Расчет параметров защитных экранов от электромагнитных излучений

Параметры электромагнитных волн. Воздействие излучения на организм человека. Методы и средства контроля и защиты от ЭМИ. Максимально допустимые значения напряженности электростатических полей на рабочих местах. Оценка эффективности экранирующих устройств.

Рубрика Безопасность жизнедеятельности и охрана труда
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 26.02.2015
Размер файла 33,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

на тему: «Расчет параметров защитных экранов от электромагнитных излучений»

по дисциплине: «Производственная санитария и гигиена труда»

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Теоретические положения

1.2 Воздействие ЭМИ на организм человека

1.3 Нормирование ЭМИ

1.4 Методы и средства контроля и защиты от ЭМИ

2. Расчетная часть

Вывод

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Влияние электромагнитного излучения (ЭМИ) на организм человека на сегодняшний день является одной из наиболее серьезных и слабоизученных проблем современного общества. Именно поэтому интерес жителей нашей страны к угрозе ЭМИ растет с каждым годом, если взять статистику последних пяти лет, то можно увидеть, что количество людей, искавших информацию на эту тему в интернете с 2005 по 2010 год, увеличилось с 1000 до 100 - 150 тысяч человек. Естественно, людей интересует не только вопросы, связанные со способом воздействия электромагнитных полей на организм человека, но и методы защиты от них. Учитывая то, что изучение воздействия электромагнитного поля на биологические организмы продолжается уже около 50 лет, ученные достигли значительных результатов в этой области. Было выделено несколько основных разновидностей ЭМИ, в зависимости от частоты и мощности, которые в разной степени влияют на человека.

1. Теоретическая часть

1.1 Теоретические положения

Электромагнитное поле (ЭМП) есть особая форма материи - совокупность двух взаимосвязанных переменных полей: электрического и магнитного. Распространяется оно в пространстве в виде электромагнитных волн (ЭМВ). Посредством электромагнитного поля осуществляется взаимодействие между заряженными частицами.

Человек различает только видимый свет, который занимает лишь узкую полоску спектра ЭМВ. Глаз человека не различает ЭМП, длина волны которых больше или меньше длины световой волны.

Спектр электромагнитных колебаний включает в себя неионизирующие и ионизирующие излучения, которые в свою очередь подразделяются на отдельные виды излучения.

Граница между неионизирующими и ионизирующими излучениями устанавливается на длине волны приблизительно 1 нм. Энергетическим показателем зоны неионизирующих излучений является плотность потока энергии Р (ППЭ) - величина энергии, проходящей через 1 см2 поверхности, перпендикулярной к направлению распространения ЭМВ, за 1 с. ППЭ (Вт/м2) связана с напряженностью электрического(Е) и магнитного(Н) полей соотношением Р = Е·Н.

Основными параметрами ЭМВ являются: длина волны ? - расстояние, на которое распространяется волна за один период Т; частота f - число периодов колебаний за 1 с; скорость распространения v, равная ?/Т.

В зависимости от частоты колебаний (длины волны) ЭМИ подразделяются на ряд диапазонов:

ь Низкие частоты (НЧ): 0,003- 0,3 Гц - инфранизкие;

0,3- 3 Гц - низкие;

3-300 Гц - промышленные;

300 Гц- 30 кГц - звуковые.

ь Высокие частоты (ВЧ): 30- 300 кГц - длинные;

300 кГц- 3 МГц - средние;

3- 30 МГц - короткие.

ь Ультравысокие частоты (УВЧ): 30- 300 МГц - ультракороткие;

300 МГц- 3 ГГц - дециметровые.

ь Сверхвысокие частоты (СВЧ): 3-30 ГГц - сантиметровые;

30- 300 ГГц - миллиметровые.

Физические причины существования ЭМП связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле порождает магнитное поле (МП), а изменяющееся магнитное поле порождает вихревое электронное поле. Оба компонента: напряженность электрического поля и напряженность магнитного поля, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга.

Основной характеристикой постоянного магнитного поля является напряженность МП, определяемая по силе, действующей в поле на проводник с током. Единица напряженности - А/м.

Основной характеристикой электрического поля (ЭП) является напряженность, определяемая по силе, действующей в поле на электрический заряд. Единица измерения - В/м.

Скорость ЭМВ в свободном пространстве равна скорости света. А скорость в материалах и различных средах зависит от электрических характеристик материала или среды, то есть от диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости, характеризующих собственно взаимодействие материала с электрическими и магнитными полями.

Биологические субстанции имеют диэлектрическую проницаемость, существенно отличающуюся от этого показателя для свободного пространства. Зависит от длины волны и типа ткани.

Магнитная проницаемость биологических субстанций эквивалентна проницаемости свободного пространства.

Переменное ЭМП распространяется в виде ЭМВ. ЭМВ представляют собой взаимосвязанные колебания ЭП и МП, составляющих единое ЭМП, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью.

Область распространения ЭМВ от источника излучения условно разделяют на 3 зоны:

· Ближнюю (зону индукции)

· Промежуточную (зону интерференции)

· Дальнюю (волновую или зону излучения)

Ближняя зона имеет радиус, равный 1/6 длины волны излучателя.

Дальняя зона начинается с расстояния от излучателя, приблизительно равного 6 длинам волн.

Между ними располагается промежуточная зона.

Для оценки ЭМ в этих зонах используются разные принципы.

В ближних и промежуточных зонах ЭМВ еще не сформирована, поэтому интенсивность ЭМП в этих зонах оценивается раздельно напряженностью магнитного и электрического полей. В этих зонах обычно находятся рабочие места по обслуживанию ВЧ и УВЧ.

В дальней зоне, в которой находятся рабочие места по обслуживанию СВЧ аппаратуры, ЭМВ уже сформировалась. Здесь ЭМП оценивается не по напряженности, а по энергии (мощности), переносимой волной в направлении своего распространения. Эта энергия оценивается плотностью потока энергии, то есть количеством энергии, переходящейся в единицу времени на единицу поверхности, Вт/м2.

Все источники ЭМП в зависимости от происхождения можно разделить на естественные и антропогенные.

В спектре естественных ЭМП условно можно выделить 3 составляющих: геомагнитное поле Земли; электростатическое поле Земли; переменные ЭМП в диапазоне частот от 10-3 до 1012 Гц.

Естественное электромагнитное поле Земли создается избыточным отрицательным зарядом на поверхности. Его напряженность на открытой местности обычно находится в диапазоне от 100 до 500 В/м. Грозовые облака могут увеличивать напряженность этого поля до десятков - сотен кВ/м.

Антропогенные источники ЭМП делятся на 2 группы:

· Источники, генерирующие крайне низкие и сверхнизкие частоты от 0 до 3 кГц.

· Источники, генерирующие излучение в радиочастотном диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц, включая СВЧ излучения.

К первой группе относятся все системы производства, передачи и распределения электроэнергии (линии электропередач, трансформаторные, подстанции, электростанции, системы электропроводки, кабельные системы), офисная электро- и электронная техника, транспорт и его инфраструктура, городской транспорт (метро, троллейбус, трамвай). Источниками излучения энергии в окружающем нас пространстве являются провода линий электропередач. Несмотря на то, что энергия поля промышленной частоты (50 Гц) в значительной мере поглощается почвой, напряженность поля под проводами и вблизи них может быть значительна высокой и зависит от класса напряжения линии электропередач, нагрузки, высоты подвески, расстояния между проводами, растительного покрова, рельефа под линией.

1.2 Воздействие ЭМИ на организм человека

Взаимодействие внешних ЭМП на организм человека осуществляется путем наведения внутренних полей и электрических токов, величина и распределение которых в теле человека зависит от следующих параметров:

Ш размер, форма, анатомическое строение тела;

Ш электрические и магнитные свойства тканей (электрическая и магнитная проводимость и проницаемость);

Ш характеристики ЭМП (частота, интенсивность).

Организм человека состоит из множества клеток с жидким содержанием и межклеточной жидкости, которая является электролитом. Мембраны клеток являются хорошими диэлектриками и надежно изолируют внутриклеточную фазу. Вследствие этого в постоянном электрическом поле возникают ионные токи, которые протекают только по межклеточной жидкости. В переменных ЭМП мембраны клеток теряют свои свойства диэлектриков. С возрастанием частоты внутриклеточная среда все больше участвует в общей ионной проводимости, что ведет к увеличению поглощения энергии.

Поглощение энергии ЭМИ в тканях осуществляется за счет электрического сопротивления среды при возникновении токов проводимости (потери ионной проводимости) и за счет трения(вращения) дипольных молекул в вязкой среде(диэлектрические потери).

Следствием поглощения энергии ЭМИ является тепловой эффект, т.е. нагрев тканей человека. Чем больше напряженность поля и время воздействия, тем сильнее проявляется этот эффект. Поглощение и распределение поглощенной энергии внутри тела существенно зависит от формы, размера и соотношения размеров тела с длиной волны излучения. С этих позиций в спектре ЭМИ выделяют три области:

1. ЭМИ с частотой до 30 МГц;

2. ЭМИ с частотой от 30 МГц до 10 ГГц;

3. ЭМИ с частотой более 10 ГГц.

Для первой области характерно быстрое падение величины поглощения с уменьшением частоты. Для второй области характерно наличие ряда максимумов поглощения, при которых тело как бы втягивает в себя поле и поглощает энергии больше, чем приходится на его поперечное сечение. Это приводит к так называемым «горячим пятнам». При воздействии на организм человека ЭМИ частотой более 10 ГГц практически вся энергия поглощается в поверхностных слоях биоструктур.

Энергия проникшего в организм поля многократно отражается и преломляется в многослойной структуре тела с разной толщиной слоев ткани. Вследствие этого энергия ЭМП поглощается неодинаково, чем объясняется неодинаковое воздействие на различные ткани.

Тепловая энергия, возникшая в тканях человека, увеличивает общее тепловыделение организма. Избыточная теплота отводится до определенного предела путем увеличения нагрузки на механизм терморегуляции. Состояние, при котором интенсивность ЭМИ более 10 мВт на 1 см2 называется тепловым порогом; организм не справляется с отводом образовавшейся теплоты и температура тела повышается.

Наиболее чувствительны к облучению органы и ткани человека, обладающие слабо выраженной терморегуляцией (мозг, глаза, почки). Перегревание тканей и органов ведет к их заболеваниям, а повышение температуры тела на 1°С и выше может привести к необратимым изменениям. При воздействии ЭМП ВЧ и особенно СВЧ имеет место нетепловое воздействие, которое является результатом ряда микропроцессов, протекающих под действием резонансных эффектов взаимодействия внешних ЭМП с внутренними полями организма.

Воздействие ЭМИ приводит к различным морфологическим и функциональным изменениям в организме человека. При кратковременном воздействии ЭМИ незначительной интенсивности изменения, как правило, являются обратимыми. Однако при больших интенсивностях излучения или при систематическом облучении с малыми интенсивностями, не превышающими ПДИ, изменения необратимы.

Негативное воздействие ЭМИ выражается в торможении рефлексов, изменении биоэлектроактивности головного мозга, нарушении памяти, развитии синдрома хронической депрессии, понижении кровяного давления, замедлении сокращений сердца, изменении состава крови в сторону увеличения лейкоцитов и уменьшения эритроцитов, нарушении в печени и селезенки, помутнении хрусталика глаза, выпадении волос. Субъективные критерии отрицательного воздействия ЭМИ - головные боли, повышенная утомляемость, раздражительность, нарушение сна, ухудшение зрения, повышенная температура тела.

1.3 Нормирование ЭМИ

Для предупреждения заболеваний, связанных с систематическим воздействием ЭМП, СанПин «Электромагнитные поля в производственных условиях» устанавливают ПДУ электромагнитных полей, а также требования к проведению контроля уровня ЭМП на рабочих местах, методов и средств защиты работающих. Временные дополнительные уровни ослабления геомагнитного поля предусматривают оценку его интенсивности внутри помещения и в открытом пространстве на территории, прилегающей к месту его распространения, с последующим расчетом коэффициента ослабления геомагнитного поля. Интенсивность геомагнитного поля оценивают в единицах напряженности МП или в единицах магнитной индукции.

Коэффициент ослабления интенсивности геомагнитного поля равен отношению интенсивности геомагнитного поля открытого пространства к его интенсивности внутри помещения.

Временный допустимый коэффициент ослабления интенсивности геомагнитного поля на рабочих местах персонала в помещениях в течение смены не должен превышать 2-х.

Предельно допустимая величина напряженности электростатических полей на рабочих местах устанавливается в зависимости от времени воздействия в течение рабочего дня.

Напряженность электростатического поля на рабочих местах обслуживающего персонала не должна превышать:

· при воздействии до 1 ч - 60 кВ/м;

· при воздействии свыше 1 ч за смену величина определяется по формуле.

При напряженностях электростатических полей, превышающих 60 кВ/м, работа без применения средств защиты не допускается.

При напряженностях электростатических полей менее 20 кВ/м время пребывания в электростатическом поле не регламентируется.

Оценка и нормирование постоянных МП осуществляется по уровню МП дифференцированно в зависимости от температуры его воздействия на работника за смену для условий общего (на всё тело) и локального (кисти рук, предплечья) воздействия.

Уровень постоянного МП оценивают в единицах напряженности магнитной индукции.

ПДУ напряженности постоянного МП за 8-ми часовой рабочий день не должен превышать 8-ми кА/м при общем воздействии и 12-ти кА/м при локальном воздействии.

Промышленная частота токов составляет 50 Гц, а соответствующая этой частоте длина волны равна 6 тыс.км. Человек подвергается воздействию ЭМП в ближней зоне. В связи с этим гигиеническая оценка ЭМП промышленной частоты осуществляется раздельно по электрическому и магнитному полям.

Но нормируемым параметром ЭП является напряженность ЭП (кВ/м), МП-напряженность МП(А/м).

ПДУ ЭМП промышленной частоты для полного рабочего дня составляет 5 кВ/м, а максимальный ПДУ для воздействия не более 10 мин - 25 кВ/м.

Дополнительное время пребывания в ЭП может быть реализовано одноразово или дробно в течение рабочего дня. В остальное рабочее время напряженность ЭП не должна превышать 5 кВ/м. В диапазоне частот от 10 до 30 кГц основными нормируемыми параметрами являются напряженность ЭП и МП. Временный фактор учитывается в меньшей степени.

ПДУ воздействия ЭМП соответственно составляют 500 В/м и 50 А/м для полного рабочего дня и 1000 В/м и 100 А/м для воздействия до 2-х часов за рабочий день.

В диапазоне частот свыше 30 кГц используется энергетический подход. Наряду с напряженностью ЭП и МП плотности потока энергии нормируется энергетическая экспозиция за рабочий день. Она выражается в диапазоне частот до 300 МГц произведением квадрата напряженности ЭП или МП на время воздействия на организм.

В диапазоне частот выше 300 МГЦ - произведением плотности потока энергии излучения на время.

ПДУ интенсивности ЭМИ радиочастот в диапазоне частот от 30 кГц до 300 ГГц определяется в зависимости от времени воздействия, исходя их предельно допустимой энергетической экспозиции.

При этом в любом случае они не должны превышать значения установленные в качестве максимально допустимых.

1.4 Методы и средства контроля и защиты от ЭМИ

Гигиеническая оценка облучаемости лиц, подвергающихся воздействию ЭМИ, приводится на основании определения двух параметров: интенсивности ЭМИ и времени воздействия ЭМИ.

Интенсивность определяется путем измерения напряженности ЭП и МП в диапазоне частот ниже 300 МГц и плотности потока энергии в диапазоне частот выше 300 МГц.

Время воздействия определяется на основании документов, регламентирующих профессиональные обязанности работников, технологических журналов и карт, а в случае необходимости, с помощью специальных хронометражных исследований.

Контроль уровня ЭМИ на рабочих местах производится не реже 1 раза в год, а также при вводе в действие новых установок, при внесении изменений в конструкцию и режим работы действующих установок, после проведения ремонтных работ, при внесении изменений в средства защиты от ЭМИ, при организации новых рабочих мест.

Измерение уровней ЭМИ производится для всех рабочих режимов установки при максимальном использовании мощности. Измерения выполняются на рабочих местах и местах возможного нахождения персонала на расстоянии от источников ЭМП.

Для измерения уровней ЭМИ в диапазоне частот до 300 МГц используют приборы, предназначенные для измерения среднеквадратического значения напряженности ЭП и МП, а для измерения выше 300 МГц - среднее значение плотности потока энергии.

По конструктивному исполнению различают приборы двух типов:

· приборы направленного действия с антеннами, требующими учета поляризации поля;

· приборы с изотропными датчиками, не требующими учета направления поля.

При использовании первого типа антенну в точке измерения поворачивают до получения максимального отсчета по шкале. Для измерения напряженности ЭП используют датчик в виде антенны - диполя. Переменное магнитное поле(ПМП) измеряется с помощью замкнутой рамки, состоящей из ряда витков тонкого провода. Под действием ПМП в рамке наводится ЭДС, значение которой фиксируется измерительным устройством. Приборы направленного действия не пригодны для оценки сложных полей, в том числе создаваемых несколькими источниками. Приборы с изотропными датчиками могут применяться для оценки дальних и ближних полей, в том числе создаваемых несколькими источниками.

При несоответствии требованиям норм интенсивности ЭМП на рабочих местах в зависимости от диапазона частот облучения применяются системы защиты: пассивные и активные.

Пассивные системы защиты от ЭМИ: защита временем, защита расстоянием, рациональное размещение установок в рабочем помещении, выделение зон излучения, применение средств предупреждающей сигнализации (световая, звуковая), установление рациональных режимов эксплуатации установки и работы обслуживающего персонала.

Активные системы защиты от ЭМИ: уменьшение параметров излучения непосредственно в самом источнике излучения, экранирование источника излучения, экранирование рабочего места, применение средств индивидуальной защиты (СИЗ).

Защита временем предусматривает ограничение времени пребывания человека в рабочей зоне и применяется обычно в тех случаях, когда нет возможности снизить интенсивность другими способами. Допустимое время пребывания в поле зависит от интенсивности облучения.

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 помещении используют в первую очередь для источников ВЧП. Электромагнитная энергия, излучаемая отдельными элементами установок при неполном экранировании или отсутствии экрана, распространяется в помещениях, отражаясь от стен и перекрытий, частично проходя сквозь них и в большей степени рассеиваясь. Отраженная энергия увеличивает плотность ЭМП в помещении.

Выделение зон излучения производится на основании инструментальных замеров интенсивности ЭМИ. Границы зон источников ЭМИ ограждают или отмечают яркой краской на полу помещения.

Установление рационального режима работы персонала и источников ЭМИ. Одним из способов снижения уровня излучаемой энергии является правильный выбор генератора, то есть для определенного технологического процесса с конкретной мощностью необходимо использовать источник соответствующей мощности, а не завышенный. Включение установок производить лишь на время работы.

Уменьшение параметров излучения непосредственно в самом источнике достигается за счет применения согласованных нагрузок и поглотителей мощности. Поглотители мощности ослабляют ЭМИ в 105 и более раз. Ими служат графитовые или специальные углеродистые составы, пластмассы и другие материалы, в которых энергия ЭМИ преобразуется в тепловую энергию. Для охлаждения поглотителей применяют охлаждающие ребра или проточную воду.

Наиболее эффективным методом защиты от ЭМИ является экранирование самого источника или рабочего места. Эффективность экранов определяется структурой ЭМП и конструкцией экрана, прежде всего его толщиной и материалом.

Экраны делятся на две группы: отражающие и поглощающие.

Защитное действие отражающих экранов основано на том, что действующее ЭМП создает в экране вихревые токи, наводящие в нем вторичное поле, по амплитуде почти равное, а по фазе противоположное экранирующему полю. Результирующее поле, возникающее при сложении этих двух полей, быстро убывает в экране, проникая на незначительную глубину. Их изготавливают из хорошо проводящих материалов: сталь, медь, латунь, алюминий. Глубина проникновения ЭМП высоких и сверхвысоких частот очень мала, поэтому толщину экрана вбирают по соображениям прочности. Конструкция замкнутого экрана, его размеры и форма определяются экранируемым объектом. Наиболее распространенные типы экранов: сферичные, цилиндрические и плоские. В ряде случаев для экранирования ВЧП 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 экранируемого пространства.

Высокая эффективность экранирования достигается при использовании решеток. Для экранирования применяют токопроводящие краски и материалы с металлизированной поверхностью. Токопроводящие краски создают на основе плёнкообразующего материала с добавлением проводящих составляющих, пластификатора, отвердителя. В качестве токопроводящих элементов используют коллоидное серебро, графит, сажу, оксиды металлов, порошки меди и алюминия. В конструктивном отношении экранируемые устройства могут представлять собой камеры или шкафы, в которые помещают передающую аппаратуру, кожухи, ширмы, защитные козырьки, перегородки. Отражающий экран должен быть заземлен.

Экраны, поглощающие ЭМИ, изготавливают в виде тонких резиновых ковриков, эластичных или жестких листов поролона или волокнистой древесины, пропитанной определенным составом ферромагнитных пластин. Коэффициент отражения этих материалов не превышает 1-3 %.

Если применение рассмотренных средств защиты от ЭМП не позволяет снизить напряженность ЭП и МП, плотность потока энергии до нормативных значений, необходимо использовать СИЗ. К ним относятся комбинезоны, халаты и передники из металлизированной ткани, осуществляющие защиту человека по принципу сетчатого экрана, защитные очки с металлизированными стеклами.

При использовании спецодежды из металлизированной ткани необходимо строго соблюдать требования электробезопасности.

электромагнитный излучение напряженность экранирующий

2. Расчетная часть

Дано:

Pn= 400 Вт

?= 1000 мм

f= 3·108 Гц

Gпор= 300

R= 8 м

Материал - алюминий

?= 600 Гн/м

?= 5·10-8 Ом·м

D= 100 мкВт/см2

m= 0,3 м

b= 1,5 м

l= 1 м

h= 0,5 м

Как известно, наличие электрического тона в проводнике на макро- и микроскопическом уровне сопровождается появлением в окружающей его среде магнитного поля определенной напряженности. Наличие в окружающей среде разности потенциалов, например, по длине токопроводящего проводника или между обкладками конденсатора, обуславливает появление в ней электрического поля. Напряженность магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м), а электрического- в вольт на метр (В/м).

Распространение электрического и магнитного полей, а в совокупности электромагнитного поля (ЭМП) сопровождается переносом энергии, т.е. данное явление по физической сути является излучением.

Мощность электромагнитного излучения (ЭМИ) N определяется соотношением:

N = 0,5 t -1(E2 · ? 0 + H2 · ?), Вт/м3 (1)

где t - время излучения, с;

Е, Н - напряженности электрической и магнитной составляющих ЭМИ, В/м, А/м соответственно;

?0 , ? - абсолютные диэлектрическая и магнитная проницаемости воздуха, Ф/м; Гн/м. (фарад на метр; генри на метр).

В зависимости от соотношения длины волны ?=С/f (f - частота, С - скорость света) и расстояния R от источника ЭМИ различают три зоны:

- зону индукции R ? ?/2? (в зоне производят нагревание, закалку металлов);

- волновую зону R< ?/2? (в зоне происходит тепловое и психическое воздействие на человека);

- зону дифракции R >> ?/2? (в зоне происходит психологическое воздействие на человека).

Плотность потока энергии или мощность ЭМИ определяется соотношениями:

N = E2 / 377 = 377Н2 = Pn· Gпер/ 2?R2 , Вт/м2 (2)

где Рn - мощность передающего устройства, Вт;

Gпер - коэффициент передачи;

R - расстояние до излучателя.

Из формулы (1) имеем

Н = v N/377, А/м (3)

Предельно допустимый уровень (ПДУ) напряженности магнитного поля не должен превышать 8 кА/м, т.е. Н<8 кА/м.

Нормирование ЭМИ, очевидно, осуществляется по 3-м факторам:

1. напряженности магнитного поля Н, А/м, (4);

2. напряженности электрического поля Е, В/м, табл. 1,2;

3. мощности потока электромагнитной энергии N, Вт/м2, табл. 3.

По каждому фактору из справочников норм находят наименьшее время в минутах за сутки, в течение которого человек может пребывать под воздействием ЭМИ заданных параметров.

При необходимости увеличения времени пребывания человека в зоне ЭМИ, например, до продолжительности рабочей смены, применяют защитные устройства.

Для обеспечения требований норм на рабочих местах средства защиты могут быть следующих типов: стационарные экранирующие устройства (навесы, козырьки, перегородки и т.п.), переносные, передвижные экранирующие устройства (щиты, зонты, экраны, перегородки и т.п.), специальная экранирующая одежда.

В условиях производства чаще всего применяются защитные экраны, которые представляют собой конструкции и материалы, используемые в технологическом процессе. Поэтому проектирование экранирующего устройства от воздействия электромагнитного поля сводится к расчетной или экспериментальной проверке эффективности имеющихся материалов и конструкций.

Нормы ЭМИ представлены в табл. 1 - З.

Таблица 1 Предельно допустимая напряженность электростатического поля на рабочем месте в течение смены

Длительность воздействия поля на человека t, ч.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Предельно допустимая напряженность поля Едоп, кВ/м

60

42,5

34,6

30

26,8

24

22,7

21,2

20

Примечание:

Промежуточные значения Едоп в пределах времени воздействия от 1 до 9 ч. Могут определяться по формуле Едоп = 60 / vt.

Указанные в таблице нормативы при напряженности свыше 20 кв/м применяются при условии, что в остальное время рабочего дня напряженность не превышает 20 кВ/м.

Таблица 2 Предельно допустимое время пребывания человека в электрическом поле в течение суток

Напряженность электрического поля Е, кВ/м

Время пребывания человека в электрическом поле в течение суток, мин.

менее 5

без ограничения

от 5 до 10

не более 180

свыше 10 до 15

не более 90

свыше 15 до 20

не более 10

свыше 20 до 25

не более 5

Расчет

1. Расчет толщины защитного экрана по мощности ЭМИ

Защита от прямого луча передающего устройства осуществляется следующим образом:

а) Определяю мощность электромагнитного излучения n по формуле:

N = Pn ·Gпер / 4?R2 , мкВт/см2, (5)

где Pn - мощность излучения передающего устройства, Вт;

Gпер - коэффициент направленности антенной системы передатчика;

R - расстояние от излучающей антенны передатчика, м;

N = 400·300·106/4·3,14·(8·102)2 = 14928,3 мкВт/см2.

б) Определяю необходимую величину коэффициента ослабления электромагнитного поля (М) по формуле:

1/М = N/D (6)

1/М = 14928,3/100 = 149,283.

Величину требуемого ослабления 1/М можно представить в децибелах:

Этр 1 = 20lg(1/M) = 20lg149,283 = 43,48 дБ.

в) Определяю толщину стенок защитного экрана из выбранного материала по формуле:

z = - lnM/v2?·?·?, м, (7)

где ? - круговая частота, об/с, ? = 2?f;

f - частота ЭМП, Гц;

Таблица 3

Мощность ЭМИ, N, мкВт/см2

Время пребывания человека в ЭМП в течение суток, мин.

менее 2

без ограничения

не более 10

480

10?100

120

100?1000

20

? - удельное сопротивление, Ом·м;

? - магнитная проницаемость, Гн/м;

М = 100/14928,3 = 0,0067, тогда

z = - ln0,0067/v2·2·3,14·3·108·5·10-8·600 = 0,0149 м.

2. Проверка правильности расчета толщины экрана

Проверка правильности расчета толщины экрана по обеспечению требует эффективности защиты от электрической составляющей ЭМП.

а) Требуемая эффективность экрана определяется следующим соотношением:

Этр = 20lgE0/EЭ, дБ, (8)

где Е0 - напряженность поля в рабочей зоне в отсутствие экрана, в/м;

ЕЭ - напряженность электрического поля при наличии экрана, выполненного в виде кожуха из металлического листа; может быть рассчитана по известным характеристикам материала, из которого он изготовлен, с учетом волнового сопротивления среды, В/м.

б) Фактическое ослабление (эффективность экранирования) определяется по формуле:

Эф = 20lg[v?/?·Le · 3v?/Rэ·2?z/m· (1 - ?m/2)6],дБ, (9)

где ? - длина волны электромагнитного поля, м;

z - толщина экрана, м;

m - наибольший размер технологических отверстий, м;

Rэ - эквивалентный радиус экрана, м;

? - удельное сопротивление материала экрана, Ом·м;

? - глубина проникновения, м, т.е. расстояние, на котором напряженность поля уменьшается в 2,73 раза.

Эквивалентный радиус экрана рассчитывается по формуле:

Rэ = 3v(3/4?) ·b · l · h, м, (10)

где b, l, h - размеры экрана (короба), м;

Rэ = 3v(3/4·3,14) · 1,5 · 1 · 0,5 = 0,5637 м.

Волновое сопротивление определяется выражением:

Lэ = L0·?/2?Rэ, Ом, (11)

где L0 - волновое сопротивление воздуха, L0 = 377 Ом;

Lэ = 377·1/2·3,14·0,5637 = 106,496 Ом.

В свою очередь, глубина проникновения:

? = 0,03 v2·?/?, м, (12)

где ? - магнитная проницаемость, Гн/м;

? = 0,03 v2·5·10-8/600 = 387,3·10-9 м;

Эф = 20 lg [(v387,3·10-9/5·10-8· 106,496) · (3v1/0,5637) · (2·3,14·0,0149)/0,3 · (1 - 3,14·0,3/2)6] = 53,038 Дб.

Должно соблюдаться условие: Эф > Этр 1, в данном случае оно выполняется: 53,038 Дб > 43,48 Дб

3. Проверка правильности расчета толщины экрана по обеспечению требуемой эффективности защиты от магнитной составляющей ЭМП

3.1. По формуле (5) п. 1 плотность потока энергии (мощность ЭМИ) N:

N = pn * Gпер / 4?R2 = 14928,3 мкВт/см2 = 149,283Вт/м2.

3.2. По формуле (3) определяю напряженность магнитной составляющей ЭМП:

Н3 = v149,283/377 = 0,629 А/м.

3.3. Сравнивая Н3 с ПДУ, которое не должно превышать 8 кА/м, констатируем, что напряженность магнитной составляющей ЭМП не является ограничивающим фактором даже без применения экрана.

Вывод

При оценке эффективности экранирующих устройств исходными данными являются геометрические размеры экрана и технологических проемов, электрические и магнитные характеристики материала экрана, волновое сопротивление воздуха, длина волны излучения, напряженность электрического поля в рабочей зоне и длительность пребывания в ней. Эффективность экранирования показывает, во сколько раз ослабляется ЭМИ.

Рассчитав толщину защитного экрана от ЭМИ, а она получилась равной 0,0149 м, и, проведя оценку его эффективности, получаю, что толщина экрана неприемлема для предложенного материала, из которого он изготовлен - алюминия, а напряженность магнитной составляющей, равная 0,629 А/м, настолько мала по сравнению с ПДУ, что не является ограничивающим фактором даже без применения экрана.

Заключение

Экранирование является наиболее эффективным способом защиты. Электромагнитное поле ослабляется экраном вследствие создания в толще его поля противоположного направления. Степень ослабления электромагнитного поля зависит от глубины проникновения высокочастотного тока в толщу экрана. Чем больше магнитная проницаемость экрана и выше частота экранируемого поля, тем меньше глубина проникновения и необходимая толщина экрана. Экранируют либо источник излучений, либо рабочее место. Экраны бывают отражающие и поглощающие.

Помимо выполнения своей прямой функции, экранирование значительно снижает вредное воздействие электромагнитных излучений на организм человека. Оно позволяет также уменьшить влияние электромагнитных шумов на работу устройств.

Список использованной литературы

1. Методическое пособие.

2. Лекции по дисциплине «Производственная санитария и гигиена труда» 2009.

3. Ушаков К.З., Каледина Н.О., Кирин Б.Ф., Сребный М.А. Безопасность жизнедеятельности. - М.: МГГУ, 2012.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.