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知识普及:电磁辐射评价与防护技术

北京科环世纪电磁兼容技术有限责任公司  发布人:科环世纪 浏览次数:7494

电磁辐射与防护  

电磁辐射评价与防护技术

随着现代科技的高速发展,一种看不见、摸不着的污染源日益受到各界的关注,这就是被人们称为“隐形杀手”的电磁辐射。今天,越来越多的电子、电气设备的投入使用使得各种频率的不同能量的电磁波充斥着地球的每一个角落乃至更加广阔的宇宙空间。对于人体这一良导体,电磁波不可避免地会构成一定程度的危害。 

一.  电磁辐射的若干基本概念

1. 常见的电磁辐射源

一般来说,雷达系统、电视和广播发射系统、射频感应及介质加热设备、射频及微波医疗设备、各种电加工设备、通信发射台站、卫星地球通信站、大型电力发电站、输变电设备、高压及超高压输电线、地铁列车及电气火车以及大多数家用电器等都是可以产生各种形式、不同频率、不同强度的电磁辐射源。 

2.电磁辐射场区的划分

电磁辐射场区一般分为远区场和近区场。

2.1近区场及特点

以场源为中心,在一个波长范围内的区域,通常称为近区场,也可称为感

应场。近区场通常具有如下特点:

l         近区场内,电场强度与磁场强度的大小没有确定的比例关系。即:E1377H。一般情况下,对于电压高电流小的场源(如发射天线、馈线等),电场要比磁场强得多,对于电压低电流大的场源(如某些感应加热设备的模具),磁场要比电场大得多。

l         近区场的电磁场强度比远区场大得多。从这个角度上说,电磁防护的重点应该在近区场。

l         近区场 的电磁场强度随距离的变化比较快,在此空间内的不均匀度较大。 

2.2远区场及特点

在以场源为中心,半径为一个波长之外的空间范围称为远区场,也可称为辐射场。远区场的主要特点如下:

l         在远区场中,所有的电磁能量基本上均以电磁波形式辐射传播,这种场辐射强度的衰减要比感应场慢得多。

l         在远区场,电场强度与磁场强度有如下关系:  在国际单位制中,E=377H,电场与磁场的运行方向互相垂直,并都垂直于电磁波的传播方向。

l         远区场为弱场,其电磁场强度均较小。 

2.3近区场与远区场划分的意义

通常,对于一个固定的可以产生一定强度的电磁辐射源来说,近区场辐射

的电磁场强度较大,所以,我们应该格外注意对电磁辐射近区场的防护。对电磁辐射近区场的防护,首先是对作业人员及处在近区场环境内的人员的防护,其次是对位于近区场内的各种电子、电气设备的防护。而对于远区场,由于电磁场强较小,通常对人的危害较小,这时我们应该考虑的主要因素就是对信号的保护。另外,应该有对近区场一个概念,对我们最经常接触的从短波段30MHz到微波段的3000MHz的频段范围,其波长范围从101 

二.电磁辐射污染的简单测试 

1  根据测试对象及环境选用测试仪器

在对某电子、电气设备的电磁辐射进行测试时,需要注意以下问题。尽可

能多的了解此电子、电气设备的各种电气指标、运行参数,在此前提下,确定采用不同的测试仪器。一般来说,对近区场的电磁测试,如果测试频段在短波段或微波段,可选用国产的701型三维场强计或其它三维场强计,其测试频率范围大致在几百KHz1GHz左右。对变电站或高压、超高压输电线进行测试时,应选用工频电磁场测试设备。对远场区测试时,根据不同的测试频段,可选用频谱仪或干扰场强测试仪。测试时,应按照《辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器和方法》HJ/T10.2-1996的要求进行测试。 

2  电磁辐射测量采用的计量单位

通常,对大于300MHZ的微波频段,采用平均功率密度mW/cm2作为计量单位,

小于300MHZ的频段,采用电场强度V/m和磁场强度A/m作为计量单位。在进行电磁环境测量时,干扰场强国家计量标准采用单位为mV/m,用分贝表示时,1mV/m=0dB

  

    三.电磁辐射危害人体的机理

电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和累积效应等。

1热效应:人体70%以上是水,水分子受到电磁波辐射后相互摩擦,引起机体升温,从而影响到体内器官的正常工作。

    2非热效应:人体的器官和组织都存在微弱的电磁场,它们是稳定和有序的,一旦受到外界电磁场的干扰,处于平衡状态的微弱电磁场即将遭到破坏,人体也会遭受损伤。

    3累积效应:热效应和非热效应作用于人体后,对人体的伤害尚未来得及自我修复之前(通常所说的人体承受力---内抗力),再次受到电磁波辐射的话,其伤害程度就会发生累积,久之会成为永久性病态,危及生命。对于长期接触电磁波辐射的群体,即使功率很小,频率很低,也可能会诱发想不到的病变,应引起警惕。

    多种频率电磁波特别是高频波和较强的电磁场作用人体的直接后果是在不知不觉中导致人的精力和体力减退,容易产生白内障、白血病、脑肿瘤,心血管疾病、大脑机能障碍以及妇女流产和不孕等,甚至导致人类免疫机能的低下,从而引起癌症等病变。

    权威统计数字表明:经常在显示器前工作的人群中,上述疾病的发病率明显高于普通人群。电磁辐射是主要原因之一。 

四.测试结果的分析及不同类型防护设备的选用

1.测试结果的分析与电磁辐射方面国标的选用

在对辐射源周围环境进行电磁辐射测试之后,应将电磁测试结果与相应的

国标做对照,我国已经颁布的电磁兼容方面的环境标准及法规有数十项,应根据现场的情况,采用适合此环境的国标或行业标准。

最常用的电磁方面的标准是《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)、《环境电磁波卫生标准》(GB9175-88)、 工业、科学、医疗射频设备无线电干扰辐射允许值(GB4824.1-84)。各标准限值如下。

 公众导出限值 (GB8702-88

频率范围

MHz

电场强度

V/m

磁场强度

A/m

功率密度

W/m2

0.1 ~ 3

40

0.1

40

3 ~ 30

67/

0.17/

12/f

30 ~ 3000

12

0.032

0.4

3000 ~ 15000

0.22/

0.001/

F/7500

15000 ~ 30000

27

0.073

2

 2 环境电磁波容许辐射强度分级标准(GB9175-88)

波长

单位

容许场强

一级(安全区)

二级(中间区)

长、中、短波

V/m

< 10

< 25

超短波

V/m

< 5

< 12

微波

μW/cm2

< 10

< 40

混合

V/m

 

按主要波段场强;若各波段场强分散,则按复合场强加权确定。

  在对一般环境的电磁辐射分析中,应主要选用《环境电磁波卫生标准》主要选用《环境电磁波卫生标准》(GB9175-88),根据辐射源的主要辐射频率,参照表2,找到其辐射强度限值。注意掌握三个标准限值,一般我们把居民居住的环境按一级安全区处理,则其标准限值为:在长、中、短波,电场强度应小于10V/m;在超短波段,电场强度应小于5V/m;在微波波段,其辐射功率密度应小于10μW/cm2。考虑到对在电磁辐射环境内工作人员的保护,我们建议在职业安全卫生领域,采用《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)的相应限值。

将测试结果与国标对照后,如果发现测试结果超过国标限值,应考虑采取防护措施。首先应该考虑在辐射源的设备上采取措施,尽可能将其辐射值降低至国标限值之下。如果因为条件所限,无法降低辐射源周围的电磁场强度,而作业人员又必须在此环境下工作,或其它人员必须在此环境下生活,则对这些人员应该采取个体防护措施。 

2根据测试结果选用电磁个体防护设备

    随着人们物质文化水平的不断提高,各种家用电器:彩电、录像机、VCD、家用电脑、微波炉、电磁炉、无绳电话、手机等相继进入千家万户,这些家用电器和电子设备在使用过程中都会向环境空间发射与漏泄一定强度的电磁波,电磁辐射已成为继水污染、大气污染、噪声污染之后当今人们生活中的第四大污染。因此,许多研究机构和生产厂家都在相继研究开发防电磁辐射的民用产品,以减少电磁辐射对人类健康的危害。现在看来,穿着防电磁辐射的服装是比较方便有效的方法。

一般来说,作业人员所处环境的电磁场强度超过国标限值或者作业人员所处环境的电磁场强度未超过国标限值,但与此限值比较接近,而作业人员又需要长时间在此环境工作时,都应考虑采用辐射防护用品。选用个体防护产品时,应首先确定电磁辐射的衰减度,然后,参照各种产品说明中对电磁波的衰减参数,确定使用何种形式的防护用品。降低电磁辐射方面的个体防护用品主要包括防护服装、防护眼镜及辐射防护屏。

目前国内已经开发出多种面料的防护服装。防护服装中有:防护衬衫,防护围裙,防护马甲,防护大褂,护胎宝,孕妇裙,夹克套装等,此外还有用于设备屏蔽的屏蔽布等。表3列出了常用的电磁辐射方面的个体防护产品、制成材料及屏蔽效能。

 防护服装是根据屏蔽或吸收原理制作的。防护眼镜是用于保护操作人员的眼镜免受伤害,对于防护眼镜的要求是:透视度要足够高,不影响视线;屏蔽效果要好(原则上应保证屏蔽后场强控制在国标限值之下);重量轻,镜面启动灵活。防护眼镜的基本材料是金属网或金属膜。

 

3 常用电磁辐射个体防护产品

品名

分类与规格

采用功能性的材料

屏蔽效能

男衬衫

 

不锈钢纤维

20-30dB

女衬衫

 

不锈钢纤维

20-30dB

男短袖衬衫

 

不锈钢纤维

20-30dB

女短袖衬衫

 

不锈钢纤维

20-30dB

防护围裙

A

不锈钢纤维

20-30dB

B

金属化镀膜材料

 

防护马甲

A

不锈钢纤维

20-30dB

B

金属化镀膜材料

20-30dB

防护大褂

A

不锈钢纤维

30-40dB

B

金属化镀膜材料

30-40dB

孕妇裙

 

不锈钢纤维

20-30dB

肚兜

 

不锈钢纤维

20-30dB

孕妇裤

 

不锈钢纤维

20-30dB

夹克防护套装

 

不锈钢纤维

30-40dB

屏蔽布

A

不锈钢纤维布

50-58dB

B

化镀镀膜布

5058dB

屏蔽布(面料)

 

不锈钢纤维

20-30dB

屏蔽里子绸

 

不锈钢纤维

1018dB

屏蔽衬衫布

 

不锈钢纤维

20-30dB

防护屏(玻璃)

 

1417寸镀膜

20-25dB

防护镜

 

平镜  镀膜

10-15dB

 

近视及其它功能 镀膜

10-15dB

   制成防护服装的面料对于电磁波的防护起着决定性的作用。因此在选用电磁辐射防护服装时,应了解防护服装所采用的面料,是否是大的专业厂家制造的,并且是否有电磁辐射专业检测部门的检测证书。在确保这两条的前提下,再考虑服装的做工和美观是否符合要求。 

 3电磁辐射个体防护产品的使用范围

   电磁辐射个体防护产品可应用于:

l         直接从事电磁波作业及间接接受电磁影响人员的防护;

l         带心脏起搏器及其他对电磁辐射敏感人群的防护;

l         可与其他吸波材料配合,制成多频谱兼容伪装隐身材料,将在现代军事战争中发挥重要作用。

l         除了上述个体防护的范围以外,还可根据实际需要,做成窗帘、屏幛,对特殊环境予以防护;做成罩、套,对有关的电磁波辐射源进行屏蔽防护。 

4  对电磁辐射区内工作人员的防护措施

l         推测或检测到射频功率密度超过50mW/cm2的区域,应认为是电磁辐射

潜在危险区。

l         人员容易误入的危险区域应设有警告标记。除非有紧急情况,凡经计

算或用场强计测量超过50mW/cm2的区域,不允许人员在未采取防护措施的情况下进入。

l         应防止大功率信号发生器在试验过程中放电,因为它将对其周围区域

内产生大于50mW/cm2的电磁辐射。在做此类操作时,应用假负载或其它吸收材料吸收其输出能量。

l         应利用保护用品使辐射危害减至最小。必须保证在发射天线射束区内工作

的维护人员穿好保护服装。

l         应该禁止身上带有金属移植件,心脏起搏器等辅助装置的人员进入电

磁辐射区。

l         应给受到辐射源,电磁能和高压装置辐射的人员作定期身体检查。

5国内电磁辐射防护材料的最新研究动态

    随着人们对电磁环境的重视和科学技术的进步,近一两年来,又有许多新型的屏蔽织物研制成功。比较典型的是由北京某公司研制的新型防辐射服装面料,这种服装面料是用不锈钢纤维、棉纤维、涤纤维和麦饭石纤维混合纺织而成的,这种面料做起来的服装穿起来和普通服装没什么差别,但具有防电磁辐射、抗静电、耐洗涤、透气性好、柔软、舒适和保健等功能。

此外,上海研制成功采用多离子织物和金属化纤维织物的电磁辐射屏蔽材料。多离子织物是采用目前国际最先进的物理和化学工艺,对纤维进行离子化处理。该产品以吸收为主,将有害的电磁辐射能量通过织物自身的特殊原理转变成热能散发掉,从而避免了环境二次污染、净化了空气。由于织物中含有大量金属阳离子可起到杀菌除臭作用,对皮肤无刺激,有助人体表皮微循环。同时具有防静电、防部分X射线及紫外线等功能。多离子织物是目前国际上屏蔽低、中频段电磁辐射最先进的民用防护材料。

补充:工频电磁辐射的危害

    根据研究及相关测试表明,变压器、超高压配电装置和超高压输电线在运行中,会形成一定强度的工频电磁辐射。据相关资料显示,550KV输电线的工频电场辐射在距地面1.5m处可以达到9.7KV/m之高。工频磁场对计算机显示器偏转系统可能产生较严重的干扰,具体现象是,使显示器的显示画面发生抖动,显示器边缘可能出现色斑。高强度的工频电磁辐射还可能造成计算机死机。

高压架空电力线路和变电站的运行,会产生无线电噪声,这种无线电噪声严重时,会对电力线路和变电站附近居民的无线电(主要是中、短波广播)接收和专业无线电台站的工作造成骚扰影响。由于电力线路和变电站占地大,尤其是电力线路长度可能达几百公里,影响范围广,

 通常情况下,架空电力线路和变电站无线电噪声的产生有三类根源:分别是,在导线及其金属表面处空气中的电晕放电;绝缘子承受高电位梯度区域中放电并产生火花;连接松动或接触不良产生的间隙火花放电。当运行电压在100KV以上(通常导线表面电位梯度>12KV/cm)时,第一种根源占据主导地位,成为不可消除的,属线路固有的特性。

 

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