подразделяют на стационарные и временные. Выполняют их в виде козырьков, навесов и перегородок из металлической сетки на раме из уголковой стали. Экранирующие устройства необходимо заземлять.
Экранирующие устройства, предназначенные для защиты от электрических полей промышленной частоты и определяемые в основном соображениями механической прочности, могут оказаться малоэффективными от воздействия магнитных полей, так как при частоте 50 Гц электромагнитная волна проникает в медь на несколько сантиметров, и даже экран из ферромагнитного материала, должен иметь толщину стенки не меньше 4-5 мм.
Средства индивидуальной защиты. При выполнении некоторых работ (например, по настройке и отработке аппаратуры) оператору нeизбежно приходится находиться в зоне электромагнитных излучений, иногда большой плотности потока мощности. В этих случаях необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты, к которым относятся комбинезоны и халаты из металлизированной ткани, осуществляющие защиту организма человека по принципу сетчатого экрана.
Для защиты глаз от ЭМИ предназначены защитные очки с металлизированными стеклами типа. Поверхность однослойных стекол, обращенная к глазу, покрыта бесцветной прозрачной пленкой двуокиси олова, которая дает ослабление электромагнитной энергии до 30 дБ при светопропускании не ниже 75%.
Для защиты персонала от действия электрического поля при работах в действующих электроустановках промышленной частоты свepxвысокого напряжения, а также при работах под напряжением на воздушных линиях электропередач высокoгo напряжения применяется экранирующий костюм, который изготавливается в виде комбинезона или куртки с брюками. В комплект костюма входят также металлическая или пластмассовая мeталлизированная каска, специальная обувь, рукавицы или перчатки, покрытые токопроводящей тканью. Все части экранирующегo костюма соединяются между собой специальными проводниками для обеспечения надежной электрической связи.
Для контроля уровней ЭМП применяют различные измерительные приборы в зависимости от диапазона частот. Измерения проводят в зоне нахождения персонала от ypовня пола до высоты 2 м через каждые 0,5 м.
Для определения характера распространения и интенсивности ЭМП в цехе или кабине измерения проводятся в точках пересечения ycловных прямых, образующих так называемую координатную сетку с размером стороны квадрата 1 м. Все измерения проводят при максимальной мощности источника ЭМП.