Что такое ЭМП, его виды и классификация

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.

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)
• Радары
• Персональные компьютеры

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.

  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.

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.

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.

Электропроводка

Наибольший  вклад в электромагнитную обстановку жилых помещений в диапазоне  промышленной частоты 50 Гц вносит электротехническое оборудование здания, а именно кабельные  линии, подводящие электричество ко всем квартирам и другим потребителям системы жизнеобеспечения здания, а  также распределительные щиты и  трансформаторы. В помещениях, смежных  с этими источниками, обычно повышен  уровень магнитного поля промышленной частоты, вызываемый протекающим электротоком. Уровень электрического поля промышленной частоты при этом обычно не высокий  и не превышает ПДУ для населения 500 В/м.

На рисунке представ-лено распределение магнит-ного поля промышленной частоты в жилом помеще-нии. Источник поля – рас-пределительный пункт элек-тропитания, находящийся в смежном нежилом помещении. В настоящее время результаты вы-полненных исследова-ний не могут четко обосновать предель-ные величины или другие обязательные ограничения для продолжительного облу-чения населения низко-частотными магнитными полями малых уровней.

Исследователи из университета Карнеги в Питсбурге (США ) сформулировали подход к проблеме магнитного поля который они назвали “благоразумное предотвращение”. Они считают, что пока наше знание относительно связи между здоровьем и последствием облучения остаются неполными, но существуют сильные подозрения относительно последствий для здоровья, необходимо предпринимать шаги по обеспечению безопасности, которые не несут тяжелые расходы или другие неудобства.

Подобный  подход был использован, например, в  начальной стадии работ по проблеме биологического действия ионизирующего  излучения: подозрение рисков ущерба для  здоровья, основанное на твердых научных  основаниях, должно само по себе составить  достаточные основания для выполнения защитных мероприятий.

В настоящее  время многие специалисты считают  предельно допустимой величину магнитной  индукции равной 0,2 - 0,3 мкТл. При этом считается, что развитие заболеваний - прежде всего лейкемии - очень вероятно при продолжительном облучении  человека полями более высоких уровней (несколько часов в день, особенно в ночные часы, в течении периода более года).

Рекомендации  по защите

Основная  мера защиты - предупредительная.

• необходимо исключить продолжительное пребывание (регулярно по несколько часов в день) в местах повышенного уровня магнитного поля промышленной частоты;
• кровать для ночного отдыха максимально удалять от источников продолжительного облучения, расстояние до распределительных шкафов, силовых электрокабелей должно быть 2,5 – 3 метра;
• если в помещении или в смежном есть какие-то неизвестные кабели, распределительные шкафы, трансформаторные подстанции – удаление должно быть максимально возможным, оптимально – промерить уровень электромагнитных полей до того, как жить в таком помещении;
• при необходимости установить полы с электроподогревом выбирать системы с пониженным уровнем магнитного поля.