Методические рекомендации по уточнению электромагнитной обстановки (ЭМО) в местах расположения линейных и плоскостных переизлучателей (утв. заместителем Главного государственного санитарного врача СССР 10 июня 1982 г. N 2551-82)

1. В практике работы санитарно-эпидемиологических органов, строительных, транспортных и других организаций нередки потребности в определении и нормализации ЭМО, которая складывается в результате совместного действия электромагнитного поля (ЭМП) источника и переизлученных ЭМП (полей вторичных источников).

В качестве интенсивных переизлучателей ЭМП могут служить различные металлические и металлосодержащие конструкции типа подъемных кранов, железобетонных опор, линий электропередачи, труб и др. В зоне действия СВЧ ЭМП интенсивное переизлучение может возникнуть от различных плоских металлических, металлосодержащих и металлизированных поверхностей.

Процесс переизлучения ЭМП обусловлен действием переизлучателя как некоторой приемной антенны, улавливающей из падающего на нее потока электромагнитной энергии (ЭМЭ) часть его. Если такая антенна не имеет нагрузки, то вся улавливаемая ею ЭМЭ отдается (излучается) обратно в пространство. Если она нагружена, например путем заземления, то улавливаемая ЭМЭ частью расходуется на этой нагрузке, а оставшаяся часть излучается обратно (переизлучается) в пространство.

Поэтому при определении ЭМО, установлении необходимости и путей нормализации ее в условиях наличия вторичных источников следует учитывать как основное, так и вторичное ЭМП.

2. Определение вторичного ЭМП может быть произведено инструментальным и расчетным методом. Инструментальные определения вторичных ЭМП производятся по обычной методике и ничем не отличаются от определения ЭМП основного источника.

Для определения расчетным методом интенсивности ЭМП, переизлученного вертикально расположенными источниками (опоры кранов с тросами, мачты, трубы, опоры и пр.), последние представляются линейной вертикально расположенной над землей моделью. Под действием ЭМП первичного источника с напряженностью в модели наводится электродвижущая сила:

, (1)

которая возбуждает ток в модели:

, (2)

где:

- составляющая напряженности поля, ориентированная в направлении модели;

- действующая высота модели;

- полное сопротивление модели.

ЭМЭ, генерируемая этим током, полностью расходуется на собственном сопротивлении антенны , называемом сопротивлением излучения. Физически это означает, что указанная энергия отдается обратно в пространство, то есть переизлучается. Такие условия складываются в случае, если модель не заземлена. Если модель заземлена, то наведенная э.д.с. (1) оказывается приложенной и к земле, как к сопротивлению нагрузки . В итоге часть ЭМЭ расходуется на этой нагрузке, а оставшаяся часть - на сопротивлении излучения, то есть переизлучается. Напряженность переизлученного поля на расстоянии r от модели определяется по известной в теории линейных антенн формуле:

, (3)

где

- длина волны.

Действующая высота модели здесь и в формуле (1) может быть связана с другими параметрами антенны, например с коэффициентом усиления и сопротивлением излучения , зависимостью:

. (4)

С учетом этого зависимость (3) для определения напряженности поля в эффективных значениях приобретает окончательный вид:

. (5)

Приближенные расчеты вторичного ЭМП наиболее часто требуются при гигиенической оценке ЭМО в местах расположения переизлучателей, находящихся под воздействием полей СВ и КВ диапазонов. В этих случаях входящую в формулу (5) величину можно приближенно определить с помощью следующей зависимости:

, (6)

- максимальное значение функции направленности для модели;

h - геометрическая высота модели.

Дальнейшие уточнения расчетной формулы (5) вытекают из электрических и конструктивных особенностей модели. Некоторые из них сделаны ниже.

2.1. Вертикальные конструкции (опоры, трубы, мачтовые и др.) представляются моделью в виде несимметричного вибратора и его вертикального изображения. Полное сопротивление такой модели при отсутствии заземления приближенно может считаться равным:

Поэтому:

. (7)

Заземленные конструкции представляются моделью антенны с верхним питанием э.д.с. на нижнем конце, равной нулю. Действующая высота такой модели приблизительно вдвое меньше, чем в предыдущем случае.

Поэтому приближенно имеем:

(8)

2.2. Различные краны приближенно моделируются петлевым вибратором, в котором в качестве плеч принимаются мачтовая опора со стрелой и тросы. Такие модели наиболее интенсивно переизлучают ЭМП в том случае, если тросы опущены на всю длину опоры и крюковая подвеска не имеет контакта с землей. Напряженность переизлученного такой системой поля приближенно может быть оценена с помощью формулы (7). Если крюковая подвеска окажется в контакте с землей, то такая модель будет эквивалентна замкнутому петлевому вибратору с последовательно включенными двумя собственными сопротивлениями излучения, двумя примерно равными им взаимными сопротивлениями и сопротивлением нагрузки. Поэтому величина напряженности переизлученного поля в рассматриваемой модели будет приблизительно в 5 раз меньше, чем в модели с незаземленной крюковой подвеской.

Определение сопротивления можно выполнить приближенно с помощью графика, приводимого в учебниках по антеннам (см., например, С.И. Надененко. Антенны, вып. 1959 г., стр. 123).

3. Из проведенного анализа вытекают следующие выводы и рекомендации.

3.1. Величина напряженности переизлученного вертикальными конструкциями ЭМП может значительно превысить величину напряженности первичного поля.

Для уменьшения указанной величины следует ограничивать применение невызываемых необходимостью высоких конструкций; тросы кранов в нерабочем состоянии целесообразно держать подтянутыми к стреле.

3.2. Величина напряженности переизлученного поля уменьшается при заземлении конструкций, при уменьшении сопротивления заземления. Поэтому для уменьшения интенсивности переизлучения расположенные в зоне действия ЭМП линейные металлические конструкции необходимо тщательно заземлять.

Эффективным приемом уменьшения напряженности ЭМП, переизлучаемого кранами, является обеспечение контакта опущенной крюковой подвески с землей, что может быть достигнуто с помощью прикрепленной к подвеске цепочки.

3.3. Для уменьшения напряженности переизлученного поля в зонах действия ЭМП радиоисточников целесообразно пользоваться более низкими конструкциями с эффективным заземлением. Например, автокраны более выгодны, чем башенные, а среди автокранов - выгоднее краны на гусеничном ходу, чем краны на пневмоходу. И те, и другие необходимо тщательно заземлять.

4. В кранах различной конструкции, работающих в условиях электромагнитного воздействия, в промежутке между концом троса и рабочей поверхностью оказывается приложенной вся э.д.с. (1), наведенная в модели. С прикосновением человека к стропам происходит высокочастотный разряд через тело на землю. Он не только вреден для организма в силу электромагнитного воздействия, но и вызывает испуг, что в условиях производства может повлечь тяжелые последствия.

Для устранения указанного эффекта рекомендуется следующее:

4.1. Снизить потенциал на конце троса до потенциала рабочей поверхности, то есть уменьшить наведенную э.д.с. до величины, близкой к нулю. Это достигается путем обеспечения контакта строп с землей, например с помощью висящей цепи, прикрепленной к крюковой подвеске.

4.2. Разорвать гальванически цепь, образованную тросом и стропами. Это может быть достигнуто, например, применением петли из прочного капронового троса, которая одевается на крюк, с креплением к ней строп. Кроме того, можно изолировать крюк от его подвески с помощью диэлектрических втулок, одеваемых на вал, на котором установлен крюк в подвеске.

5. Плоские металлические и металлизированные поверхности, находящиеся в ЭМП, созданном СВЧ источниками, могут быть интенсивными переизлучателями этого поля. Плотность потока энергии (ППЭ) вторичного поля нередко значительно превышает ППЭ, падающей на переизлучатель. Среди указанных переизлучателей наиболее часты металлические ограждающие конструкции (сплошные, сетчатые, армированные стенки домиков, различных кабин и кузовов с металлическим покрытием и другие сооружения подобного типа).

Падающий на такие переизлучатели поток ЭМЭ с плотностью, равной , улавливается проводящей поверхностью в количестве:

, (9)

где:

- эффективная площадь переизлучающей поверхности;

Аг - ее геометрическая площадь;

КиП - коэффициент эффективности переизлучения, имеющий порядок 0,4-0,6.

Полученное таким образом на поверхности связанное с нею ЭМП становится источником электромагнитных волн, излучаемых в пространство. Уносимая ими ЭМЭ распределится в пространстве с плотностью

(10)

в соответствии с показателями направленности действия переизлучателя, а именно:

- коэффициент усиления

- диаграммой направленности переизлучателя.

Здесь и - пространственные углы в горизонтальной и вертикальной плоскостях, отсчитываемые от направления максимального потока переизлучаемой ЭМЭ. Переизлучение ЭМЭ поверхностью совершается по законам геометрической оптики. Поэтому поток ЭМЭ наибольшей плотности имеет место вдоль оси диаграммы направленности, то есть при .

Следовательно, ППЭ

(11)

будет тем интенсивней, чем больше геометрическая поверхность переизлучателя. ППЭ переизлученного поля может значительно превзойти ее значение в падающем на поверхность потоке.

Для снижения интенсивности переизлученного плоскими поверхностями переизлученного ЭМП существуют следующие возможности:

5.1. Удаление из зоны действия ЭМП металлических и металлизированных переизлучателей; применение вместо них неметаллических конструкций.

5.2. Уменьшение, где это возможно, площади поверхности конструкций, могущих стать переизлучателями.

5.3. Заземление переизлучателей, что эквивалентно подключению к переизлучателю нагрузки, поглощающей часть улавливаемой ЭМЭ.

5.4. Ориентирование плоскости переизлучателя таким образом, чтобы переизлученный поток ЭМЭ направить в "безопасную" зону или к земле, где он может быть существенно ослаблен за счет поглощения и рассеяния.

Заметим, что все рекомендованные здесь меры не обеспечивают полного подавления переизлученного ЭМП, поскольку процесс переизлучения ими не устраняется. Однако с применением их можно достигнуть существенного уменьшения его интенсивности.

Зам. Главного государственного санитарного врача СССР

А.И. Заиченко