Электромагнитное загрязнение среды и его источники
Термин «электромагнитное загрязнение среды» введен Всемирной организацией здравоохранения в 1995 г., официально включившей эту проблему в число приоритетных.
Электромагнитное загрязнение (по Н. Реймерсу) возникает в результате изменений электромагнитных свойств среды, приводящих к нарушениям в работе электронных систем и изменениям в тонких клеточных и молекулярных биологических структурах. Естественные изменения в электромагнитном фоне (при изменении солнечной активности, магнитных «бурях» и др.) называют электромагнитными аномалиями. В последнее время в связи с широчайшим развитием электронных систем управления, передачи, связи, электроэнергетических объектов на первый план вышло антропогенное электромагнитное загрязнение —создание искусственных электромагнитных полей (ЭМП). Их влияние на нашу жизнь многообразно, но недостаточно изучено. Известен случай полного нарушения движения поездов в Японии под влиянием внешних ЭМП. Другой пример — остановка сердца у человека с электростимулятором ритма, попавшего в зону работы самодельного радиопередатчика. Под Ижевском в двух бараках под опорами ЛЭП среди нескольких сотен человек, длительно проживающих здесь, зафиксирована аномально высокая смертность от рака, туберкулеза и сердсчно-сосудистых заболеваний. Вместе с тем многие исследователи считают, что для однозначного вывода об онкогенности ЭМП оснований недостаточно.
Все существующие источники ЭМП по функциональному признаку можно разделить на три группы:
• стационарные и переносные системы производства, передачи, распределения и потребления электроэнергий постоянного тока и
переменного — низкой частоты (до 3 кГц) — электростанции, линии электропередачи (ВЛ), трансформаторные подстанции, бытовые и производственные электроприборы (включая ПЭВМ), распределительные устройства и т.п.;
• электрический транспорт—железнодорожный, городской (трамвай, троллейбус, метрополитен и т.п.) —на тех же частотах (до 3 кГц);
• передающие станции и комплексы — радиовещательные станции, телевизионные передатчики, базовые системы сотовой связи, мобильные телефоны, наземные станции космической связи, радиорелейные и радиолокационные станции и т.п. Эти источники могут работать а различных частотах, от 30 кГц до 300 ГГц.
В принципе любое ЭМП характеризуется векторами напряженности электрического Е и магнитного Н полей. Из физики известно, что напряженностью электрического поля является сила, с которой это поле действует на заряд в теле или в пространстве, а напряженность магнитного поля — сила, с которой это поле действует на элемент тока в проводнике. Однако для различных вариантов ЭМП степень их влияния на биологические объекты может быть разной. Если ЭМП обусловлено неподвижными зарядами, то оно является электростатическим. Определяющим здесь является напряженность Е поля, так же как и для источников постоянного тока или вблизи проводников, передающих электрический ток высокого напряжения (более нескольких киловольт). Для них проявление электрической составляющей выше магнитной. Наоборот, для катушек с большим числом витков, для одиночных проводников с постоянным током большой силы (в сотни ампер) относительное проявление магнитной составляющей выше, чем электрической.
Для электромагнитных полей от источников, работающих на переменных электрических токах частотой до 300 МГц, учитываются электрическая и магнитная составляющие. Этот диапазон охватывает установки промышленной частоты (50 Гц), а также радиопередающие телевизионные устройства различных диапазонов: низкой частоты (НЧ — 30...300 кГц), средней (СЧ — 300 кГц...30 МГц); очень высокой (ОВЧ — 30...300 МГц). В этих случаях необходимо определять напряженность магнитного поля Н в амперах на 1 м и напряженность электрического поля Е в вольтах на 1 м. Для более высоких частот диапазона УВЧ (300...3000 МГц), СВЧ (3...30 ГГц) и КВЧ (30...300 ГГц), как и для оптического излучения, используется плотность потока энергии/в ваттах на 1 м2. К источникам таких излучений относятся многие передающие и технологические установки (радиолокационные, телевизионные) и бытовые приборы (нагреватели и др.). Например, в Санкт-Петербурге и Ленинградской области на 2000 г. состояло на учете около 60 тыс. радиоэлектронных средств связи (без военных), эксплуатируемых в диапазоне частот от 27 до 1000 МГц. К этому следует добавить более 200 телевизионных УКВ-ЧМ передатчиков (частота 48...718 МГц) и многочисленные коммерческие базовые станции связи небольшой мощности (до 10 кВт) в диапазоне от 450 до 1000 МГц. Если учесть еще радиотехническое навигационное оборудование на СВЧ в районах аэропортов и электрические поля частотой 50 Гц от воздушных линий и подстанций, то станет ясен вывод многих исследователей: жители городов «купаются» в ЭМП! В последнее время растет доля полей, создаваемых портативными станциями и телефонами, электротранспортом (зачастую УНЧ и НЧ от 0 до 1000 Гц). Измерения показали, что за счет всех этих источников интенсивность ЭМП в 100—1000 раз больше естественного фона. Причем воздействию этих полей подвержено практически все население, из которого лишь для 30 % оно связано с профессиональной деятельностью.
При одновременном воздействии нескольких источников напряженности поля Е^, В/м и Н^, А/м определяют как среднеквадратичные от всех источников, умноженные на их число, а плотность потоков /у, Вт/м2, суммируют:
Величины г'-х напряженностей Et, Hi и плотности потока li определяют расчетами либо натурными измерениями.
Особый интерес представляет ЭМП вблизи высоковольтных линий промышленной частоты (50 Гц). Их в России сейчас более 4,5 млн км напряжением от 6 до 1150 кВ.
Вблизи высоковольтных линий электропередач (ВЛ) и открытых распределительных устройств (ОРУ) частотой 50 Гц напряженность Е (В/м) на высоте около 2 м от земли можно оценить по данным табл. 7.4 (работы А. Дьякова и др.).
Установлен факт влияния излучений ВЛ на геомагнитные процессы и даже на грозовую активность в атмосфере.
Оценивая параметры полей источников радиочастотного диапазона, необходимо не только знать конструкцию излучателя, но и расположение зон излучения от него. Для изотропного (по сфере) или направленного излучения находят напряженности Е, Я или плотность потока энергии I. Причем и в том, и в другом случае расчетные формулы для ближней и дальней зон излучения будут различными. Они приблизительно разделяются так: до расстояния в одну шестую длины волны излучения — ближняя зона, свыше шести волн — дальняя, между ними — промежуточная. Расчетные формулы для этих зон различные.
Таблица
Параметры полей источников промышленной частоты
Вид источника |
Напряженность поля |
|
электрического, В/м |
магнитного, А/м |
|
Открытые распределительные устройства с напряжением 500...750 кВ |
103...5 104 |
10...100 |
Высоковольтные линии 380 кВ, 330 кВ, 110 кВ, 635 кВ |
103...104; 103...5·103; 102...3·103; 10...5·102 |
1...40; 10...100; 0,1...20; 0,1...2 |
Жилые помещения, здания |
1...1000 |
0,01...0,5 |
Электробытовые приборы |
5...500 |
0,1...300 |
Порог индивидуальной восприимчивости |
104...2·104 |
3·103...3·104 |
Нарушение ритма сокращений сердечной мышцы |
5·10·7 |
106 |
Безопасные напряженности по условиям возбуждения клеток организма |
2·104 |
4·103 |
Нормативные напряженности по данным ВОЗ |
5·103 |
80 |
Компьютерная техника как источник электромагнитного загрязнения окружающей среды
Широчайшее распространение электронных вычислительных машин вообще и персональных (ПЭВМ), в частности, заставляет рассматривать их не только как источник излучений и ЭМП в производственных условиях, но и в условиях быта, в ОС. Причем, если вопрос об ЭМП от обычного телевизора снимается рекомендацией о просмотре программ с определенного расстояния (обычно не менее 2—3 м), то необходимость непосредственного контакта пользователя с ПЭВМ такое решение исключает.
Современные ПЭВМ создают вокруг себя электростатическое поле, неременные электрическое и магнитное поля. Часто упоминается рент-
геновское и ультрафиолетовое излучения. Однако рентгеновское излучение, возникающее в трубке, мало и гасится стеклянным экраном монитора, а ультрафиолетовое излучение не обнаруживается даже в самых старых моделях.
Электростатическое поле возникает за счет наличия ускоряющего напряжения (потенциала) на экране трубки. В современных ПЭВМ принимаются меры по снижению напряженности данного поля, но на режимах включения и выключения в течение десятка секунд потенциал может иметь очень ощутимую величину.
Переменные электрические и магнитные поля генерируются в узлах, где присутствует высокое напряжение и (или) большой ток. Типичное распределение поля вокруг современной ПЭВМ по данным наших измерений показано на рис. 7.2.
Поля, создаваемые различными узлами, накладываются одно на другое, но в принципе их можно разделить на две группы:
-
поля от блока кадровой развертки и блока питания (частота до 1 кГц);
-
поля от блока строчной развертки (от 15 до 100 кГц).
Как отмечают исследователи Центра экологической безопасности РФ (руководитель — проф. Ю.Г. Григорьев), в спектре ЭМП вблизи ПЭВМ присутствуют колебания низкой частоты — от единиц до нескольких десятков герц (частоты, близкие к частотам биоритмов человеческого организма). Это создает особую экологическую опасность в обращении с ПЭВМ. По обобщенным данным бюро трудовой статистики США, у работающих за мониторами от 2 до 6 ч в сутки нарушения центральной нервной системы происходят в 4,6 раза чаще, чем в контрольных группах, сердечно-сосудистые заболевания — в два раза и т.д. В связи с этим за рубежом действуют жесткие нормативы, регламентирующие правила пользования дисплеями (по излучению от них, по времени работы и по защите работающих). В 1996 г. введены СанПиН 2.2.2.542-96 «Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, ПЭВМ и организации работ». Нормативы «Гигиенических требований...» во многом совпадали со шведским стандартом MPR-II (1990). Эти нормы учитывали, что уровни напряженности электрических и магнитных полей вблизи мониторов могут превышать ПДУ в 2—5 раз, а на поверхности электронно-лучевых трубок или на защитных экранах при отсутствии заземления может накапливаться электростатический заряд с полем в 20...50 кВ/м2. В то же время уровни рентгеновского, ультрафиолетового и инфракрасного излучения обычно значительно ниже принятых гигиенических нормативов.
Постоянная работа с дисплеями может вызывать астенопию (зрительный дискомфорт), проявляющийся в покраснении век и глазных яблок, затуманивании зрения, утомлении, появлении нервно-психических нарушений и др. Нормы устанавливают требования к продолжительности работы за мониторами, организации рабочих мест, освещению помещений и микроклимату для взрослых пользователей, студентов и детей. Выполнение этих требований позволит не допускать появления серьезных отклонений здоровья пользователей ПЭВМ. Этими нормативами следует руководствоваться и при пользовании телевизорами, хотя формально СанПиН специально оговаривает исключение бытовых телевизоров и телеигровых автоматов из рассмотрения. Вместе с тем в РФ (по инициативе Центра электромагнитной безопасности) начали защищать пользователей от ЭМП, создав дополнительный металлический корпус, замыкающийся на встроенный защитный экран. Это позволяет резко снизить электрическую напряженность поля, сделать работу сравнительно безопасной.
(ПЭВМ — в центре)
В 2003 г. приняты новые правила СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы». Они распространяются на все ПЭВМ, кроме транспортных и перемещающихся в процессе работы. (Речь идет о производстве, но вряд ли кто-то будет спорить с тем, что владелец частного транспортного средства сам заинтересован в соблюдении норм—свое здоровье дороже.) Нормами установлены временные уровни напряженности электрического поля — 25 В/м (в диапазоне частот от 5 до 2000 Гц) и 2,5 В/м (от 2 кГц до 400 кГц), а плотности потока энергии — 250 нТл и 25 нТл, соответственно. Для электростатического поля — 500 В/м. Площадь на одно рабочее место пользователя ПЭВМ — не менее 6 м2, а для плоских дискретных экранов — 4,5 м2.
Измерение полей производится на расстоянии 50 см от экрана на трех уровнях (на высотах 0,5 м, 1,0 м и 1,5 м).