Основные источники постоянных электрических полей. Влияние на иммунную систему. Антропогенные источники электромагнитных полей

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

В спектре естественных электромагнитных полей условно можно выделить три составляющие:

· геомагнитное поле (ГМП) Земли;

· электростатическое поле Земли;

· переменные ЭМП в диапазоне частот от 10 до 10 Гц.

Естественное электрическое 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.

Геомагнитное поле Земли состоит из основного постоянного поля (его вклад 99%) и переменного поля (1%). Существование постоянно­го магнитного поля объясняется процессами, протекающими в жидком металлическом ядре Земли. В средних широтах его напряженность со­ставляет примерно 40 А/м, у полюсов 55,7 А/м.

Переменное геомагнитное поле порождается токами в магнитосфе­ре и ионосфере. Например, сильные возмущения магнитосферы могут быть вызваны магнитными бурями, многократно увеличивающими ам­плитуду переменной составляющей геомагнитного поля. Магнитные бури являются результатом проникновения в атмосферу летящих от Солнца со скоростью 1000... 3000 км/с заряженных частиц, так называе­мого солнечного ветра, интенсивность которого обусловлена солнечной активностью (солнечными вспышками и др.).

Свой вклад в формирование естественного электромагнитного фо­на Земли вносит грозовая активность (0,1... 15 кГц). Электромагнитные колебания на частотах 4... 30 Гц существуют практически всегда. Мож­но предположить, что они могут служить синхронизаторами некоторых биологических процессов, поскольку являются резонансными частота­ми для ряда из них.

В спектр солнечного и галактического излучения, достигающего Земли, входят ЭМИ всего радиочастотного диапазона, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, видимый свет, ионизирующие излучения.

Человеческий организм излучает ЭМП с частотой выше 300 ГГц с плотностью потока энергии 0,003 Вт/м². Если общая площадь поверх­ности среднего человеческого тела 1,8 м², то общая излучаемая энергия приблизительно 0,0054 Вт.

В настоящее время впервые в мире российскими учеными выпол­нена разработка гигиенических рекомендаций, регламентирующих воз­действие на человека ослабленных геомагнитных полей. Поводом для подобных исследований послужили жалобы на ухудшение самочув­ствия и состояния здоровья лиц, работающих в специализированных экранированных сооружениях, в силу своих конструктивных особенно­стей препятствующих проникновению внутрь них ЭМИ естественного происхождения.

Ослабленные естественные геомагнитные поля (ГМП) могут создаваться также в подзем­ных сооружениях метрополитена (уровни естественных ГМП снижены в 2...5 раз), в жилых зданиях, выполненных из железобетонных кон­струкций (в 1,5 раза), в салонах легковых автомобилей (в 1,5... 3 раза), а также в самолетах, банковских хранилищах и т.д.

При нахождении человека в условиях дефицита естественных ЭМП возникает ряд функциональных изменений в ведущих системах орга­низма: возникает дисбаланс основных нервных процессов в виде пре­обладания торможения, дистонии мозговых сосудов, развиваются изме­нения со стороны сердечно-сосудистой и иммунной систем и др.

Антропогенные источники ЭМП в соответствии с международной классификацией делятся на две 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-излучение.

К первой группе относятся, в первую очередь, все системы про­изводства, передачи и распределения электроэнергии (линии электро­передач - трансформаторные подстанции, электростанции, системы электропроводки, различные кабельные системы); офисная электро- и электронная техника, транспорт на электроприводе: железнодорожный транспорт и его инфраструктура, городской - метро, троллейбусный, трамвайный.

Протяженность ЛЭП в нашей стране составляет более 4,5 млн км. Источником излучения энергии в окружающее пространство являются провода ЛЭП. Несмотря на то, что электромагнитная энергия поля про­мышленной частоты (50 Гц) в значительной мере поглощается почвой, напряженность поля под проводами и вблизи них может быть значитель­ной и зависит от класса напряжения ЛЭП, нагрузки, высоты подвески, расстояния между проводами, растительного покрова, рельефа под ли­нией.

Источниками ЭМП в диапазоне 3 кГц... 300 ГГц являются переда­ющие радиоцентры, радиостанции НЧ, СЧ, КВЧ диапазонов, радио­станции FM (87,5... 10 МГц), мобильные телефоны, радиолокацион­ные станции (метеорологические, аэропортов), установки СВЧ-нагрева, ВДТ и персональные компьютеры и др.

Воздействию высоких уровней ЭМИ, создаваемых, например, пе­редающими радиоцентрами (ПРЦ) во многих случаях подвергаются не только служащие ПРЦ, но и люди, находящиеся в прилегающих домах. ПРЦ включают в себя одно или несколько технических зданий, в кото­рых находятся радиопередатчики и антенные поля, на которых распола­гаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем. Размещение ПРЦ может быть различным, например, в Москве характерно размеще­ние в непосредственной близости или среди жилой застройки (напри­мер, Октябрьский ПРЦ).

Радиолокационные станции имеют высокую мощность и оснаще­ны, как правило, остронаправленными антеннами кругового обзора, что приводит к значительному увеличению интенсивности ЭМИ СВЧ-диапазона и создает на местности зоны большой протяженности с вы­сокой плотностью потока энергии. Наиболее неблагоприятные условия отмечаются в жилых районах городов, в черте которых размещаются аэропорты - Иркутск, Сочи, Ростов-на-Дону и др.

В настоящее время в России несколько миллионов человек пользу­ются сотовой связью. Сотовая связь состоит из сети базовых станций и ручных персональных радиотелефонов. Базовые станции расположены на расстоянии от 1 до 15 км друг от друга, образуя между собой так на­зываемые «соты» посредством радиорелейной связи. Они обеспечива­ют связь с персональными радиотелефонами на частотах 450, 800, 900 и 1800 МГц. Мощность передатчиков находится в диапазоне от 2,5 до 320 Вт (как правило, 40 Вт).

Антенны базовых станций располагаются на высоте 15-50 м от по­верхности Земли, в основном, на крышах зданий. При их расположе­нии на крышах общественных, административных или жилых зданий осуществляется контроль электромагнитной обстановки, однако они не рассматриваются как потенциальные источники опасности, поскольку излучение боковых лепестков базовых антенн имеет небольшое значе­ние.

Ручные радиотелефоны сотовой связи имеют мощность 0,2... 7 Вт. Выходная мощность коррелируется с частотой: чем выше частота, тем меньше выходная мощность.

Для уменьшения последствий рекомендуется не прижимать телефон к уху, или прикладывать его во время разговора то к одному, то к друго­му уху и непрерывно говорить не более 2... 3 минут. Некоторые ученые предлагают изменить конструкцию радиотелефона так, чтобы антенна была направлена вниз относительно уха, а еще лучше в сторону от го­ворящего.

Источниками ЭМП в широком диапазоне частот являются ВДТ и персональные компьютеры . На рабочих местах пользователей компью­теров с мониторами на базе электронно-лучевых трубок фиксируются достаточно высокие уровни ЭМП, что говорит об опасности их биоло­гического действия, а распределение полей сложно и неодинаково на различных рабочих местах. Спектральная характеристика поля на ра­бочем месте пользователя компьютера и типичная карта электромагнит­ной обстановки приведены на рис. 7.2 - 7.4.

В промышленности высокочастотные ЭМИ используются для ин­дукционного и диэлектрического нагрева материалов (закалка, плавка, напыление металлов, нагрев пластмасс, склейка пластиков, термообра­ботка пищевых продуктов и др.).

Например, вблизи промышленных генераторов для высокочастот­ной закалки металлов, сушки древесины и т.п. напряженность электри­ческого поля на рабочих местах может достигать нескольких сот вплоть до тысячи В/м, а напряженность магнитного поля - десятков А/м.

Рис. 7.2. Спектральная характеристика переменно­го электрического поля на рабочем месте пользова­теля. Монитор СМ-102, Тайвань

Рис. 7.3. Пример распределения переменного электрического поля на рабочем месте пользователя

Рис. 7.4. Силовые линии магнитного поля вокруг дисплея

Источниками постоянных магнитных полей на рабочих местах являются: электромагниты и соленоиды постоянного тока, импульс­ные установки полупериодного и конденсаторного типа, магнитопроводы в электрических машинах и аппаратах, литые и металлокерамические магниты, используемые в радиотехнике. Постоянные магниты и электромагниты широко используются в приборостроении, в магнит­ных шайбах подъемных кранов и других фиксирующих устройствах, в устройствах для магнитной обработки воды, установках ядерного магнитного резонанса и др. Мощными источниками постоянного маг­нитного поля являются магнитогидродинамические генераторы, уров­ни магнитных полей которых в местах нахождения обслуживающего персонала достигают 50 мТл. Средние уровни постоянных магнитных полей в рабочей зоне операторов при электролитических процессах составляют 5...10мТл. Высокие уровни (10... 100мТл) создаются в салонах транспортных средств на магнитной подушке.

Электростатические поля возникают при работе с легко электризую­щимися материалами и изделиями, при эксплуатации высоковольтных установок постоянного тока. Статические электрические поля широко используются в промышленности для электрогазоочистки, электроста­тической сепарации руд и материалов, электростатического нанесения лакокрасочных и полимерных материалов и др.

*11111*В технологических процессах широко используют искусственные источники ЭМП, работающие в следующих частотных диапазонах: f = 3-300 Гц – токи промышленной частоты; f = 60 кГц-300 ГГц – токи радиочастот. На металлургических заводах применяют установки для индукционной обработки металлов, которые позволяют: плавить, закаливать, отжигать, сваривать металл. Кроме того, источниками ЭМП являются средства автоматики, трансформаторы, конденсаторы, электронно-лучевые трубки.

Эффективным средством защиты от ЭМП является экранирование . Выбор конструкции экрана зависит от диапазона волн, характера выполняемых работ, источника излучения.

Широко распространенными источниками ЭМП в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду электромагнитные волны ВЧ и УВЧ-диапазонов. Сравнительный анализ санитарно-защитных зон и зон ограничения застройки в зоне действия таких объектов показал, что наибольшие уровни облучения людей и окружающей среды наблюдаются в районе размещения РТПЦ «старой постройки» с высотой антенной опоры не более 180 м. Наибольший вклад в суммарную интенсивность электромагнитного загрязнения вносят базовые станции сотовой связи, функциональные теле- и радиопередатчики, радиорелейные станции, радиолокационные станции, СВЧ-приборы. Отказываться от изобретений, облегчающих жизнь, конечно же, не стоит. Но, чтобы технический прогресс не стал из помощника врагом, следует лишь соблюдать некоторые правила и разумно использовать технические новшества. - системы производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии постоянного и переменного тока (0-3 кГц): электростанции, линии электропередачи (ВЛ), трансформаторные подстанции, домовые распределительные щиты электропитания, кабели электропитания, электропро­водка, выпрямители и преобразователи тока); - бытовые приборы; - транспорт на электроприводе (0-3 кГц): железнодорожный транспорт и его инфраструктура, городской транспорт — метрополитен, троллейбусы, трамваи и т. п. — является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. Максимальные значения плотности потока магнитной индукции (В) в пригородных электричках достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл; - функциональные передатчики: радиовещательные станции низких частот (30 — 300 кГц), средних частот (0,3 — 3 МГц), высоких частот (3 — 30 МГц) и сверхвысоких частот (30 — 300 МГц); телевизионные передатчики; базовые станции систем подвижной (в т. ч. сотовой) радиосвязи; наземные станции космической связи; радиорелейные станции; радиолокационные станции и т.п. В длинном перечне источников электромагнитного загрязнения можно выделить в первую очередь те, с которыми приходится сталкиваться чаще всего.

Линии электропередачи

Провода работающей линии электропередачи (ЛЭП) создают в прилегающем пространстве электромагнитные поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии, достигает десятков метров. Дальность, распространение и величина поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс напряжения стоит в названии — например, ЛЭП 220 кВ), чем выше напряжение — тем больше зона повышенного уровня электромагнитного поля, при этом размеры зоны не изменяются в течение времени работы линии электропередачи. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются. Границы санитарно-защитных зон для линий электропередачи на действующих линиях определяются по критерию напряженности электрического поля — 1 кВ/м. К размещению воздушных линий ультравысоких напряжений (750 и 1150 кВ) предъявляются дополнительные требования по условиям воздействия электрического поля на население. Так, ближайшее расстояние от оси проектируемых воздушных линий электропередачи 750 и 1150 кВ до границ населенных пунктов должно быть, как правило, не менее 250 и 300 м соответственно.

Бытовые электроприборы

Наиболее мощными следует признать СВЧ-печи, аэрогрили, холодильники с системой «без инея», электроплиты, телевизоры, компьютеры. Реально создаваемое ЭМП в зависимости от конкретной модели и режима работы может сильно различаться среди оборудования одного типа. Значения электромагнитного поля тесно связаны с мощностью прибора. Причем степень загрязнения увеличивается в геометрической прогрессии с увеличением мощности.

Функциональные передатчики

Радиолокационные системы работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные системы могут работать на частотах до 100 ГГц. Создаваемый ими ЭМ-сигнал принципиально отличается от излучения иных источников. Связано это с тем, что периодическое перемещение антенны в пространстве приводит к пространственной прерывистости облучения. Временная прерывистость облучения обусловлена цикличностью работы радиолокатора на излучение. Время наработки в различных режимах работы радиотехнических средств может исчисляться от нескольких часов до суток. Так у метеорологических радиолокаторов с временной прерывистостью 30 мин — излучение, 30 мин — пауза, суммарная наработка не превышает 12 ч, в то время как радиолокационные станции аэропортов в большинстве случаев работают круглосуточно. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости обычно составляет несколько градусов, а длительность облучения за период обзора составляет десятки миллисекунд. Радары метеорологические могут создавать на удалении 1 км ППЭ ~ 100 Вт/м 2 за каждый цикл облучения. Радиолокационные станции аэропортов создают ППЭ ~ 0,5 Вт/м 2 на расстоянии 60 м. Морское радиолокационное оборудование устанавливается на всех кораблях, обычно оно имеет мощность передатчика на порядок меньшую, чем у аэродромных радаров, поэтому в обычном режиме сканирования ППЭ, создаваемое на расстоянии нескольких метров, не превышает 10 Вт/м 2 . Возрастание мощности радиолокаторов различного назначения и использование остронаправленных антенн кругового обзора приводит к значительному увеличению интенсивности ЭМИ СВЧ-диапазона и создает на местности зоны большой протяженности с высокой плотностью потока энергии. Наиболее неблагоприятные условия отмечаются в жилых районах городов, в черте которых размещаются аэропорты.

Сотовая связь

Основными элементами системы сотовой связи являются базовые станции (БС) и мобильные радиотелефоны (МРТ). Базовые станции поддерживают радиосвязь с мобильными радиотелефонами, вследствие чего БС и МРТ являются источниками электромагнитного излучения. Важной особенностью системы сотовой радиосвязи является весьма эффективное использование выделяемого для работы системы радиочастотного спектра (многократное использование одних и тех же частот, применение различных методов доступа), что делает возможным обеспечение телефонной связью значительного числа абонентов. В работе системы применяется принцип деления некоторой территории на зоны, или «соты», радиусом обычно 0,5-10 километров. Базовые станции поддерживают связь с находящимися в их зоне действия мобильными радиотелефонами и работают в режиме приема и передачи сигнала. В зависимости от стандарта, БС излучают электромагнитную энергию в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц. БС являются видом передающих радиотехнических объектов, мощность излучения которых (загрузка) не является постоянной 24 часа в сутки. Загрузка определяется наличием владельцев сотовых телефонов в зоне обслуживания конкретной базовой станции и их желанием воспользоваться телефоном для разговора, что, в свою очередь, коренным образом зависит от времени суток, места расположения БС, дня недели и др. В ночные часы загрузка БС практически равна нулю. Мобильный радиотелефон (МРТ) представляет собой малогабаритный приемопередатчик. В зависимости от стандарта телефона, передача ведется в диапазоне частот 453 — 1785 МГц. Мощность излучения МРТ является величиной переменной, в значительной степени зависящей от состояния канала связи «мобильный радиотелефон — базовая станция», т. е. чем выше уровень сигнала БС в месте приема, тем меньше мощность излучения МРТ. Максимальная мощность находится в границах 0,125-1 Вт, однако в реальной обстановке она обычно не превышает 0,05 — 0,2 Вт.

Вопрос о воздействии излучения МРТ на организм пользователя до сих пор остается открытым. Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран, включая Россию, на биологических объектах (в том числе, на добровольцах), привели к неоднозначным, иногда противоречащим друг другу, результатам. Неоспоримым остается лишь тот факт, что организм человека «откликается» на наличие излучения сотового телефона.

Спутниковая связь

Системы спутниковой связи состоят из приемопередающей станции на Земле и спутника, находящегося на орбите. Диаграмма направленности антенны станций спутниковой связи имеет ярко выраженной узконаправленный основной луч — главный лепесток. Плотность потока энергии (ППЭ) в главном лепестке диаграммы направленности может достигать нескольких сотен Вт/м 2 вблизи антенны, создавая также значительные уровни поля на большом удалении. Например, станция мощностью 225 кВт, работающая на частоте 2,38 ГГц, создает на расстоянии 100 км ППЭ равное 2,8 Вт/м 2 . Однако рассеяние энергии от основного луча очень небольшое и происходит больше всего в районе размещения антенны.

Теле- и радиостанции

Телевизионные передатчики располагаются, как правило, в городах. Передающие антенны размещаются обычно на высоте выше 110 м. С точки зрения оценки влияния на здоровье интерес представляют уровни поля на расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. Типичные значения напряженности электрического поля могут достигать 15 В/м на расстоянии 1 км от передатчика мощностью 1 МВт. В России в настоящее время проблема оценки уровня ЭМП телевизионных передатчиков особенно актуальна в связи с резким ростом числа телевизионных каналов и передающих станций. Передающие радиоцентры (ПРЦ) размещаются в специально отведенных для них зонах и могут занимать довольно большие территории (до 1000 га). По своей структуре они включают в себя одно или несколько технических зданий, где находятся радиопередатчики, и антенные поля, на которых располагаются до нескольких десятков антенно-фидерных систем (АФС). АФС включает в себя антенну, служащую для измерения радиоволн, и фидерную линию, подводящую к ней высокочастотную энергию, генерируемую передатчиком. Зону возможного неблагоприятного действия ЭМП, создаваемых ПРЦ, можно условно разделить на две части. Первая часть зоны — это собственно территория ПРЦ, где размещены все службы, обеспечивающие работу радиопередатчиков и АФС. Это территория охраняется и на нее допускаются только лица, профессионально связанные с обслуживанием передатчиков, коммутаторов и АФС. Вторая часть зоны — это прилегающие к ПРЦ территории, доступ на которые не ограничен и где могут размещаться различные жилые постройки, в этом случае возникает угроза облучения населения, находящегося в этой части зоны. Расположение ПРЦ может быть различным, например, в Москве и Санкт- Петербурге характерно размещение в непосредственной близости или среди жилой застройки. Широко распространенными источниками ЭМП в населенных местах в настоящее время являются радиотехнические передающие центры (РТПЦ), излучающие в окружающую среду электромагнитные волны ВЧ и УВЧ-диапазонов.

Что такое ЭМП, его виды и классификация

На практике при характеристике электромагнитной обстановки используют термины "электрическое поле", "магнитное поле", "электромагнитное поле". Коротко поясним, что это означает и какая связь существует между ними.

Электрическое поле создается зарядами. Например, во всем известных школьных опытах по электризации эбонита, присутствует как раз электрическое поле.

Магнитное поле создается при движении электрических зарядов по проводнику.

Для характеристики величины электрического поля используется понятие напряженность электрического поля, обозначение Е, единица измерения В/м (Вольт-на-метр). Величина магнитного поля характеризуется напряженностью магнитного поля Н, единица А/м (Ампер-на-метр). При измерении сверхнизких и крайне низких частот часто также используется понятие магнитная индукция В, единица Тл(Тесла), одна миллионная часть Тл соответствует 1,25 А/м.

По определению, электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н - вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП "отрывается" от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне).

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны, обозначение - l (лямбда). Источник, генерирующий излучение, а по сути создающий электромагнитные колебания, характеризуются частотой, обозначение - f.

Важная особенность ЭМП - это деление его на так называемую "ближнюю" и "дальнюю" зоны. В "ближней" зоне, или зоне индукции, на расстоянии от источника r < l ЭМП можно считать квазистатическим. Здесь оно быстро убывает с расстоянием, обратно пропорционально квадрату r -2 или кубу r -3 расстояния. В "ближней" зоне излучения электромагнитная волне еще не сформирована. Для характеристики ЭМП измерения переменного электрического поля Е и переменного магнитного поля Н производятся раздельно. Поле в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющей полей (электромагнитной волны), ответственных за излучение. "Дальняя" зона - это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния r > 3l . В "дальней" зоне интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника r -1.

В "дальней" зоне излучения есть связь между Е и Н: Е = 377Н, где 377 - волновое сопротивление вакуума, Ом. Поэтому измеряется, как правило, только Е. В России на частотах выше 300 МГц обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ), или вектор Пойтинга. Обозначается как S, единица измерения Вт/м2. ППЭ характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны.

Международная классификация электромагнитных волн по частотам

Наименование частотного диапазона	Границы диапазона	Наименование волнового диапазона	Границы диапазона
Крайние низкие, КНЧ		Декамегаметровые
Сверхнизкие, СНЧ	30 – 300 Гц	Мегаметровые
Инфранизкие, ИНЧ		Гектокилометровые	1000 - 100 км
Очень низкие, ОНЧ		Мириаметровые
Низкие частоты, НЧ	30 - 300 кГц	Километровые
Средние, СЧ		Гектометровые
Высокие частоты, ВЧ		Декаметровые
Очень высокие, ОВЧ	30 - 300 МГц	Метровые
Ультравысокие,УВЧ		Дециметровые
Сверхвысокие, СВЧ		Сантиметровые
Крайне высокие, КВЧ	30 - 300 ГГц	Миллиметровые
Гипервысокие, ГВЧ	300 – 3000 ГГц	Децимиллиметровые

2. Основные источники эмп

Среди основных источников ЭМИ можно перечислить:

Электротранспорт (трамваи, троллейбусы, поезда,…)

Линии электропередач (городского освещения, высоковольтные,…)

Электропроводка (внутри зданий, телекоммуникации,…)

Бытовые электроприборы

Теле- и радиостанции (транслирующие антенны)

Спутниковая и сотовая связь (транслирующие антенны)

• Персональные компьютеры

2.1 Электротранспорт

Транспорт на электрической тяге – электропоезда (в том числе поезда метрополитена), троллейбусы, трамваи и т. п. – является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. По данным (Stenzel et al.,1996), максимальные значения плотности потока магнитной индукции В в пригородных "электричках" достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл. Среднее значение В на транспорте с электроприводом постоянного тока зафиксировано на уровне 29 мкТл. Типичный результат долговременных измерений уровней магнитного поля, генерируемого железнодорожным транспортом на удалении 12 м от полотна, приведен на рисунке.

2.2 Линии электропередач

Провода работающей линии электропередачи создают в прилегающем пространстве электрическое и магнитное поля промышленной частоты. Расстояние, на которое распространяются эти поля от проводов линии достигает десятков метров. Дальность распространение электрического поля зависит от класса напряжения ЛЭП (цифра, обозначающая класс напряжения стоит в названии ЛЭП - например ЛЭП 220 кВ), чем выше напряжение - тем больше зона повышенного уровня электрического поля, при этом размеры зоны не изменяются в течении времени работы ЛЭП.

Дальность распространения магнитного поля зависит от величины протекающего тока или от нагрузки линии. Поскольку нагрузка ЛЭП может неоднократно изменяться как в течении суток, так и с изменением сезонов года, размеры зоны повышенного уровня магнитного поля также меняются.

Биологическое действие

Электрические и магнитные поля являются очень сильными факторами влияния на состояние всех биологических объектов, попадающих в зону их воздействия. Например, в районе действия электрического поля ЛЭП у насекомых проявляются изменения в поведении: так у пчел фиксируется повышенная агрессивность, беспокойство, снижение работоспособности и продуктивности, склонность к потере маток; у жуков, комаров, бабочек и других летающих насекомых наблюдается изменение поведенческих реакций, в том числе изменение направления движения в сторону с меньшим уровнем поля.

У растений распространены аномалии развития - часто меняются формы и размеры цветков, листьев, стеблей, появляются лишние лепестки. Здоровый человек страдает от относительно длительного пребывания в поле ЛЭП. Кратковременное облучение (минуты) способно привести к негативной реакцией только у гиперчувствительных людей или у больных некоторыми видами аллергии. Например, хорошо известны работы английских ученых в начале 90-х годов показавших, что у ряда аллергиков по действием поля ЛЭП развивается реакция по типу эпилептической. При продолжительном пребывании (месяцы - годы) людей в электромагнитном поле ЛЭП могут развиваться заболевания преимущественно сердечно-сосудистой и нервной систем организма человека. В последние годы в числе отдаленных последствий часто называются онкологические заболевания.

Санитарные нормы

Исследования биологического действия ЭМП ПЧ, выполненные в СССР в 60-70х годах, ориентировались в основном на действие электрической составляющей, поскольку экспериментальным путем значимого биологического действия магнитной составляющей при типичных уровнях не было обнаружено. В 70-х годах для населения по ЭП ПЧ были введены жесткие нормативы и по настоящее время являющиеся одними из самых жестких в мире. Они изложены в Санитарных нормах и правилах "Защита населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты"№ 2971-84. В соответствии с этими нормами проектируются и строятся все объекты электроснабжения.

Несмотря на то, что магнитное поле во всем мире сейчас считается наиболее опасным для здоровья, предельно допустимая величина магнитного поля для населения в России не нормируется. Причина - нет денег для исследований и разработки норм. Большая часть ЛЭП строилась без учета этой опасности.

На основании массовых эпидемиологических обследований населения, проживающего в условиях облучения магнитными полями ЛЭП как безопасный или "нормальный" уровень для условий продолжительного облучения, не приводящий к онкологическим заболеваниям, независимо друг от друга шведскими и американскими специалистами рекомендована величина плотности потока магнитной индукции 0,2 - 0,3 мкТл.

Принципы обеспечения безопасности населения

Основной принцип защиты здоровья населения от электромагнитного поля ЛЭП состоит в установлении санитарно-защитных зон для линий электропередачи и снижением напряженности электрического поля в жилых зданиях и в местах возможного продолжительного пребывания людей путем применения защитных экранов.

Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП которых на действующих линиях определяются по критерию напряженности электрического поля - 1 кВ/м.

Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП согласно СН № 2971-84

Напряжение ЛЭП
Размер санитарно-защитной (охранной) зоны

Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП в г. Москве

Напряжение ЛЭП
Размер санитарно-защитной зоны

К размещению ВЛ ультравысоких напряжений (750 и 1150 кВ) предъявляются дополнительные требования по условиям воздействия электрического поля на население. Так, ближайшее расстояние от оси проектируемых ВЛ 750 и 1150 кВ до границ населенных пунктов должно быть, как правило, не менее 250 и 300 м соответственно.

Как определить класс напряжения ЛЭП? Лучше всего обратиться в местное энергетическое предприятие, но можно попробовать визуально, хотя не специалисту это сложно:

330 кВ - 2 провода, 500 кВ - 3 провода, 750 кВ - 4 провода. Ниже 330 кВ по одному проводу на фазу, определить можно только приблизительно по числу изоляторов в гирлянде: 220 кВ 10 -15 шт., 110 кВ 6-8 шт., 35 кВ 3-5 шт., 10 кВ и ниже - 1 шт.

Допустимые уровни воздействия электрического поля ЛЭП

ПДУ, кВ/м	Условия облучения
	внутри жилых зданий
	на территории зоны жилой застройки
	в населенной местности вне зоны жилой застройки; (земли городов в пределах городской черты в границах их перспективного развития на 10 лет, пригородные и зеленые зоны, курорты, земли поселков городского типа в пределах поселковой черты и сельских населенных пунктов в пределах черты этих пунктов) а также на территории огородов и садов;
	на участках пересечения воздушных линий электропередачи с автомобильными дорогами 1 – IV категорий;
	в ненаселенной местности (незастроенные местности, хотя бы и часто посещаемые людьми, доступные для транспорта, и сельскохозяйственные угодья);
	в труднодоступной местности (недоступной для транспорта и сельскохозяйственных машин) и на участках, специально выгороженных для исключения доступа населения.

В пределах санитарно-защитной зоны ВЛ запрещается:

размещать жилые и общественные здания и сооружения;

устраивать площадки для стоянки и остановки всех видов транспорта;

размещать предприятия по обслуживанию автомобилей и склады нефти и нефтепродуктов;

производить операции с горючим, выполнять ремонт машин и механизмов.

Территории санитарно-защитных зон разрешается использовать как сельскохозяйственные угодья, однако рекомендуется выращивать на них культуры, не требующие ручного труда.

В случае, если на каких-то участках напряженность электрического поля за пределами санитарно-защитной зоны окажется выше предельно допустимой 0,5 кВ/м внутри здания и выше 1 кВ/м на территории зоны жилой застройки (в местах возможного пребывания людей), должны быть приняты меры для снижения напряженности. Для этого на крыше здания с неметаллической кровлей размещается практически любая металлическая сетка, заземленная не менее чем в двух точках В зданиях с металлической крышей достаточно заземлить кровлю не менее чем в двух точках. На приусадебных участках или других местах пребывания людей напряженность поля промышленной частоты может быть снижена путем установления защитных экранов, например это железобетонные, металлические заборы, тросовые экраны, деревья или кустарники высотой не менее 2 м.

К источникам ЭМП на произ­водстве относятся две большие группы:

* изделия, которые специально созданы для излучения электромагнитной энергии: радио- и телевизионные вещательные станции, радиолокационные установки, физиотерапевтические ап­параты, различные системы радиосвязи, технологические установки в промышленности. ЭМП широко используются в промышленности, например, в таких технологических процес­сах, как закалка и отпуск стали, накатка твердых сплавов на ре­жущий инструмент, плавка металлов и полупроводников и т. д.;

Электростатические поля (ЭСП) создаются в энергетических установках и при электротехнических процессах. В зависимости от источников образования они могут существовать в виде собственно электростатического поля (поля неподвижных зарядов) или стацио­нарного электрического поля (электрическое поле постоянного тока). В промышленности ЭСП широко используются для электро­газоочистки, электростатической сепарации руд и материалов, элек­тростатического нанесения лакокрасочных и полимерных материа­лов. Статическое электричество образуется при изготовлении, испытаниях, транспортировке и хранении полупроводниковых приборов и интегральных схем, шлифовке и полировке футляров радиотелевизионных приемников, в помещениях вычислительных центров, на участках множительной техники, а также в ряде других процессов, где используются диэлектрические материалы. Электро­статические заряды и создаваемые ими электростатические поля могут возникать при движении диэлектрических жидкостей и неко­торых сыпучих материалов по трубопроводам, переливании жидко­стей-диэлектриков, скатывании пленки или бумаги в рулон.

Магнитные поля создаются электромагнитами, соленоидами, установками конденсаторного типа, литыми и металлокерамическими магнитами и др. устройствами.

В ЭМП различаются три зоны, которые формируются на раз­личных расстояниях от источника ЭМИ.

Первая зона – зона индукции (ближняя зона) охватывает проме­жуток от источника излучения до расстояния, равного примерно л/2п«1/6л. В этой зоне электромагнитная волна еще не сформиро­вана и поэтому электрическое и магнитное поля не взаимосвязаны и действуют независимо.

Вторая зона – зона интерференции (промежуточная зона) располагается на расстояниях примерно от л/2л до 2лл. В этой зоне про­исходит формирование ЭМВ и на человека действует электрическое и магнитное поля, а также оказывается энергетическое воздействие.

Третья зона – волновая зона (дальняя зона) располагается на расстояниях свыше 2лл. В этой зоне ЭМВ сформирована, электриче­ское и магнитное поля взаимосвязаны. На человека в этой зоне воз­действует энергия волны.

Воздействие неионизирующих излучений на человека. Электромагнитные поля биологически активны – живые существа реагируют на их действие. Однако у человека нет специального органа чувств для определения ЭМП (за исключением оптического диапазона). Наиболее чувствительны к электромагнитным полям центральная нервная система, сердечно-сосудистая, гормональная и репродук­тивная системы.

Длительное воздействие на человека электромагнитных полей промышленной частоты (50 Гц) приводит к расстройствам, которые субъективно выражаются жалобами на головную боль в височной и затылочной области, вялость, расстройство сна, снижение памяти, повышенную раздражительность, апатию, боли в сердце, нарушение ритма сердечных сокращений. Могут наблюдаться функциональные нарушения в центральной нервной системе, а также изменения в составе крови.

Воздействие электростатического поля на человека связано с протеканием через него слабого тока. При этом электротравм никог­да не наблюдается. Однако вследствие рефлекторной реакции на протекающий ток возможна механическая травма от удара о распо­ложенные рядом элементы конструкций, падение с высоты и т.д. К ЭСП наиболее чувствительны центральная нервная система, сердечно-сосудистая система. Люди, работающие в зоне действия ЭСП, жалуются на раздражительность, головную боль, нарушение сна.

При воздействии магнитных полей могут наблюдаться наруше­ния функций нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, пищеварительного тракта, изменения в составе крови. При локаль­ном действии магнитных полей (прежде всего на руки) появляется ощущение зуда, Сходность и синюшность кожных покровов, отеч­ность и уплотнение, а иногда ороговение кожи.

Воздействие ЭМИ радиочастотного диапазона определяется плотностью потока энергии, частотой излучения, продолжительно­стью воздействия, режимом облучения (непрерывное, прерывистое, импульсное), размером облучаемой поверхности тела, индивидуаль­ными особенностями организма. Воздействие ЭМИ может проявля­ться в различной форме – от незначительных изменений в некото­рых системах организма до серьезных нарушений в организме. По­глощение организмом человека энергии ЭМИ вызывает тепловой эффект. Начиная с определенного предела организм человека не справляется с отводом теплоты от отдельных органов, и их темпера­тура может повышаться. В связи с этим воздействие ЭМИ особенно вредно для тканей и органов со слаборазвитой сосудистой системой и недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузыри). Облучение глаз может привести к ожогам роговицы, а облучение ЭМИ СВЧ-диапазона – к помутне­нию хрусталика – катаракте.

При длительном воздействии ЭМИ радиочастотного диапазона даже умеренной интенсивности могут произойти расстройства нер­вной системы, обменных процессов, изменения состава крови. Мо­гут также наблюдаться выпадение волос, ломкость ногтей. На ран­ней стадии нарушения носят обратимый характер, но в дальнейшем происходят необратимые изменения в состоянии здоровья, стойкое снижение работоспособности и жизненных сил.

Электричество вокруг нас

Электромагнитное поле (определение из БСЭ) — это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. Исходя из этого определения не понятно, что является первичным - существование заряженных частиц или же наличие поля. Быть может только благодаря наличию электромагнитного поля частицы могут получать заряд. Также как и в истории с курицей и яйцом. Суть в том, что заряженные частицы и электромагнитное поле неотделимы друг от друга и друг без друга существовать не могут. Поэтому определение не даёт нам с вами возможности понять суть явления электромагнитного поля и единственное, что следует запомнить, что это особая форма материи ! Теория электромагнитного поля была разработана Джеймсом Максвеллом в 1865 г.

Что такое электромагнитное поле? Можно представить себе, что мы живём в электромагнитной Вселенной, которая вся целиком и полностью пронизана электромагнитным полем, а различные частицы и вещества в зависимости от своего строения и свойств под воздействием электромагнитного поля приобретают положительный или отрицательный заряд, накапливают его, или же остаются электронейтральными. Соответственно электромагнитные поля можно разделить на два вида: статическое , то есть излучаемое заряженными телами (частицами) и неотъемлемое от них, и динамическое , распространяющееся в пространстве, будучи оторванным от источника, излучившего его. Динамическое электромагнитное поле в физике представляется в виде двух взаимноперпендикулярных волн: электрической (Е) и магнитной (Н).

Тот факт, что электрическое поле порождается переменным магнитным полем,а магнитное поле - переменным электрическим, приводит к тому, что электрические и магнитные переменные поля не существуют по-отдельности друг от друга. Электромагнитное поле неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц напрямую связано с самими частицами. При ускоренном движении этих заряженных частиц электромагнитное поле "отрывается" от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника.

Источники электромагнитных полей

Природные (естественные) источники электромагнитных полей

Природные (естественные) источники ЭМП делят на следующие группы:

электрическое и магнитное поле Земли;

радио излучение Солнца и галактик (реликтовое излучение, равномерно распространенное во Вселенной);

атмосферное электричество;

биологический электромагнитный фон.

Магнитное поле Земли. Величина геомагнитного поля Земли меняется по земной поверхности от 35 мкТл на экваторе до 65 мкТл вблизи полюсов.

Электрическое поле Земли направлено нормально к земной поверхности, заряженной отрицательно относительно верхних слоев атмосферы. Напряжённость электрического поля у поверхности Земли составляет 120…130 В/м и убывает с высотой примерно экспоненциально. Годовые изменения ЭП сходны по характеру на всей Земле: максимальная напряжённость 150…250 В/м в январе-феврале и минимальная 100…120 В/м в июне-июле.

Атмосферное электричество – это электрические явления в земной атмосфере. В воздухе (ссылка) всегда имеются положительные и отрицательные электрические заряды – ионы, возникающие под действием радиоактивных веществ, космических лучей и ультрафиолетового излучения Солнца. Земной шар заряжен отрицательно; между ним и атмосферой имеется большая разность потенциалов. Напряжённость электрастатического поля резко возрастает во время гроз. Частотный диапазон атмосферных разрядов лежит между 100 Гц и 30 МГц.

Внеземные источники включают излучения за пределами атмосферы Земли.

Биологический электромагнитный фон. Биологические объекты, как и другие физические тела, при температуре выше абсолютного нуля излучают ЭМП в диапазоне 10 кГц – 100 ГГц. Это объясняется хаотическим движением зарядов – ионов, в теле человека. Плотность мощности такого излучения у человека составляет 10 мВт/см2, что для взрослого даёт суммарную мощность в 100 Вт. Человеческое тело также излучает ЭМП с частотой 300 ГГц с плотностью мощности около 0,003 Вт/м2.

Антропогенные источники электромагнитных полей

Антропогенные источники делятся на 2 группы:

Источники низкочастотных излучений (0 - 3 кГц)

Эта группа включает в себя все системы производства, передачи и распределения электроэнергии (линии электропередачи, трансформаторные подстанции, электростанции, различные кабельные системы), домашнюю и офисную электро- и электронную технику, в том числе и мониторы ПК, транспорт на электроприводе, ж/д транспорт и его инфраструктуру, а также метро, троллейбусный и трамвайный транспорт.

Уже сегодня электромагнитное поле на 18-32% территории городов формируется в результате автомобильного движения. Электромагнитные волны, возникающие при движении транспорта, создают помехи теле- и радиоприему, а также могут оказывать вредное воздействие на организм человека.

Источники высокочастотных излучений (от 3 кГц до 300 ГГц)

К этой группе относятся функциональные передатчики - источники электромагнитного поля в целях передачи или получения информации. Это коммерческие передатчики (радио, телевидение), радиотелефоны (авто-, радиотелефоны, радио СВ, любительские радиопередатчики, производственные радиотелефоны), направленная радиосвязь (спутниковая радиосвязь, наземные релейные станции), навигация (воздушное сообщение, судоходство, радиоточка), локаторы (воздушное сообщение, судоходство, транспортные локаторы, контроль за воздушным транспортом). Сюда же относится различное технологическое оборудование, использующее СВЧ-излучение, переменные (50 Гц - 1 МГц) и импульсные поля, бытовое оборудование (СВЧ-печи), средства визуального отображения информации на электронно-лучевых трубках (мониторы ПК, телевизоры и пр.). Для научных исследований в медицине применяют токи ультравысокой частоты. Возникающие при использовании таких токов электромагнитные поля представляют определенную профессиональную вредность, поэтому необходимо принимать меры защиты от их воздействия на организм.

Основными техногенными источниками являются:

бытовые телеприёмники, СВЧ-печи, радиотелефоны и т.п. устройства;

электростанции, энергосиловые установки и трансформаторные подстанции;

широкоразветвлённые электрические и кабельные сети;

радиолокационные, радио- и телепередающие станции, ретрансляторы;

компьютеры и видеомониторы;

воздушные линии электропередач (ЛЭП).

Особенностью облучения в городских условиях является воздействие на население как суммарного электромагнитного фона (интегральный параметр), так и сильных ЭМП от отдельных источников (дифференциальный параметр).