ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ И ЗАЩИТА ОТ НИХ В АВТОМОБИЛЬНОМ И ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

 

     Левкович Т.И. , Левкович Ф.Н., Левкович Г.Н., Чигиринов А.А.

(БГИТА, г. Брянск, РФ)

 

Electrotransport is rather powerful source of a magnetic field. At carrying out inspection of details of cars of electric trains it is revealed that their residual magnetisation approximately four times exceeds natural magnetisation of a magnetic field of the Earth that negatively affects a state of health of the person.

 

Природа – целостная система с множеством сбалансированных связей. Нарушение этих связей приводит к изменению установившихся в природе круговоротах веществ и энергии. Производственная деятельность человечества связана с использованием разнообразных природных ресурсов, охватывающих большинство химических элементов. Усиление техногенного воздействия на природную среду породило ряд экологических проблем. На практике при характеристике электромагнитной обстановки используют термины "электрическое поле", "магнитное поле", "электромагнитное поле".  Электрическое поле создается зарядами. Например, во всем известных школьных опытах по электризации эбонита, присутствует электрическое поле. Магнитное поле создается при движении электрических зарядов по проводнику [1]. Для характеристики величины электрического поля используется понятие напряженность электрического поля Е, В/м. Величина магнитного поля характеризуется напряженностью магнитного поля Н, А/м. При измерении сверхнизких и крайне низких частот часто также используется понятие магнитная индукция В, Тл, 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. Электромагнитное поле (ЭМИ) неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, ЭМИ "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 - λ. Для характеристики ЭМИ 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 [2].

В России на частотах выше 300 МГц обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ), или вектор Пойтинга. ППЭ характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны. Нас заинтересовал вопрос: Какие электромагнитные поля возникают при проезде человека в электротранспорте и как эти поля влияют на здоровье человека.

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 [3].

В СССР широкие исследования электромагнитных полей были начаты в 60-е годы. Был накоплен большой клинический материал о неблагоприятном действии магнитных и электромагнитных полей на человека, было предложено ввести новое заболевание “Радиоволновая болезнь” или “Хроническое поражение микроволнами”. В дальнейшем, работами ученых в России было установлено, что, во-первых, нервная система человека, особенно высшая нервная деятельность, чувствительна к ЭМИ, и, во-вторых, что ЭМИ обладает  информационным воздействием на человека в интенсивностях ниже пороговой величины теплового эффекта. Результаты этих работ были использованы при разработке нормативных документов в России. В результате нормативы в России были установлены очень жесткими и отличались от американских и европейских в несколько тысяч раз (например, в России ПДУ для профессионалов 0,01 мВт/см2; в США - 10 мВт/см2).

Нами были обследованы сотни деталей вагонов электропоездов, проходящих под линиями электропередач. При обследовании натурных деталей Брянского вагонного депо нами был использован индикатор  механических напряжений магнитометрический - ИМНМ-1 (в дальнейшем - индикатор) представляющий собой специализированный феррозондовый магнитометр, предназначенный для измерения напряженности магнитного поля над поверхностью изделий (из ферромагнитного материала) и перевода ее в величину остаточной намагниченности. По величине и характеру изменения вектора остаточной намагниченности оценивают (по специальной методике) напряженно-деформированное состояние изделия. Индикатор также обеспечивает выявление поверхностных и подповерхностных дефектов в изделиях из ферромагнитного материала. В этом случае индикатор является специализированным средством неразрушающего контроля качества материала. Индикатор сохраняет работоспособность при температуре окружающего воздуха от -20 ˚С до +55 ˚С, относительной влажности от 45 до 80 % и атмосферном давлении от 630 до 800 мм ртутного столба. Вес индикатора - 0, 9 кг. Принцип работы индикатора основан на преобразовании измеряемой напряженности магнитного поля в электрический сигнал постоянного тока соответствующей полярности, с последующим измерением амплитуды. Датчиком магнитного поля служит феррозондовый преобразователь, выполненный на одном безгестерезисном сердечнике с двумя обмотками - возбуждающей и измерительной. Датчик возбуждается разнополярными пилообразными импульсами, форми­руемыми генератором импульсов, который синхронизирован  с блоком обработки сигналов и синхронизации (БОСиС). Сигнал с измерительной обмотки датчика поступает непосредственно на БОСиС, в котором преобразуется в форму, необходимую для подачи на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Преобразованный сигнал с БОСиС поступает также на формирователь ана­логового сигнала для вторичных приборов регистрации. Сигнал в формирователе нормирован с показаниями цифрового дисплея в соотношении 1 MB = 1 А/м.

Все блоки прибора питаются от внутреннего импульсного преобразователя  напряжений, который преобразует напряжение батареи питания 3В, в двухполярное  стабилизированное напряжение ± 5 В.

Порядок работы с прибором ИМНМ-1Ф заключается в следующем. Ползунковым   переключателем   включают   индикатор.   Перед   проведением   измерение индикатор "прогревают" (дают выдержку во включенном состоянии) в течение 5 минут. Общая  функциональная  работоспособность  индикатора  определяется по изменению показаний на цифровом дисплее в зависимости от ориентации датчика в  пространстве.   Правильность   показаний   индикатора проверяетя по реакции на магнитное поле Земли там, где нет ЛЭП и других магнитных полей по следующей методике. Датчик располагают вертикально, рабочей поверхностью вверх (минимальное удаление от металлических предметов – 1 м), при этом показания прибора должны быть в пределах 35...40 А/м. Сохраняя общую   вертикальную  ориентацию, несколько   изменяют  положение  датчика и добиваются максимальных показаний прибора (в выше указанных пределах). Запомнив показание прибора и ориентацию датчика в пространстве, переворачивают датчик на 180 градусов (с максимально возможной точностью) и фиксируют новое показание прибора. Оно должно находиться в пределах (-35)...(-40) А/м. Оба показания индикатора должны быть равны по абсолютной величине. Аналогично измерение остаточной намагниченности воздуха в любом месте.

Для измерения остаточной намагниченности на поверхностях датчик индикатора устанавливают на объект контроля, перпендикулярно к его поверхности. При контроле датчик равномерно (со скоростью не более 0,1 м/с) передвигают по поверхности от точки к точке замера остаточной намагниченности, снимают показания с дисплея индикатора и заносят их в ведомость.

Одним из наиболее характеризуемых магнитомеханических свойств является остаточная намагниченность, которая соответствует значению намагниченности, получаемому при напряженности магнитного поля, равной нулю. Практически всегда при определении остаточной намагниченности конкретной детали вначале определяют зависимость намагниченности от внешнего магнитного поля.

При обследовании вагонов нами измерялась остаточная намагниченность на следующих деталях: корпусах вагонов, внутри вагонов, на автосцепках между вагонами и т.д.

При измерении остаточной намагниченности деталей автосцепок в зоне перехода от головы к хвостовику угол установки датчика везде был равен 90 градусам. Расстояние от выпуклой части детали до измеряемого участка составляло 5 мм, все обследуемые детали располагались горизонтально (вагоны находились в рабочем положении) и имели одинаковую ориентацию к частям света. Также учитывалось магнитное поле Земли. Поверки прибора проводились регулярно через каждые 2 часа работы. Предварительная обработка данных показала, что кривые распределения остаточной намагниченности по ширине полки автосцепки (Рисунок 1) имеют   определенный   характер,   зависящий   от   вида   вагона   (пассажирский вагон, грузовой   вагон, цистерна и т.д.).

  Рисунок 1 - Распределение остаточной намагниченности по ширине полки автосцепки для разных видов вагонов: 1 - грузовой вагон; 2 - цистерна; 3 - платформа; 4 – пассажирский вагон

 

Остаточная намагниченность даже у грузовых вагонов (при ее измерении)  находилась в пределах (+) 160…(-)160 А/м, то есть примерно в 4 раза превышала естественную остаточную намагниченность магнитного поля Земли, что негативно может сказываться на состоянии здоровья человека.

К организационным мероприятиям по защите от действия ЭМИ относятся: выбор режимов работы излучающего оборудования, обеспечивающего уровень излучения, не превышающий предельно допустимый, ограничение места и времени нахождения в зоне действия ЭМИ (защита расстоянием и временем), обозначение и ограждение зон с повышенным уровнем ЭМИ.

Защита временем применяется, когда нет возможности снизить интенсивность излучения в данной точке до предельно допустимого уровня. В действующих ПДУ предусмотрена зависимость между интенсивностью плотности потока энергии и временем облучения.

Защита расстоянием основывается на падении интенсивности излучения, которое обратно пропорционально квадрату расстояния и применяется, если невозможно ослабить ЭМИ другими мерами, в том числе и защитой временем. Защита расстоянием положена в основу зон нормирования излучений для определения необходимого разрыва между источниками ЭМИ и жилыми домами, служебными помещениями и т.п.[4].

Для каждой установки, излучающей электромагнитную энергию, должны определяться санитарно-защитные зоны, в которых интенсивность ЭМИ превышает предельно допустимый уровень (ПДУ). Границы зон определяются расчётом для каждого конкретного случая размещения излучающей установки при работе их на максимальную мощность излучения и контролируются с помощью приборов.

Инженерно-технические защитные мероприятия сводят к  использованию экранирования электромагнитных полей непосредственно в местах пребывания человека.  Радиоизлучения могут проникать в помещения, где находятся люди через оконные и дверные проемы. Для экранирования смотровых окон, окон помещений, застекления потолочных фонарей, перегородок применяется металлизированное стекло, обладающее экранирующими свойствами. Такое свойство стеклу придает тонкая прозрачная пленка окислов металлов (олова), металлов (медь, никель, серебро) и их сочетания. Пленка обладает достаточной оптической прозрачностью и химической стойкостью. Будучи нанесенной, на одну сторону поверхности стекла она ослабляет интенсивность излучения на 30 дБ (в 1000 раз), при нанесении пленки на обе поверхности стекла ослабление достигает 40 дБ (в 10000 раз). Для защиты населения от воздействия электромагнитных излучений в строительных конструкциях в качестве защитных экранов могут применяться металлическая сетка, металлический лист или любое другое проводящее покрытие, в том числе и специально разработанные строительные материалы. В ряде случаев достаточно использования заземленной металлической сетки, помещаемой под облицовочный или штукатурный слой  [4]. В качестве экранов могут применяться также различные пленки и ткани с металлизированным покрытием.  В последние годы в качестве радиоэкранирующих материалов получили металлизированные ткани на основе синтетических волокон. Экранирующие текстильные материалы обладают малой толщиной, легкостью, гибкостью; они могут дублироваться другими материалами (тканями, кожей, пленками), хорошо совмещаются со смолами и латексами.

    На основании выше изложенного можно сделать вывод, что основные пути снижения ущерба здоровью человека  от электротранспорта следующие:

    1)   Оптимизация движения городского электротранспорта.

    2)   Разработка альтернативных энергоисточников.

    3)   Экономические инициативы по управлению автомобильным и троллейбусным (трамвайным) парком и дви­жением.

 

Литература

1. Амбарцумян В.В., Носов В.Б., Тагасов В.И. Экологическая      безопасность автомобильного транспорта. – М.: ООО Издательство  «Научтехлитиздат», 1999. – 211 с.

2. Аксенов И.Я., Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. – М.: Транспорт, 1986. – 176 с.

3. Луканин В.Н., Буслаев А.П., Трофименко Ю.В и др. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учебное пособие для вузов. – М.: ИНФРА-М, 1998. – 408 с.

4. Куров Б.М. Как уменьшить загрязнение окружающей среды автотранспортом? // Россия в окружающем мире. - Аналитический    ежегодник. -2000. – 142 с.