Магнитное поле

Содержание
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Магнитные поля промышленной частоты 6
2. Защита от воздействия магнитных полей 11
Библиографический список 15

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время на влияние электромагнитного излучения на организм известно немного. К примеру, считается, что электромагнитное излучение может вызвать расстройства нервной системы, снижение иммунитета, расстройства сердечно-сосудистой системы, оказать влияние на протекание беременности с пагубным воздействием на плод. На практике для характеристики электромагнитной обстановки используют понятия «электрическое поле», «магнитное поле», «электромагнитное поле».
Электрическое поле – это особая форма материи, существующая вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде при изменении магнитного поля. Электрическое поле создается зарядами. Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться благодаря его силовому воздействию на заряженные тела. Для характеристики величины электрического поля используется понятие напряженность электрического поля (Е):где:
F- сила, действующая на пробный заряд,
q – величина заряда.
Единица измерения напряженности электрического поля [В/м].
Магнитное поле – это особая форма материи, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом. Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая вектором магнитной индукции В (вектор индукции магнитного поля). В СИ магнитная индукция измеряется в Тесла (Тл).
Электромагнитное поле – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными частицами. Физические причины существования электромагнитного поля объясняются тем, что изменяющееся во времени электрическое поле, порождает магнитное поле, и оба эти поля, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. При ускорении движения заряженных частиц, электромагнитное поле начинает существовать независимо от них в виде электромагнитных волн, которые характеризуются длинной волны (обозначается λ (лямбда) и измеряется в нанометрах [нм]):λ= где:
с–фазовая скорость,
f - частота колебаний
Источник, создающий электромагнитные колебания характеризуется понятием частота (f). Частота – это число полных циклов, совершенных за единицу времени.
Излучения электромагнитного диапазона при определённых уровнях могут оказывать отрицательное воздействие на организм человека, животных и других живых существ, а также неблагоприятно влиять на работу электрических приборов. На практике выделяют диапазоны магнитного поля, высокочастотного (ВЧ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) излучений, лазерного излучения, электрического и магнитного поля промышленной частоты от высоковольтного оборудования.
В СССР исследования электромагнитных полей были начаты в 60-е годы. В дальнейшем было установлено, что нервная система человека, а особенно высшая нервная деятельность, особенно чувствительны к действию электромагнитных излучений. Считается, что развитие заболеваний, в частности лейкемии, очень вероятно при длительном облучении человека электромагнитными полями (к примеру, несколько часов в день в течении года). ПДУ для работников, связанных с воздействием электромагнитного излучения составляет 0,01 мВт/см², а величина предельно допустимой магнитной индукции составляет 0,2-0,3 мкТл. Все бытовые приборы, работающие от электрического тока (СВЧ-печи, холодильники, кухонные вытяжки, электроплиты, телевизоры), являются источниками электромагнитного излучения, значения которого зависят от мощности прибора, его модели и режима работы.
Магнитные поля промышленной частотыВозможностей попасть под воздействие магнитного поля промышленной частоты гораздо больше, чем под воздействие электрического поля. Точнее можно сказать так: попасть под воздействие опасного для здоровья магнитного поля можно чаще, чем под воздействие опасного электрического поля.
Этому факту имеется простое объяснение. Опасные электрические поля создаются сравнительно небольшим «набором» установок — ВЛ (высоковольтные линии) и подстанциями высокого напряжения, специальными испытательными установками.
Магнитные поля создаются токами промышленной частоты в установках любого класса напряжения, в том числе и сетями с напряжением до 1 кВ, т.е. бытовыми. Следовательно (конечно, при определенных факторах), опасные условия могут создаваться и в жилых помещениях. Их воздействию, в принципе, может быть подвержено практически все население. Этого не происходит, если выполняются определенные требования к электроустановкам.
Авторы умышленно гиперболизируют опасность воздействия магнитных полей промышленной частоты не в рекламных целях, а для того, чтобы специально привлечь к этому вопросу внимание как специалистов, так и населения в целом. Дело в том, что нормы на ограничения воздействия магнитных полей, в том числе и для населения, приняты сравнительно недавно и не закреплены в сознании. Поэтому отношение к воздействиям магнитных полей у большинства людей как к потенциально опасному фактору попросту отсутствует.
Итак, магнитное поле создает провод с током, в том числе провод низковольтной установки. Поэтому прикосновение к такому проводу может быть неопасным с точки зрения электробезопасности. Например, человек держит в руке изолированный провод с током 10 А, что вполне может быть в реальности. При внешнем радиусе изоляции 3 мм напряженность магнитного поля на ее поверхности составит 530 А/м, что превышает норму. Описанная ситуация не опасна с точки зрения поражения человека электрическим током, но ненормальна с точки зрения воздействия магнитного поля. Данный пример показывает возможность испытать опасные воздействия магнитного поля для широкого круга лиц.
Перечень конкретных технических устройств начнем в электробытовой техники, т.е. с установок, имеющих наиболее широкое распространение. Как правило, МП большой интенсивности создают электробытовые приборы, имеющие электрические катушки, обтекаемые током, — фены для сушки волос, мощные электропаяльники. Большая напряженность МП создается при токе порядка нескольких ампер за счет большого числа витков в катушках.
В сетях с напряжением до 1 кВ сильные МП возникают при неправильно выполненном монтаже, а именно если нейтральный рабочий провод трехфазной сети проложен отдельно (на большом расстоянии) от фазных проводов. Такой дефект монтажа на практике встречается довольно часто. Особенно опасно его наличие в точках ввода напряжения в жилые помещения или в дома. Вообще прокладка фазных проводов сетей низкого напряжения отдельными проводниками крайне нежелательна из-за возможности появления сильных магнитных полей.
Большие токи (порядка сотен ампер и более) протекают в кабелях низкого напряжения в системах электроснабжения жилых и промышленных зданий. Поэтому необходимо соблюдать правила их прокладки, исключающие приближение людей к ним на расстояния меньше допустимых.
В жилых помещениях возникает один неблагоприятный эффект, вызываемый действием МП. Это дрожание изображения в телевизорах или мониторах с электронно-лучевыми трубками. Такой дефект возникает при напряженностях МП около 10 А/м и менее. Обычно он вызывается неправильным монтажом системы уравнивания потенциалов. В результате в сторонних проводящих частях (например, в трубах систем отопления) возникают токи порядка десятков ампер.
Электрические машины большой мощности потребляют токи до сотен ампер. Поля рассеяния лобовых частей таких электрических машин могут достигать десятков и даже в отдельных случаях сотен ампер на метр (А/м), что может быть опасным для производственного персонала. Вообще для любых электроустановок с номинальными токами в сотни ампер необходим тщательный анализ полей рассеяния независимо от типа устройства.
Источником значительных МП может быть электрифицированный железнодорожный транспорт, особенно во время торможения или набора скорости составом. Токи в таких режимах могут достигать тысяч ампер, а напряженность поля вблизи рельса, служащего обратным проводом, — сотен ампер на метр. Большие значения напряженности МП возникают и на железнодорожных платформах в упомянутых режимах.
Аналогичная ситуация имеет место и в цепях частотно-регулируемого мощного привода и тому подобных устройств. Частоты, на которых работают такие установки, могут отличаться от промышленных, но быть не выше 2—3 кГц. Магнитные поля на таких частотах также нормируются, как и на промышленной частоте.
Перечисленные выше установки работают либо па низком (ниже 1 кВ) напряжении, либо на напряжениях 3, 6 или 10 кВ. В силу этого возможно нахождение персонала или населения на сравнительно небольших расстояниях от этих установок. По этой причине их магнитные поля в зоне пребывания персонала могут достигать больших значений.
Номинальный ток электроустановки зависит от ее мощности и номинального напряжения. Воздушные линии высокого напряжения работают при токах до тысяч ампер, но это относится к высшим классам напряжения. Значения так называемых токов «натуральной мощности», обеспечивающих устойчивость линии, приводятся в табл. 13.4.
Напряженность МП на поверхности проводов при токах, приведенных в табл. 13.4, очень велика и определяется радиусом провода. При проведении работ под напряжением, связанных с ремонтом проводов (например, при разрыве одной проволоки внешнего повива), технология проведения работ обязана учитывать ограничения по времени.
Напряженность МП, созданного ВЛ у поверхности земли, как правило, не превышает десятков ампер на метр и не представляет опасности для населения. Тем не менее при проектировании ВЛ расчет ее МП обязателен.
Токи в проводах ОРУ могут быть значительно больше приведенных в табл. 13.4, особенно вблизи силовых трансформаторов или в сборных шинах. Магнитные поля на подстанциях могут достигать значений, при которых требуется ограничение времени пребывания в них эксплуатационного персонала.
На распределительных устройствах высокого напряжения открытого и закрытого исполнения имеются устройства, создающие особо интенсивные МП. Это реакторы различных типов открытого исполнения. Чаще всего используются так называемые «бетонные реакторы» па напряжение 6 или 10 кВ. Они предназначены для ограничения токов коротких замыканий и представляют собой многовитковую катушку с проводом большого сечения и поминальным током до 4 кА. Бетонные реакторы устанавливаются в закрытых распределительных устройствах.
На ОРУ реакторы используются в фильтрах высокой частоты для отделения высокочастотных цепей. На подстанциях постоянного тока реакторы для ограничения токов высших гармоник включаются последовательно в линию.
Поскольку число витков реакторов может быть большим, то они создают МП с напряженностью до тысяч ампер па метр. Такие поля опасны не только для здоровья персонала, но и для окружающих конструкций, если в них имеются замкнутые металлические контуры. Вихревые токи, индуцируемые в них, могут приводить к нагреву конструкций, наводкам во вторичных цепях и другим недопустимым последствиям. Расчет магнитных полей реакторов с большими токами производится на стадии проектирования.
Вообще для установок высокого напряжения ситуация может быть даже легче, чем с низковольтными установками. Это объясняется тем, что в установках высокого напряжения правила техники безопасности запрещают приближаться к токоведущим частям. Поэтому даже при больших значениях тока МП в зоне пребывания персонала могут находиться в допустимых пределах. И наоборот, в низковольтных установках возможно максимальное сближение с токоведущими частями без нарушения требований техники безопасности.
Защита от воздействия магнитных полейПри несоответствии требованиям норм (в зависимости от характера выполняемых работ и уровня напряженности магнитного поля) для защиты от воздействия магнитных полей применяют практически такие же мероприятия, способы и средства, как и при защите от воздействия электрических полей:
– защита временем и расстоянием;
– уменьшение параметров излучения непосредственно в самом источнике излучения;
– экранирование источника излучения;
– экранирование рабочего места;
– рациональное размещение установок в рабочем помещении;
– установление рациональных режимов эксплуатации установок и работы обслуживающего персонала;
– применение предупреждающей сигнализации;
– выделение зон излучения;
– применение средств индивидуальной защиты.
Кратко остановимся на характеристике некоторых способов защиты. Так, в качестве организационных мероприятий, позволяющих уменьшить неблагоприятное действие постоянного магнитного поля, можно считать выполнение следующих требований:
– ограничение непосредственного контакта рук персонала с намагниченными изделиями путем использования манипуляторов, щипцов, прокладок из немагнитных материалов;
– введение и выведение изделий из электромагнитов следует осуществлять при обесточенном электромагните либо с использованием указанных приспособлений;
– осуществление намагничивания изделий на последней стадии технологического процесса;
– хранение и перенос магнитных изделий в толстостенной таре из немагнитных материалов или приспособлениях и устройствах, замыкающих магнитный поток;
– использование на участках технических испытаний изделий автоматических устройств для измерения физических параметров магнитов и магнитных материалов.
При разработке и эксплуатации технологических установок постоянного тока, создающих постоянное магнитное поле в большом объеме рабочего пространства, необходимо обеспечивать дистанционное управление технологическим процессом. Пульты управления установками должны быть вынесены за пределы зоны, в которой уровни магнитного поля превышают ПДУ с учетом времени действия.
Участки производственной среды с уровнями МП, превышающими ПДУ, следует обозначить специальными предупреждающими знаками, выполненными в соответствии с ГОСТ Р 12.4.026-2001 «ССБТ. Цвета сигнальные и знаки безопасности», с поясняющей надписью: «Осторожно! Магнитные поля».
Для предупреждения неблагоприятного действия постоянного магнитного поля (ПМП) на руки работающих в производстве изделий электронной техники требуется осуществление следующих мероприятий:
– увеличить габариты кожухов на магнитных установках, предотвращающих контакты рук работающих с ПМП;
– внедрить сквозные технологические кассеты на участках сборки, исключающие воздействие ПМП на руки работающих;
– внедрить специальные приспособления дистанционного принципа действия для захвата приборов в магнитном поле и манипуляций.
Технологические установки постоянного тока следует размещать на таком расстоянии друг от друга, чтобы персонал, занятый на одном рабочем месте, не попадал в зону действия ПМП от другого источника.
При организации рабочих мест (рабочих зон) следует осуществлять и такие организационные мероприятия по снижению воздействия ПМП на организм человека, как выбор рационального режима труда и отдыха, сокращение времени нахождения в условиях действия ПМП, определение маршрута движения в рабочей зоне, ограничивающего контакт с ПМП.
Заметим, что кроме защиты временем, расстоянием и указанных выше мероприятий, наиболее действенной технической мерой для защиты от магнитного поля является экранирование. Экранирование от постоянных магнитных полей осуществляется посредством того, что для защиты человека или какого-либо оборудования от влияния посторонних магнитных полей их окружают массивными замкнутыми оболочками из ферромагнитного материала. Такие оболочки и называют магнитными экранами. Поле внутри экрана оказывается ослабленным по сравнению с внешним полем.
Экранирующее действие экранов из ферромагнитного вещества определяется тем, что линии магнитной индукции внешнего поля, стремясь пройти по пути с наименьшим магнитным сопротивлением, сгущаются внутри стенок экрана, почти не проникая в его полость. Точно также можно защитить внешнее пространство от воздействия магнитного поля, если источник поля окружить массивной замкнутой оболочкой из ферромагнитного материала Нередко применяют многоступенчатые экраны в виде нескольких полых ферромагнитных тел, расположенных одно внутри другого.
Принцип действия экранов, которые применяются для защиты от воздействия магнитных полей промышленной частоты, будет рассмотрен ниже. Здесь только отметим, что физически экранирующее действие таких экранов объясняется не только тем, что магнитное сопротивление стенок экрана много меньше магнитного сопротивление воздуха, но и возникновением вихревых токов в стенках экрана, которые создают свое магнитное поле, направленное навстречу внешнему полю, и тем самым ослабляют его. Поэтому в данном случае важна не только величина магнитной проницаемости материала, из которого изготовлен экран, но и его удельная проводимость.
Отметим, что экранирующие устройства, предназначенные для защиты от магнитных полей, являются также хорошими защитными средствами (при их заземлении) и от электрических полей. Однако те экранирующие устройства, которые предназначены для защиты от электрических полей и толщина стенок которых определяется в основном из соображений механической прочности, могут оказаться малоэффективными при защите от магнитных полей, особенно, если эти поля являются постоянными.
Библиографический список

Березовский, Н.И. Охрана труда: практическое пособие / Н.И.Березовский, А.И.Федорчук. – Минск: БИП-С Плюс, 2006.– 83 с.
Лазаренков, А.М. Охрана труда: Учебник / А.М.Лазаренков. – Минск: БНТУ, 2004.– 497 с.
Кравченя, Э.М. Охрана труда и основы энергосбережения / Э.М.Кравченя, Р.Н.Козел, И.П.Свирид. 3-е изд. – Минск: ТетраСистемс, 2006. – 288 с.: ил.
Порядок организации работы по охране труда в учреждениях образования и организациях системы Министерства образования: практ. пос. / сост. Т.В.Поливкина. – Минск: Центр охраны труда и пром. безопасности, 2007.– 250 с.
Охрана труда. Лабораторный практикум. Учебное пособие / Под. ред. А.М.Лазаренкова. – Минск: «Технопринт», 2002. – 181 с.
Защита населения и хозяйственных объектов в чрезвычайных ситуациях: учебник для вузов / Под ред. М.И.Постника. – Минск: Унiверсiтэцкае, 1997. – 278 с.: ил.
Словарь терминов для студентов юридических специальностей / Сост. В.Н.Новицкий и др.; Под ред. Сокола С.Ф.– Минск: «БИП-С», 2003. – 427 с.
Сборник нормативных правовых актов РБ по вопросам государственной молодежной политики. – Минск: Национальный центр правовой информатизации РБ, 2004. – 157 с.
Трудовой кодекс Республики Беларусь: Принят Палатой представителей 8 июня 1999 года. Одобрен Советом Республики 30 июня 1999 года. – 3-е изд. – Мн.: Амалфея, 2001. – 240 с.