Электромагнитная обстановка на рабочих местах и в быту

Электромагнитная обстановка характеризуется напряженностями электрического и магнитного полей. При высоких частотах речь может идти о воздействии электромагнитного поля, при этом наибольший интерес представляет воздействие плоской электро­магнитной волны, при которой плотности энергии электрической и магнитной составляющих равны.

Подразделяют естественную электромагнитную обстановку и обстановку от электрических, электроэнергетических и иных, со­зданных человеком устройств, в которых используется электри­ческая энергия. Поля естественного и искусственного происхож­дения накладываются друг на друга, векторы напряженностей суммируются.

Естественное электрическое поле Земли обусловлено отрица­тельным избыточным зарядом поверхности и составляет на от­крытой местности примерно 100-500 В/м, (см. заштрихованную область в левой части рис. 14.1). При наличии грозового облака напряженность поля может возрасти до нескольких десятков и даже сотен кВ/м, менять направление, а при грозовых разрядах возникают импульсы электромагнитного поля.

Сильные электрические поля промышленной частоты в основ­ном создаются объектами электроэнергетики (линии электропере­дачи высокого напряжения).

Рис. 7.1. Характерные напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты

Здания экранируют постоянное электрическое поле Земли и электрическое поле промышленной частоты, созданное линиями электропередачи высокого напряжения и иными объектами. Внутри зданий постоянное электрическое поле как естественного, так и искусственного происхождения определяется, в основном, наличием электризующихся природных и синтетических материа­лов, являющихся основой для покрытий полов, мебели, одежды, обуви и т.д. Напряженность электростатического поля в помеще­нии может достигать десятков и сотен кВ/м. При разрядах стати­ческого электричества наблюдаются электромагнитные импульсы с очень высокой крутизной. Возникают сильные электрические поля вблизи некоторых приборов, не имеющих специальной за­щиты и использующих высокое постоянное напряжение (телеви­зоры, мониторы, осциллографы и т.д.).

Постоянное магнитное поле Земли создается токами внутри нее. Оно ориентировано относительно магнитных полюсов. На­пряженность магнитного поля зависит от географических коорди­нат и составляет 55, 7 А/м у магнитных полюсов и 33, 4 А/м у маг­нитного экватора, где вектор напряженности параллелен поверх­ности Земли. В средних широтах напряженность составляет примерно 40 А/м. Значения напряженности постоянного магнит­ного поля Земли лежат в пределах заштрихованной зоны в правой части рис. 7.1. На постоянное поле накладывается медленно из­меняющееся геомагнитное поле, порожденное токами в магнито­сфере и ионосфере, содержащее широкий спектр частот, в том числе и низкочастотную (до 100 Гц) составляющую напряженнос­ти до 0, 1 А/м. Во время магнитных бурь, причиной которых явля­ются процессы усиления солнечной активности, амплитуда низ­кочастотной составляющей многократно возрастает.

Геомагнитные постоянные и низкочастотные поля, в отличие от электрических, не экранируются стенами зданий и другими объектами, за исключением изготовленных из ферромагнитных материалов. Внутри зданий, имеющих стальной каркас, напря­женность геомагнитного поля снижается в несколько раз.

Представление о типичных напряженностях электрического и магнитного полей на объектах электроэнергетики дают рис. 7.1. и табл. 7.2. В таблице приведены граничные значения напряженностей, воспринимаемых человеком, вызывающих нарушение ритма сокращений сердечной мышцы; напряженность электри­ческого поля, приводящая к пробою воздушных промежутков, а также некоторые нормированные напряженности по данным ВОЗ, IRPA и DIN VDE (немецкие индустриальные нормы Союза немецких электротехников).

Таблица 7.2.

Электромагнитная обстановка на объектах электроэнергетики

Как видно из рис. 7.1 и табл. 7.2, сильные электрические поля промышленной частоты в основном создаются объектами электроэнергетики (линии электропередачи высокого напряже­ния, сборные шины подстанций, трансформаторы и аппараты вы­сокого напряжения). В остальных случаях электрические поля имеют относительно невысокие напряженности. Некоторое пред­ставление о напряженности таких полей дает рис. 7.1, где приве­дены усредненные данные, полученные в результате анализа мно­гочисленных отечественных и зарубежных публикаций, а также непосредственных измерений под воздушными линиями электропередачи (ВЛ) и на открытых распределительных устрой­ствах (ОРУ) 500 и 750 кВ.

Напряженность вблизи ВЛ 220 кВ и выше может достигать гра­ницы индивидуальной восприимчивости поля, когда человек по косвенным признакам (шевеление волос, ощущение покалывания при микроразрядах между телом и одеждой и т.д.) может устано­вить наличие поля. Напряженность электрических полей, создава­емых бытовыми электроприборами, проводами систем электропи­тания, по амплитуде меньше, чем естественная напряженность постоянного поля Земли на открытой местности.

Таким образом, магнитная обстановка внутри помещений в ос­новном определяется постоянным полем Земли, на которое на­кладываются переменные поля. Амплитуда этих полей может иметь такой же порядок величин, что и переменная составляющая естественного магнитного поля Земли.

Напряженность магнитного поля промышленной частоты внутри помещений может быть достаточно высокой, если вблизи проходит ВЛ электропередачи, проложены сильноточные кабели или расположены мощные электротехнические устройства.

Напряженность поля, созданного ВЛ электропередачи, даже при расстоянии нескольких сотен метров от линии может состав­лять десятые доли А/м. Кабельные линии создают несколько большие напряженности вблизи них, чем воздушные, однако на­пряженность уменьшается сильнее при удалении от кабеля, и зона заметного поля (напряженность порядка десятых долей А/м) обычно не превышает нескольких десятков метров. Кабели и ВЛ среднего напряжения (6 - 10 кВ) из-за малого расстояния между фазами создают невысокие напряженности поля, и с их влиянием внутри помещений можно не считаться.

Поле трансформаторов системы электроснабжения изменяется обратно пропорционально расстоянию, и оно может быть замет­ным на расстоянии менее 10 м. Сети электроснабжения низкого напряжения создают поле, зависящее от несимметрии нагрузки фаз. Его напряженность обратно пропорциональна расстоянию и может быть заметной на расстоянии до 20 м.

В производственных условиях на рабочих местах напряжен­ность магнитного поля промышленной частоты может быть гораз­до большей, чем в жилых помещениях. В экстремальных случаях, например вблизи сварочного аппарата, электродуговой печи или непосредственно у проводов мощных ВЛ при выполнении работ под напряжением, персонал может подвергаться воздействию поля напряженностью 1 - 10 кА/м, что на два порядка и более пре­вышает напряженность поля Земли.

Ориентировочные значения напряженности магнитных полей промышленной частоты, создаваемых различными устройствами, показаны в правой части рис. 7.1. Из этого рисунка видно, что напряженность полей, как правило, лежит много ниже порога восприимчивости (например, ощущение магнитного поля по по­явлению магнитосфенов в форме мерцаний на периферийных участках поля зрения).

Новым фактором, не свойственным естественной обстановке, является появление высокочастотных электромагнитных полей, создаваемых устройствами связи, телекоммуникаций, радиолока­ционной техники, микроволновыми аппаратами и т.д. Эти поля частично или полностью экранируются проводящими стенами. Обычно напряженности этих полей, воздействующих на человека, малы по сравнению с рассмотренными. Однако, несмотря на это, влияние высокочастотных полей на человека, создаваемых, на­пример, устройствами радиотелефонной связи, в настоящее время является предметом исследований и дискуссий.

В жилых помещениях в зависимости от числа, мощности вклю­ченных приборов, схемы и исполнения электропроводки напря­женность поля может меняться в широких пределах. При совре­менном исполнении сети электропитания, отсутствии токовых петель, связанных с заземленными системами водопровода, ото­пления и т.д., она обычно не превышает десятых долей А/м.

Электромагнитная обстановка в жилых помещениях в основном определяется естественным магнитным полем. Напряжен­ность магнитного поля промышленной частоты при включении электроприборов, как правило, не превышает одного процента от напряженности постоянного поля Земли. Напряженность магнитного поля промышленной частоты имеет тот же порядок, что и переменная составляющая естественного магнитного поля Земли. Исключение составляет лишь использование сравнительно мощных электроприборов, находящихся в непосредственной близости от организма (электроодеяло, утюг, фен, электроинструмент и т. д.).

Сказанное означает, что организм человека практически не ис­пытывает неестественного воздействия, и типичное искажение электромагнитной обстановки в быту не может рассматриваться как электросмог.

Однако на рабочих местах и на объектах электроэнергетики на­пряженности электрического и магнитного полей могут достигать и даже в десятки раз превышать напряженности полей естествен­ного происхождения. Поэтому рассмотрим возможное влияние таких полей на человека.