Человек и техносфера

Из-за специфических свойств органов чувств человека для характеристики вибрации используют не просто величину колебательной скорости, а ее среднеквадратичное значение. Вообще интенсивность вибрации измеряется в баллах, представляющих собой логарифм отношения двух одноименных физических величин. Предельное (пороговое) значение колебательной скорости, выбранное международным соглашением, равно 5x10~⁸ м/с. Но поскольку абсолютные значения параметров вибрации изменяются в довольно широких пределах, то удобно и даже принято пользоваться так называемым уровнем параметров. Уровень параметра -- это десятикратный логарифм отношения абсолютной величины параметра к некоторой величине, принятой за начало отсчета. Измеряются уровни в децибелах (дБ). Как любое воздействие на человека, так и вибрация нормируется стандартами, правилами и нормами. Обычно -- это зависимость уровня параметра от частоты вибрации. Для измерения вибрации используется специальная аппаратура.

Нормирование уровня вибрации. Основными документами, устанавливающими предельно допустимые уровни вибрации, являются:

* СН 2Л.12.1.8.566-96. Санитарные нормы. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий.

* МСанПиН 001-96. Межгосударственные санитарные правила и нормы. Санитарные нормы допустимых уровней физических факторов при применении товаров народного потребления в бытовых условиях.

* СанПиН 2.2.2.540-96. Санитарные правила и нормы. Гигиенические требования к ручным инструментам и организации работ.

* СанПиН 2.2.2.542-96. Санитарные правила и нормы. Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работ.

ГОСТ 12.1.012--90 «ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования», санитарные нормы СН 12.4,2.1.8.556-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий» регламентируют параметры производственной вибрации и правила работы с виброопасными механизмами и оборудованием. Документы устанавливают: классификацию вибраций, методы гигиенической оценки, нормируемые параметры и их допустимые значения, режимы труда лиц виброопасных профессий, подвергающихся воздействию локальной вибрации, требования к обеспечению вибробезопасности и к вибрационным характеристикам машин.

Основные методы борьбы с вибрациями машин и оборудования:

* уменыиение степени вибрации в источнике ее возникновения предполагает использование таких механизмов и технологических процессов, в которых исключены или снижены неуравновешенные силы, отсутствует ударное взаимодействие деталей, вместо подшипников качения применяют подшипники скольжения и т. д.;

* отстройка от режима резонанса достигается либо изменением характеристик системы (массы, жесткости), либо изменением угловой скорости;

* вибродемпфирование, т. е. снижение степени вибрации объекта путем превращения ее энергии в другие виды (в конечном счете в тепловую). Увеличение потерь энергии достигается использованием, например, таких материалов, как пластмасса, дерево, резина; нанесением слоя упруго-вязких материалов (рубероид, фольга, мастика; использованием смазочных масел);

* виброгашение -- способ снижения вибрации путем введения в систему дополнительных так называемых реактивных сопротивлений: чаще всего для этого вибрирующие агрегаты устанавливают на массивные фундаменты; иногда для увеличения реактивного сопротивления применяют виброгасители (например, подбираются динамические гасители с массой т и жесткостью q, собственная частота . которых V_o настроена на основную частоту агрегата V, имеющего массу Ми жесткость 0. Колебания виброгасителя в каждый момент времени находятся в противофазе с колебаниями агрегата;

* виброизоляция -- способ уменьшения вибрации путем введения в систему упругой связи, препятствующей передаче вибрации от источника колебаний к основанию (или смежным элементам) той или иной конструкции или к другим объектам, в том числе к человеку.

Наиболее действенным средством защиты человека от вибрации является устранение непосредственно его контакта с вибрирующим оборудованием путем применения дистанционного управления, промышленных роботов, автоматизации и замены технологических операций.

Организационно-технические меры по защите от вибрации включают: периодический контроль вибрационной нагрузки на оператора при воздействии локальной вибрации не реже 2 раз в год, общей -- не реже 1 раза в год; исключение контакта работающих с вибрирующими поверхностями за пределами рабочего места или зоны (ограждения, знаки, надписи); введение определенного режима труда (суммарное время контакта с вибрацией не должно превышать ²/₃ продолжительности рабочей смены; рекомендуется устанавливать 2 регламентированных перерыва для активного отдыха); недопущение к работе лиц моложе 18 лет и не прошедших медосмотр.

В целях профилактики неблагоприятного воздействия вибрации работающие должны использовать средства индивидуальной защиты:

* для рук -- специальные рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки;

* для ног -- специальную обувь, стельки, подметки.

Всякий нежелательный звук принято называть шумом. Шум -- это механические колебания, распространяющиеся в твердой, жидкой или газообразной среде. Частицы среды при этом колеблются относительно положения равновесия. Источником шума является любое колеблющееся тело, выведенное из устойчивого состояния внешней среды. Основными параметрами шума являются амплитуда колебания, скорость распространения и длина волны. Амплитуда колебаний звучащего тела пропорциональна амплитуде смещения частиц проводящего тела, т. е. звукового давления, которое представляет собой переменное давление, возникающее дополнительно к атмосферному, в той среде, через которую проходят звуковые волны. Оно выражается в Па или дин/см³. В фазе сжатия звуковое давление положительно, в фазе разряжения -- отрицательно. От величины звукового давления зависит сила звука -- шума. На слух действует среднеквадратичный уровень энергии звукового давления.

Одна из основных характеристик колебательного движения -- изменение во времени. Время, в течение которого колеблющееся тело совершает одно полное колебание, называется периодом колебания (Т) и измеряется в секундах. Период колебания связан следующим соотношением с его частотой:

Частота колебаний (/) -- число полных колебаний, совершенных в течение одной секунды. Единица измерения частоты -- герц (Гц) равен одному колебанию в секунду.

Расстояние, на которое в течение одной секунды может распространяться волновой процесс, называется скоростью звука и обозначается «с». При температуре воздуха 20 °С и нормальном атмосферном давлении скорость звука равна 334 м/с, при повышении температуры она увеличивается примерно на 0,71 м/с на каждый градус.

Расстояние между двумя соседними сгущениями или разрежениями в звуковом поле характеризует длину волны (X), которая измеряется в метрах и связана с частотой (/) и скоростью звука (с) следующим соотношением:

Распространение звуковых волн сопровождается переносом энергии в пространстве, величина которой определяется интенсивностью звука /.

Интенсивностью звука называется средний поток звуковой энергии в единицу времени в какой-либо точке, отнесенной единице поверхности; измеряется в Вт/м².

Минимальное звуковое давление Р_о и минимальная интенсивность звука /₀, различаемые ухом человека, называются пороговыми. Интенсивности едва слышимых звуков (порог слышимости) и интенсивность звуков, вызывающих болевые ощущения (болевой порог), отличаются друг от друга более чем в миллион раз.

Интенсивность акустических колебаний / в атмосферном воздухе (интенсивность звука) зависит от мощности Р (Вт) источника звука, расстояния R (м) от источника до объекта воздействия (человека) и свойств среды (воздуха), в которой колебания распространяются. В этом случае / = РФ/pR²- К, (Вт/м²),

где Ф -- фактор направленности излучений звука; К -- коэффициент, учитывающий уменьшение интенсивности звука на пути его распространения за счет затухания в воздухе и на различных препятствиях (К = 1 при расстоянии до 50 м и отсутствии препятствий).

Уровень интенсивности звука определяют по формуле

I=101g///₀,

где / -- интенсивность звука в данной точке; /₀ = 10~¹² Вт/м² -- интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости при частоте 1000 Гц.

Уровень звукового давления определяется по формуле

L_p = 20\g(PIP₀),

где Р -- звуковое давление в данной точке, Па; Р_о -- пороговое звуковое давление, равное 2-10~⁵ Па.

Величины звукового давления и интенсивности звука могут меняться в широких пределах: по давлению до 10⁸ раз, по интенсивности до 10¹⁶ раз. Естественно, что оперировать такими цифрами неудобно. Кроме того, способность слухового аппарата регистрировать огромный диапазон величин звуковых давлений объясняется тем, что различается не разность, а кратность изменения абсолютных величин (ступенчатость восприятия). Установлено, что каждая последующая ступень восприятия отличается от предыдущей на 12,4 %. Поэтому для характеристики акустического феномена принята специальная измерительная система интенсивности и энергии шума, учитывающая приближенную логарифмическую зависимость между раздражением и слуховым восприятием, а именно шкала логарифмических единиц как наиболее объективная и соответствующая физиологической сущности восприятия. По этой шкале каждая последующая ступень звуковой энергии больше предыдущей в 10 раз. Например, если интенсивность звука увеличивается в 10, 100, 1000 раз, то по логарифмической шкале увеличение происходит соответственно на 1, 2, 3 единицы. Логарифмическая единица, отражающая десятикратную степень увеличения интенсивности звука, называется белом (Б).

Логарифмические единицы позволяют оценить интенсивность звука не абсолютной величиной звукового давления, а ее уровнем, т. е. отношением фактически создаваемого давления к давлению, принятому за единицу сравнения. Такой единицей принято считать минимальное давление, которое человек воспринимает как звук на частоте 1000 Гц, а именно 2х 10~⁵ Па.

Весь диапазон энергии, воспринимаемой слухом как звук, укладывается при таких условиях в 13--14 Б. Для удобства пользуются не белом, а единицей в 10 раз меньшей -- децибелом (дБ), который соответствует минимальному приросту силы звука, различаемому ухом.

Таким образом, бел и децибел -- это условные единицы, которые показывают, насколько данная интенсивность звука / в логарифмическом масштабе больше интенсивности звука /₀, соответствующей условному порогу слышимости. Измеряемые таким образом величины называются Уровнями интенсивности шума или уровнями звукового давления.

Шум, в котором звуковая энергия распределена по всему спектру, называется широкополосным. Если прослушивается звук определенной частоты, то шум называется тональным. Шум, воспринимаемый как отдельные импульсы (удары), называется импульсным.

По характеру спектра шумы подразделяются на низкочастотные (максимальное звуковое давление меньше 400 Гц), среднечастотные (звуковое давление в пределах 400--1000 Гц) и высокочастотные (звуковое давление больше 1000 Гц).

По временным характеристикам шумы подразделяются на постоянные и непостоянные.

Непостоянные шумы бывают колеблющимися по времени, уровень звука которых непрерывно изменяется во времени; прерывистыми, уровень звука которых резко падает до уровня фонового шума; импульсными, состоящими из сигналов менее 1 с.

В зависимости от физической природы шумы могут быть: механические, аэродинамические, электромагнитные, гидродинамические.

По характеру действия шумы делятся на стабильные, прерывистые, воющие. Последние два особенно неблагоприятно действуют на слух.

Слуховой аппарат человека наиболее чувствителен к звукам высокой частоты и воспринимает звуковые колебания в пределах 16--20 000 Гц. Ниже 16 Гц и выше 20 000 Гц находятся соответственно области неслышимых человеком инфразвуков и ультразвуков. Зависимость уровней от частоты называется спектром шума. Спектры шума бывают дискретными, сплошными и смешанными.

Если нужно найти общий уровень шума нескольких источников, то суммируются интенсивности, а не уровни, т. е. уровень шума нескольких источников и с уровнем L равен:

L=Lj+ lOlgwB

Воздействие шума на организм может проявляться в виде специфического поражения органа слуха, нарушений со стороны ряда органов и систем, снижения производительности труда, снижения внимания, повышения уровня травматизма. В отрасли связи шум является одним из наиболее распространенных источников вредности.

Шум оказывает влияние на весь организм человека: угнетает центральную нервную систему, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным заболеваниям.

Действие шума вызывает нарушение нормальной функции желудка -- уменьшается выделение желудочного сока, изменяется кислотность, что приводит к гастритам и язвам.

Шум действует на вестибулярный аппарат, вызывая нарушение координации движений, тошноту. Действуя на другие анализаторы, шум вызывает нарушение концентрации внимания, ухудшает восприятие цветовых и звуковых сигналов. При воздействии шума раньше возникает чувство усталости и развиваются признаки утомления.

Исключительно сильное влияние оказывает шум на быстроту реакции, сбор информации и аналитические процессы. Из-за шума снижается производительность труда и ухудшается качество работы. Шум затрудняет своевременную реакцию работающих на предупредительные сигналы, что способствует возникновению несчастных случаев на производстве.

Шум обладает кумулятивным (накапливающим) действием. Чем старше человек, тем резче его реакция на шумовое раздражение.

Количественные значения уровня шума, оказывающего воздействие на человека, следующие. Шум с уровнем в 30--35 дБ привычен для человека и не беспокоит его. Повышение этого уровня до 40--60 дБ в условиях среды обитания создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшение самочувствия, и при длительном действии может быть причиной неврозов. При уровне шума 65 дБ повышается кровяное давление, появляется быстрая утомляемость. Воздействие шума уровнем свыше 75 дБ может привести к потере слуха -- профессиональной тугоухости. Уровень шума 90 дБ (шум поезда метрополитена) приводит к ухудшению деятельности желудочно-кишечного тракта, нарушению нервной деятельности. При шуме в 140 дБ (рев мотора самолета в 100 м) клетки коры головного мозга находятся в состоянии, близком к истощению, возникают механические колебания тканей и разрушение нервных клеток, могут быть нарушены связи между частями внутреннего уха. При действии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможны разрыв барабанных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 160 дБ) и смерть.

Вредное воздействие шума зависит и от длительности нахождения человека в неблагоприятных в акустическом отношении условиях. Поэтому введено понятие дозы шума (в Па² х ч) -- интегральная величина, учитывающая акустическую энергию, воздействующую на человека за определенный период времени. Предельно допустимая доза шума равна:

где р^ -- предельно допустимое давление, Па; /_дш -- продолжительность действия шума.

Нормирование уровня шума может осущетвляться по предельному спектру уровней звукового давления на частотах от 31,5 до 8000 Гц, по уровню интенсивности звука в дБ, по дозе шума.

Допустимые шумовые характеристики рабочих мест регламентируются ГОСТ 12.1.003--83 «Шум, общие требования к безопасности» (изменение I.III.89) и Санитарными нормами допустимых уровней шума на рабочих местах (СН 3223-85) с изменениями и дополнениями от 203.1988 г. № 122-6/245-1.

Методы борьбы с шумом. Для снижения шума проводятся мероприятия как технического, так и медицинского характера. Основными из них являются:

* устранение причины шума или существенное его ослабление в самом источнике при разработке технологических процессов и проектировании оборудования;

* изоляция источника шума от окружающей среды средствами звуко- и виброзащиты, звуко- и вибропоглощения;

* рациональная планировка помещений;

* применение средств индивидуальной защиты от шума;

* рационализация режима труда в условиях шума;

* профилактические мероприятия медицинского характера.

Наиболее эффективным средством снижения шума является замена шумных технологических операций на малошумные или полностью бесшумные, однако этот путь борьбы с шумом не всегда возможен, поэтому большое значение имеет снижение шума в источнике. Снижение шума в источнике достигается путем совершенствования конструкции или схемы той части оборудования, которая производит шум, использования в конструкции материалов с пониженными акустическими свойствами, оборудования на источнике дополнительного звукоизолирующего устройства или ограждения.

Одним из наиболее простых технических средств борьбы с шумом на путях передачи является звукоизолирующий кожух, который может закрывать отдельный шумный узел машины.

Значительный эффект снижения шума от оборудования дает применение акустических экранов, отгораживающих шумный механизм от рабочего места или зоны обслуживания машины.

Применение звукопоглощающих облицовок для отделки потолков и стен приводит к изменению спектра шума в сторону более низких частот, что даже при относительно небольшом снижении уровня существенно улучшает условия труда.

Снижение аэродинамического шума осуществляется с помощью активных и реактивных глушителей. Выбор типа глушителя зависит от уровня и спектрального состава шума. Для глушения высокочастотных шумов эффективны активные глушители, основанные на поглощении звуковой энергии, для низкочастотных -- реактивные, основанные на принципе акустического фильтра.

Уменьшение шума можно достичь за счет рациональной планировки зданий, в соответствии с которой наиболее шумные помещения должны быть сконцентрированы в глубине территории в одном месте. Они должны быть удалены от помещений для умственного труда и ограждены зоной зеленых насаждений, частично поглощающих шум.

Агрегаты с наиболее интенсивным шумом (выше 130 дБ) следует размещать вне территории предприятий и жилой зоны с подветренной стороны и отделять от границ населенных пунктов шумозащитной зоной или стеной. Агрегаты, создающие шум более 90 дБ, должны размещаться в изолированных помещениях.

Учитывая, что с помощью технических средств не всегда удается решить проблему снижения шума, большое внимание должно уделяться применению средств индивидуальной защиты. В качестве индивидуальных средств защиты применяются наушники, вкладыши, шлемы, защищающие ухо от неблагоприятного действия шума.

Для измерения силы и интенсивности шума применяют различные приборы: шумомеры, анализаторы частот, корреляционные анализаторы и коррелометры, спектрометры и др. Принцип работы шумомера состоит в том, что микрофон преобразует колебания в электрическое напряжение, которое поступает на специальный усилитель и после усиления выпрямляется и измеряется индикатором по градуированной шкале в децибелах. Диапазон измеряемых суммарных уровней шума обычно составляет 30--130 дБ при частотах 5--8000 Гц.

Среди мероприятий по борьбе с шумом важное место занимают санитарные нормы и правила, выполнение которых контролируют органы санитарной службы и общественного контроля.

Инфразвук -- это неслышимая человеком область колебаний. Ее верхней границей считают частоты 16--25 Гц, нижняя граница не определена. Так как для инфразвука характерно малое поглощение, то инфразвуковые волны в воздухе, воде и в земной коре могут распространяться на очень большие расстояния. Двигаясь со скоростью 330 м/с в воздухе и 1650 м/с в воде, инфразвук на расстояниях, исчисляемых сотнями километров, ослабляется незначительно. Это свойство используется в исследованиях атмосферы и гидросферы, а также как предвестник некоторых стихийных бедствий.

В процессах своей жизнедеятельности человек постоянно чувствует воздействие инфразвуковых колебаний. Аналогично слышимой области акустических колебаний инфразвук различают по характеру спектра (широкополосный и тональный) и по временным характеристикам (непрерывный и непостоянный). Природными источниками инфразвука являются землетрясения, извержения вулканов (с частотой около 0,1 Гц), грозовые разряды (0,25--4,0 Гц), штормы (около 10 Гц), ветры (0,5--1 Гц).320

К искусственным (антропогенным) источникам относятся взрывы (в том числе ядерные как наиболее мощные источники низкочастотных волн), выстрелы из тяжелых орудий, вибрация различных конструкций и установок (табл.4.).

Таблица 4.Характерные частоты и интенсивности инфразвука от различных источников

Источник	Частота (Гц)	Интенсивность (дБ)
Грузовой автомобиль, 30 т	16	До 75
Вентиляционная система	3--20	90
Дизель-электропоезд	32	100
Вертолет	20	120
Судно, 400 т	15	130
В каюте судна	8	100
Поезд, 100 км/ч	16	120
Воздуходувка сталеплавильной печи	7	123
Реактивный самолет	100--200	135

Воздействие инфразвука на человека приводит к различным отклонениям от его нормального состояния.

Наиболее выраженными отрицательными эффектами являются: увеличение времени зрительной реакции; пространственная дезориентация; апатия и вялость, возбуждение и раздражительность (в зависимости от физиологических особенностей организма); нарушения работы органов дыхания и сердечно-сосудистой деятельности. Отмечают жалобы на головные боли, головокружение, осязаемые движения барабанных перепонок, звон в ушах и голове, снижение внимания и работоспособности; могут появиться чувство беспричинного страха, сонливость, затруднение речи. Специфическая для действия инфразвука реакция -- нарушение равновесия. При воздействии инфразвука с уровнем 105 дБ отмечены психофизиологические реакции в форме повышения тревожности и неуверенности, эмоциональной неустойчивости.

Предельно допустимые уровни инфразвука на разных объектах представлены в табл. 5.

Наиболее эффективным и практически единственным средством борьбы с инфразвуком является снижение его в источнике. При выборе конструкций предпочтение должно отдаваться малогабаритным машинам большей жесткости, так как в конструкциях с плоскими поверхностями большой площади и малой жесткости создаются условия для генерации

Таблица 5. Предельно допустимые уровни инфразвука
Объект воздействия	Уровни звукового давления (дБ) для разных частот (Гц)
Помещения для людей физического труда	100	95	90	85
Помещения для людей интеллектуально-эмоционального труда	95	90	85	80
Территория жилой застройки	90	85	80	75
Жилые и общественные здания	75	70	65	60

инфразвука. Борьбу с инфразвуком в источнике возникновения необходимо вести в направлении изменения режима работы технологического оборудования -- увеличения его быстроходности. Должны приниматься меры по снижению интенсивности аэродинамических процессов -- ограничение скоростей движения транспорта, снижение скоростей истечения жидкостей.

В борьбе с инфразвуком на путях распространения определенный эффект дают глушители интерференционного типа.

Ультразвук находит широкое применение в металлообрабатывающей промышленности, машиностроении, металлургии, приборостроении, радиотехнике, медицине. Применяют ультразвук в промышленности при изготовлении стекол, изделий из керамики, резании. С помощью ультразвука осуществляются процессы сварки, изготовления эмульсий, лужения. Частота применяемого звука от 20 кГц до 1 МГц, мощности -- до нескольких киловатт.

У работающих с ультразвуковыми установками наблюдаются функциональные нарушения нервной системы, изменения кровяного давления, состава крови, головные боли, быстрая утомляемость, потеря слуховой чувствительности, торможение мыслительного процесса, нарушение сна.

Контактное воздействие высокочастотного ультразвука на руки приводит к нарушению капиллярного кровообращения в кистях рук, снижению болевой чувствительности, т. е. развиваются периферические неврологические нарушения. Установлено, что ультразвуковые колебания могут вызвать изменения костной структуры с разрежением плотности костной ткани.

Характер изменений, возникающих в организме под воздействием ультразвука, заисит от дозы воздействия. Малые дозы -- уровень 80--90 дБ -- дают стимулирующий эффект (микромассаж), ускорение обменных процессов. Большие дозы -- уровень звука 120 дБ и более -- дают поражающий эффект.

Нормирование ультразвука. В соответствии с ГОСТ 12.1.01--89 «Ультразвук. Общие требования безопасности», «Санитарными нормами и правилами при работе на промышленных ультразвуковых установках» (№ 1733-77) ограничиваются уровни звукового давления в высокочастотной области слышимых звуков и ультразвуков на рабочих местах.

Ультразвуки, передающиеся контактным путем, нормируются «Санитарными нормами и правилами при работе с оборудованием, создающим ультразвуки, передающиеся контактным путем на руки работающих» № 2282-80.

Меры предупреждения неблагоприятного действия ультразвука состоят в первую очередь в проведении мероприятий технического характера. К ним относятся:

* создание автоматизированного ультразвукового оборудования с дистанционным управлением;

* использование по возможности маломощного оборудования, что способствует снижению интенсивности шума и ультразвука на рабочих местах на 20--40 дБ;

* размещение оборудования в звукоизолированных помещениях или кабинетах с дистанционным управлением;

* оборудование звукоизолирующих устройств, кожухов, экранов из листовой стали или дюралюминия, покрытых резиной, противошумной мастикой и другими материалами.

При проектировании ультразвуковых установок целесообразно использовать рабочие частоты, наиболее удаленные от слышимого диапазона -- не ниже 22 кГц.

Чтобы исключить воздействие ультразвука при контакте с жидкими и твердыми средами, необходимо устанавливать систему автоматического отключения ультразвуковых преобразователей. Для защиты рук от контактного действия ультразвука рекомендуется применение специального рабочего инструмента с виброизолирующей рукояткой.

Если по производственным причинам невозможно снизить уровень интенсивности шума и ультразвука до допустимых значений, необходимо использование средств индивидуальной защиты -- противошумов, резиновых перчаток с хлопчатобумажной прокладкой и др.

К мероприятиям профилактики и оздоровления по борьбе с ультразвуком относятся: соблюдение режима труда и отдыха, запрещение сверхурочных работ (при контакте с ультразвуком более 50 % рабочего времени рекомендуются перерывы продолжительностью 15 мин через каждые 1,5 ч работы), массаж, водные процедуры, витаминизация и др.

3.3 Электромагнитные поля и излучения

Окружающее нас пространство полностью пронизано электромагнитными полями (ЭМП). Существуют естественные и техногенные источники ЭМП. Естественными источниками ЭМП и излучений являются прежде всего: атмосферное электричество, радиоизлучение Солнца и галактик, электрическое и магнитное поля Земли. Все промышленные и бытовые электро- и радиоустановки являются источниками искусственных полей и излучений, но разной интенсивности.

Любое электромагнитное явление характеризуется двумя составляющими -- электрической и магнитной. Поэтому электромагнитное поле всегда имеет две взаимосвязанные компоненты: электрическое и магнитное поля. Вместе с тем можно создать условия, когда в некоторой области пространства обнаруживаются только электрические или только магнитные явления. Всякая электрически заряженная частица окружена электромагнитным полем, составляющим с ней единое целое. Но электромагнитное поле может существовать и в свободном, отдаленном от заряженных частиц состоянии в виде движущихся со скоростью, близкой к 3 * 10⁸ м/с, фотонов или вообще в виде излученного движущегося с этой скоростью электромагнитного поля (электромагнитных волн).

Движущееся ЭМП, т. е. электромагнитное излучение -- ЭМИ, характеризуется направлениями, которые характеризуются векторами напряженности электрического Е (В/м) и магнитного Н (А/м) полей, которые отражают силовые свойства ЭМП.

Опасное воздействие на работающих могут оказывать электромагнитные поля радиочастот (60 кГц--300 ГГц), электрические и магнитные поля промышленной частоты (50 Гц), электростатические поля.

Как уже отмечалось, основными естественными источниками электромагнитных полей и излучений являются: атмосферное электричество, радиоизлучения Солнца, электрическое и магнитное поля Земли. К электромагнитному полю Земли человек адаптировался, и оно стало не только привычным, но и необходимым условием жизни. Поэтому как увеличение, так и уменьшение интенсивности естественных полей способны оказывать влияние на биологические процессы. Так, усиление электрического поля перед грозой и во время грозы сопровождается ухудшением самочувствия человека, а магнитные бури, связанные с изменением солнечной активности, влияют не только на больных людей, но и являются одной из причин различных аварий. Вместе с тем данные исследований показывают, что значительное уменьшение геомагнитного поля через определенный отрезок времени (чаще во втором поколении) может вызывать существенное изменение процессов жизнедеятельности: нарушается работа печени; почек, половых желез, появляются опухоли. Установлено, что воздействие ЭМИ на человека и окружающую его среду является причиной глобальной акселерации в разных географических зонах. Это связано с ускорением физиологических процессов под влиянием ЭМП.

Источниками повышенной опасности в быту являются микроволновые печи, телевизоры, радиотелефоны, электроплиты, электрогрили, холодильники и утюги.

Электростатические поля. Возникновение зарядов статического электричества происходит при деформации, дроблении веществ, относительном перемещении (трении) двух находящихся в контакте тел, слоев жидких и сыпучих материалов, при интенсивном перемешивании, кристаллизации, а также вследствие индукции. При этом на трущихся веществах могут накапливаться электрические заряды, которые легко стекают в землю, если тело является проводником электричества и оно заземлено. На диэлектриках электрические заряды удерживаются продолжительное время, вследствие чего они получили название статического электричества. Статическое электричество -- это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ, материалов, изолированных проводниках.

Электростатическое поле (ЭСП) -- это поле неподвижных зарядов, осуществляющее взаимодействие между ними.

Процесс возникновения и накопления электрических зарядов в веществах называют электризацией. Явление статической электризации наблюдается в потоке или разбрызгивании жидкостей; в струе газа или пара, при соприкосновении и последующем удалении двух твердых тел.

Электростатическое поле характеризуется напряженностью, определяемой отношением силы, действующей на точечный электрический заряд, к величине этого заряда и измеряется вольт на метр (В/м).

Разряд статического электричества возникает тогда, когда напряженность ЭСП над поверхностью диэлектрика или проводника достигает критической (пробивной) величины. Для воздуха пробивное напряжение составляет 30 кВ/см.

У людей, работающих в зоне воздействия ЭП, встречаются разнообразные расстройства: раздражимость, головная боль, нарушение сна, снижение аппетита и др. Характерны своеобразные «фобии», обусловленные страхом ожидаемого разряда.

Допустимые уровни напряженности ЭП установлены ГОСТ 12.1.045--84 «Электрические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля» и Санитарно-гигиеническими нормами допустимой напряженности электростатического поля (№ 1757-77).

Допустимые уровни устанавливаются в зависимости от времени пребывания на рабочих местах. Предельно допустимый уровень напряженности электростатических полей устанавливается равным 60 кВ/м в течение 1 ч.

При напряженности ЭП менее 20 кВ/м время пребывания в электростатических полях не регламентируется. В диапазоне от 20 до 60 кВ/М допустимое время пребывания персонала в ЭП без средств защиты зависит от конкретного уровня напряженности на рабочем месте.

При выборе средств защиты от статического электричества должны учитываться особенности технологических процессов, физико-химические свойства обрабатываемого материала, микроклимат помещений и др., что определяет дифференцированный подход при разработке защитных мероприятий.

Меры защиты от статического электричества направлены на предупреждение возникновения и накопления зарядов статического электричества, создание условий рассеивания зарядов и устранение опасности их вредного воздействия, которые достигаются:

* заземлением металлических и электропроводных элементов оборудования;

* увеличением поверхности и объемной проводимости диэлектриков;

* установкой нейтрализаторов статического электричества;

** уменьшением электрического сопротивления перерабатываемых веществ;

* снижением интенсивности зарядов статического электричества. Заземление проводится независимо от использования других методов защиты.

Эффективным средством защиты является увеличение влажности воздуха до 65--75 %, если позволяют условия технологического процесса.

В качестве индивидуальных средств защиты могут применяться антистатическая обувь, антистатический халат, заземляющие браслеты для защиты рук и другие средства, обеспечивающие электростатическое заземление тела человека.

Магнитные поля. Источниками постоянных магнитных полей являются электромагниты, соленоиды, магнитопроводы в электрических машинах и аппаратах, литые и металлокерамические магниты. Магнитные поля (МП) промышленной частоты возникают вокруг любых электроустановок и токопроводов промышленной частоты (причем чем больше ток, тем выше интенсивность магнитного поля). Магнитные поля могут быть постоянными, импульсными, инфранизкочастотными (с частотой до 50 Гц), переменными. Действие магнитных полей может быть непрерывным и прерывистым.

Степень воздействия МП зависит от максимальной напряженности его в рабочем пространстве магнитного устройства или в зоне влияния искусственного магнита. Доза, полученная человеком, зависит от расположения рабочего места по отношению к МП и режима труда. Каких-либо субъективных воздействий постоянные МП не вызывают. При действии переменных МП наблюдаются характерные зрительные ощущения, так называемые фосфены, которые исчезают в момент прекращения воздействия.

При постоянной работе в условиях хронического воздействия МП, превышающих предельно допустимые уровни, развиваются нарушения функций нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, пищеварительного тракта, изменения в крови. При преимущественно локальном воздействии могут развиваться вегетативные и трофические нарушения, как правило, в областях тела, находящегося под непосредственным воздействием МП. Они проявляются ощущением зуда, бледностью или синюшностью кожных покровов, отечностью и уплотнением кожи, в некоторых случаях развивается гиперкератоз (ороговелость).

Согласно СН 1742-77 напряженность МП на рабочем месте не должна превышать 8 кА/м. Напряженность магнитных полей линии электропередачи напряжением до 750 кВ обычно не превышает 20--25 А/м, что не представляет опасности для человека.

Электрические поля. Источниками электрических полей (ЭП) промышленной частоты (50 Гц) являются линии электропередач, открытые распределительные устройства, устройства защиты и автоматики, измерительные приборы, сборные и соединительные шины, высоковольтные установки. Длительное воздействие ЭП на организм человека может вызвать нарушение функционального состояния нервной и сердечно-сосудистой систем. Оно выражается в повышенной утомляемости, снижении качества выполнения рабочих операций, болях в области сердца, изменения кровяного давления и пульса.

Для ЭП промышленной частоты в соответствии с ГОСТ 12.1.002--84 предельно допустимый уровень напряженности электрического поля, пребывание в котором не допускается без применения специальных средств защиты, в течение всего рабочего дня равен 5 кВ/м. В интервале свыше 5 до 20 кВ/м включительно допустимое время пребывания Г(ч) определяется по формуле

Г=50/Ј-2,

где Е -- напряженность воздействующего поля в контролируемой зоне, кВ/м. При напряженности поля свыше 20 до 25 кВ/м время пребывания персонала в поле не должна превышать 10 мин. Предельно допустимое значение напряженности ЭП устанавливается равным 25 кВ/м.

Расчет допустимой напряженности в зависимости от времени пребывания в ЭП производится по формуле Ј=50/(Г+2), *

где Т-- время пребывания в ЭП, ч.

Основными средствами коллективной защиты от воздействия ЭП частотой 50 Гц являются:

* стационарные экранирующие устройства (козырьки, навесы, перегородки);

* переносные (передвижные) экранирующие средства защиты (инвентарные навесы, палатки, перегородки, щиты, зонты, экраны и т. д.).

Экранирующие устройства должны иметь антикоррозионное покрытие и заземление.

К индивидуальным средствам защиты относятся: защитный костюм -- куртка и брюки, комбинезон, экранирующий головной убор (металлическая или пластмассовая каска для теплого времени года и шапка-ушанка с прокладкой из металлизированной ткани для холодного времени года); специальная обувь, имеющая электропроводящую резиновую подошву или выполненная целиком из электропроводящей резины.

Источниками электромагнитных излучений в широком диапазоне частот (сверх- и инфранизкочастотном, радиочастотном, инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, рентгеновском) являются мощные радиостанции, антенны, генераторы сверхвысоких частот, установки индукционного и диэлектрического нагрева, радары, лазеры, измерительные и контролирующие устройства, исследовательские установки, медицинские высокочастотные приборы и устройства, персональные электронно-вычислительные машины (ПЭВМ), видеодисплейные терминалы на электронно-лучевых трубках, используемые как в промышленности, научных исследованиях, так и в быту.

Источниками повышенной опасности с точки зрения электромагнитных излучений являются также микроволновые печи, телевизоры, мобильные и радиотелефоны.

Все системы производства, передачи и распределения электроэнергии (электростанции, трансформаторные подстанции, системы и линии электропередачи), электросети жилых и административных зданий, транспорт на электроприводе и его инфраструктура являются источниками низкочастотных излучений.328

При длительном воздействии низкочастотного излучения могут появиться головные боли, изменение артериального давления, развиваться утомление. Могут наблюдаться выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела, стойкое снижение работоспособности.

Меры защиты от низкочастотных излучений заключаются в экранировании источника излучения или зоны нахождения человека.

Электромагнитное поле радиочастот характеризуется способностью нагревать материалы; распространяться в пространстве и отражаться от границы раздела двух сред; взаимодействовать с веществом, благодаря которой магнитные поля используются в различных отраслях народного хозяйства: промышленности, науке, технике, медицине и в быту.

Источниками электромагнитных полей радиочастот являются неэкранированные элементы оборудования и приборов для индукционной обработки металла (закалка, отжиг, плавка, пайка, сварка и т. д.) и других материалов, а также элементы оборудования и приборов, применяемых в радиосвязи, радиовещании, телевидении, радиоастрономии, медицине (радиоспектроскопия, физиотерапия) и т. п.

Длительное воздействие радиоволн на организм человека по последствиям имеет многообразные проявления.

Наиболее характерными при воздействии радиоволн всех диапазонов являются отклонения от нормального состояния центральной нервной системы и сердечно-сосудистой системы человека. Субъективными ощущениями облучаемого персонала являются жалобы на частую головную боль, сонливость или общую бессонницу, утомляемость, слабость, повышенную потливость, снижение памяти, рассеянность, головокружение, потемнение в глазах, беспричинное чувство тревоги, страха и др.

Установлено влияние ЭМП средневолнового диапазона при длительном воздействии на центральную нервную систему, которое проявляется в возбудительных процессах, нарушении положительных рефлексов. Отмечают изменения в крови, вплоть до лейкоцитоза. Выявлено нарушение функции печени, дистрофические изменения в головном мозге, внутренних органах и половой системе.

Электромагнитные излучения коротковолнового диапазона провоцируют изменения в коре надпочечников, сердечно-сосудистой системе, биоэлектрических процессах коры головного мозга.

Электромагнитные излучения УКВ диапазона оказывают на человека вредное влияние, выраженное в функциональных изменениях нервной, сердечно-сосудистой, эндокринной и других систем человека.

Степень опасности влияния на человека СВЧ-излучения зависит от мощности источника электромагнитных излучений, режима работы излучателей, конструктивных особенностей излучающего устройства.

Электромагнитные волны лишь частично поглощаются тканями биологического объекта, поэтому биологический эффект зависит от физических параметров ЭМП радиочастот: длины волны, интенсивности и режима излучения (непрерывный, прерывистый, импульсно-модулированный), продолжительности и характера облучения организма, а также от поверхности и анатомического строения органа или ткани. Степень поглощения энергии тканями зависит от их способности к ее отражению на границах раздела, определяемой содержанием воды в тканях и другими особенностями. При воздействии ЭМП на биологический объект происходит преобразование электромагнитной энергии внешнего поля в тепловую, что сопровождается повышением температуры тела или локальным избирательным нагревом тканей, органов, клеток, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталик, стекловидное тело, семенники и др.). Чем выше напряженность поля и больше время воздействия, тем сильнее проявляется тепловое воздействие. При плотности потока энергии W = 10 Вт/м² организм не справляется с отводом теплоты, температура тела повышается и начинаются необратимые процессы.

Биологическое воздействие СВЧ-излучения проявляется в ослаблении биологической активности белковых структур, нарушении сердечно-сосудистой системы и обмена веществ. Это воздействие проявляется при интенсивности ЭМП менее теплового порога, который равен 10 Вт/м².

Воздействие ЭМП СВЧ-излучения особенно вредно для тканей со слабой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, желудок, желчный и мочевой пузыри). Облучение глаз может привести к помутнению хрусталика (катаракте). Помимо катаракты при воздействии СВЧ-облучения возможны ожоги роговицы.

Интенсивность ЭМП радиочастот на рабочих местах персонала, проводящего работы с источниками излучений, и требования к проведению контроля регламентирует ГОСТ 12.1.006--84 «Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля».

Для обеспечения безопасности работ с источниками электромагнитных волн производится систематический контроль фактических нормируемых параметров на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала. Контроль осуществляется измерением напряженности электрического и магнитного полей, а также измерением плотности потока энергии.

Если условия работы не удовлетворяют требованиям норм, то при всех видах работ осуществляется защита персонала. Средства и методы защиты делятся на три группы: организационные, инженерно-технические, лечебно-профилактические.

Организационные мероприятия предусматривают предотвращение попадания людей в зоны с высокой напряженностью ЭМП, создание санитарно-защитных зон вокруг антенных сооружений различного назначения.

Инженерно-технические мероприятия сводятся к следующему: электрогерметизация элементов схем, блоков, узлов, установки в целом с целью снижения или устранения электромагнитного излучения; защита рабочего места от облучения или удаление его на безопасное расстояние от источника излучения. Эффективным средством защиты является экранирование источников излучения и рабочих мест с помощью экранов, поглощающих или отражающих электромагнитную энергию. Выбор конструкции экрана зависит от характера технологического процесса, мощности источника, диапазона волн.

Для изготовления отражающих экранов используются материалы с высокой электропроводностью, например, металлы. Сплошные металлические экраны уже при толщине 0,01 мм обеспечивает ослабление ЭМП в 100 000 раз. Поглощающие экраны изготавливают из материалов с плохой электропроводностью.

В качестве средств индивидуальной защиты рекомендуется специальная одежда, выполненная из металлизированной ткани, и защитные очки.

Лечебно-профилактические мероприятия должны быть направлены на раннее выявление нарушений в состоянии здоровья работающих. Для этой цели предусмотрены предварительные и периодические медицинские осмотры лиц, работающих в условиях воздействия СВЧ -- 1 раз в 12 месяцев, УВЧ и ВЧ-диапазона -- 1 раз в 24 месяца.

Электромагнитное излучение, вызывающее световое ощущение, называется оптическим излучением. Основным источником оптических излучений является Солнце. Электромагнитный спектр Солнца в разных областях имеет длину волны примерно от 0,1 до 100 000 нм. Солнечное электромагнитное излучение распространяется в космическом пространстве со скоростью 300 000 км/с и достигает поверхности Земли за 8 мин.

Количество солнечного излучения, доходящего до земной поверхности, зависит от географической широты местности, сезона года, времени суток, рельефа местности, загрязненности воздуха, климата, погоды. В зависимости от высоты стояния Солнца меняется соотношение составляющих солнечного излучения.

Оптическое (видимое) излучение. Несмотря на то что оптическое излучение в спектре ЭМИ занимает очень узкий диапазон (400--700 нм), по физиологическому и гигиеническому значению оно занимает ведущее место. Наиболее важной областью оптического спектра ЭМИ является видимый свет. Свет -- это возбудитель зрительной сенсорной системы, обеспечивающий нас информацией об окружающей среде (около 80 %).

Освещение выполняет полезную общефизиологическую функцию, способствующую появлению благоприятного психического состояния людей. С улучшением освещения повышается работоспособность, качество работы, снижается утомляемость, вероятность ошибочных действий, травматизма, аварийности. Недостаточное освещение ведет к перенапряжению глаз, к общему утомлению человека. В результате снижается внимание, ухудшается координация движений, что может привести при конкретной физической работе к несчастному случаю. Кроме того, работа при низкой освещенности способствует развитию близорукости и других заболеваний, а также расстройству нервной системы. Повышенная освещенность тоже неблагоприятно влияет на общее самочувствие и зрение, вызывая прежде всего слепящий эффект.

Световой импульс большой энергии приводит к ожогам открытых участков тела, временному ослеплению или ожогам сетчатки глаз.

Освещение, удовлетворяющее гигиеническим и экономическим требованиям, называется рациональным. К этим требованиям относятся: достаточная освещенность, равномерность, отсутствие слепимости, благоприятный спектральный состав, экономичность.

Для оценки условий освещения используются светотехнические единицы, принятые в физике.

Световой поток -- мощность лучистой энергии, оцениваемой по световому ощущению, воспринимаемому человеческим глазом. За единицу светового потока принят люмен (лм). Световой поток, отнесенный к пространственной единице -- телесному углу, называется силой света и выражается в канделах (кд). Освещенность -- мера количества света, падающего на поверхность от окружающей среды и локальных источников. За единицу освещенности принят люкс (лк). Яркость поверхности в данном направлении -- отношение силы света, излучаемого поверхностью в этом направлении, к проекции светящейся на плоскость, перпендикулярную данному направлению. Единица яркости -- кандела на квадратный метр (кд/м²).

Для защиты от видимого излучения применяются защитные костюмы, комбинезоны, фартуки, очки, маски.

Инфракрасное излучение. Инфракрасное излучение (ИК) составляет большую часть солнечного электромагнитного спектра. Поверхности Земли достигает ИК-излучение с длиной волны 760--3000 нм, более длинноволновое излучение задерживается атмосферой. ИК-излучение, встречая на своем пути молекулы и атомы различных веществ, усиливает их колебательные движения, вызывая тепловой эффект. Оно проникает сквозь атмосферу, воду и почву, оконное стекло, одежду.

ИК-излучение представляет собой невидимый поток электромагнитных волн с длиной волны 0,76--540 нм, обладающий волновыми и квантовыми свойствами. По характеру воздействия на организм человека ИК подразделяются на коротковолновые (менее 1,4 мкм), средневолновые (1,4--3,0 мкм), длинноволновые (более 3 мкм). Тепловые излучения коротковолнового диапазона глубоко проникают в ткани и разогревают их, вызывая быструю утомляемость, понижение внимания, усиленное потовыделение, а при длительном облучении -- тепловой удар. Длинноволновые лучи глубоко в ткани не проникают и поглощаются в основном в эпидермисе кожи. Они могут вызывать ожог кожи и глаз. Наиболее частым и тяжелым поражением глаз вследствие воздействия ИК-лучей является катаракта глаза.

Под влиянием ИК-излучения в организме человека возникают биохимические сдвиги, уменьшается кислородная насыщенность крови, понижается венозное давление, замедляется кровоток и, как следствие, наступает нарушение деятельности сердечно-сосудистой и нервной систем.

При оптимальных уровнях интенсивности ИК-излучение вызывает приятное тепловое ощущение, способствует тепловому равновесию организма с окружающей средой. При локальном действии на ткани оно несколько ускоряет биохимические реакции, ферментативные процессы, рост клеток, кровоток. Активные продукты распада, образующиеся под его влиянием на кожу, и нервные импульсы от кожи распространяют местное действие излучения на весь организм. Такое влияние нормализует его работу, ослабляя тонус мышц, сосудов, чрезмерное напряжение, болевые ощущения. ИК-излучение обладает противовоспалительным действием и поэтому используется в лечебной практике как физиотерапевтическое средство.

...