dr inż. Ryszard Dębkowski
PROMIENIOWANIE ELEKTROMAGNETYCZNE
Pole elektromagnetyczne jest polem wektorowym, w którym każdy punkt przestrzeni charakteryzowany
jest przez dwie składowe: elektryczną i magnetyczną. Wielkością opisującą składową elektryczną jest natężenie
pola elektrycznego E [V/m], a magnetycznego indukcja magnetyczna B (jednostka  tesla[T]), bądz
natężenie pola
magnetycznego H [A/m]. Pomiędzy wielkościami opisującymi pole magnetyczne zachodzi następujący związek:
B = ź H
ź  przenikalność magnetyczna ośrodka
W powietrzu przyjmuje się, że 1 A/m = 1,25 źT
Pole magnetyczne istnieje wokół magnesów trwałych bądz
w przestrzeni otaczającej poruszający się ładunek
elektryczny. Pole elektryczne towarzyszy każdemu ładunkowi elektrycznemu niezależnie od tego czy pozostaje w
spoczynku, czy też się porusza.
Zgodnie z prawami opisanymi przez Faradaya i Maxwella przyczyną powstania w przestrzeni pola elektrycznego
jest zmniejszające się pole magnetyczne, a pola magnetycznego zmniejszające się pole elektryczne. Zanikające pole
jest przyczyną powstania przesuniętego w przestrzeni nowego pola. Przemieszczanie się pól w przestrzeni zachodzi
z prędkością światła i ma znamiona ruchu falowego (rys.1).
Rysunek 1.
Promieniowanie elektromagnetyczne formuje się w falę w pewnej odległości od z
ródła. Korzystając z zależności
 = V/f
gdzie  to długość fali, v  prędkość światła, f  częstotliwość, można obliczyć, iż promieniowanie o częstotliwości
1GHz charakteryzuje się 30cm długością fali, a 1MHz  300m. Strefę wokół z
ródła, w której nie została jeszcze
uformowana fala elektromagnetyczna nazywa się strefą indukcji pola. W obszarze tym iloraz E/H (impedancja pola)
nie ma wartości stałej i w zależności od tej wartości rozróżnia pola wielkiej, średniej, małej impedancji. Natomiast
przestrzeń za uformowaną falą nosi miano strefy promieniowania, w której istnieje jednoznaczny związek między
wielkościami E i H.
Pole magnetostatyczne
y
ródłami pól magnetostatycznych są magnesy stałe, elektromagnesy oraz instalacje stałoprądowe. W
środowisku pracy silne pola magnetostatyczne występują wokół tomografów i spektrometrów wykorzystujących
zjawisko jądrowego rezonansu magnetycznego, przemysłowych urządzeń do elektrolizy oraz zespołów
napędowych zasilających elektrowozy i tramwaje, chwytaków i separatorów magnetycznych, cyklotronach,
obrabiarkach do magnetycznego tłoczenia metali.
Pole magnetostatyczne generuje siły w implantach, np. o indukcji większej od 0,5 mT może zakłócać pracę
elektrostymulatorów serca. Silne pola (3 mT) powodują przemieszczanie się obiektów z materiałów
magnetycznych: mogą to być wszczepy w organizmie człowieka ale również przedmioty metalowe, które
nabierając szybkości mogą stanowić potencjalne zagrożenie dla ludzi i wyposażenia technicznego. Bardzo silne pole
o indukcji 4T wywoływało u osób eksponowanych zawroty głowy, nudności, metaliczny smak w ustach. Objawy
ustępowały po ustaniu działania pola. Skutki wieloletniej ekspozycji na stałe pole magnetyczne nie zostały jak
dotąd jednoznacznie opisane.
Spośród urządzeń środowiska pracy emitujących pole magnetostatyczne największe zagrożenie dla pracowników
stwarzają tomografy. Zagrożeniem objęty jest nie tylko personel obsługi, ale także konserwatorzy i osoby dbające o
czystość pomieszczeń. Wynika to ze stałego załączenia elektromagnesów nadprzewodzących wykorzystywanych do
budowy tomografów.
1
dr inż. Ryszard Dębkowski
O występowaniu silnych pól magnetostatycznych należy informować używając właściwych znaków ostrzegawczych,
rys.2.
Rysunek 2.
ostrzeżenie o silnych polach magnetostatycznych,
zakaz wnoszenia przedmiotów metalowych
zakaz wstępu dla osób z elektrostymulatorem serca
Pole elektrostatyczne
Stałe pole elektryczne towarzyszy działaniu filtrów i separatorów elektrostatycznych, kserokopiarek,
drukarek oraz elektrostatycznych urządzeń malarskich. Wytwarza się także w wyniku kontaktowo-tarciowego
mechanizmu elektryzacji pomiędzy dwoma materiałami. Materiały mogą występować w różnych fazach, może to
być układ dwóch ciał stałych, ciało stałe  gaz, ciało stałe  ciecz.
Oddziaływanie pola elektrostatycznego na organizm człowieka objawia się efektem mrowienia w różnych okolicach
skóry, bólem głowy oraz zwiększoną pobudliwością i rozdrażnieniem. W polu elektrostatycznym na powierzchniach
przedmiotów oraz ciele człowieka indukują się ładunki elektryczne. Wstrząs elektryczny, będący następstwem
przeskoku iskry wywołuje niekontrolowane odruchy bezwarunkowe pracownika. Na skutek niezamierzonego
kontaktu z poruszającymi się, bądz
ostrymi obiektami znajdującymi się w przestrzeni pracy dochodzi do urazów. W
środowiskach pracy, w których używane są materiały palne występuje dodatkowo zagrożenie pożarem lub
wybuchem.
Wypadki przy pracy w polach elektrostatycznych mogą mieć swoje z
ródło w zakłóceniach pracy elektronicznych
układów sterowania procesem wytwarzania lub nadzoru, do których dochodzi na skutek wysokoenergetycznych
wyładowań iskrowych.
Ochronę pracowników zapewnia się poprzez
- ekranowanie pól elektrostatycznych,
- ograniczenie czasu ekspozycji,
- stosowanie indywidualnych środków ochrony zapobiegających powstawaniu ładunku na powierzchni ciała
człowieka (ubranie, obuwie oraz rękawice antyelektrostatyczne, opaski przewodzące na nadgarstki lub
obuwie  uziemiające pracownika).
Pozytywną rolę odgrywa także wykonywanie podłóg z materiałów o podwyższonej przewodności elektrycznej oraz
właściwa wilgotność w pomieszczeniach pracy.
Zmienne pole elektromagnetyczne
Zmienne pola elektromagnetyczne powszechnie występują wokół urządzeń przesyłających oraz
wykorzystujących energię zmiennego prądu elektrycznego. Najsilniejsze pola elektryczne generowane są przez
urządzenia wysokonapięciowe, których przykładem mogą być stacje elektroenergetyczne i linie przesyłowe.
Największe zmienne pola magnetyczne powstają w otoczeniu torów prądowych podczas przepływu prądu o
wysokim natężeniu. Stanowiska pracy przy piecach indukcyjnych mogą być zagrożone polem magnetycznym o
natężeniu 7-10 mT. W wielu dziedzinach działalności człowieka szerokie zastosowanie znalazły urządzenia
elektryczne z generatorami wysokiej częstotliwości. W przemyśle prądy w.cz. wykorzystywane są w nagrzewnicach
indukcyjnych, zgrzewarkach, suszarkach, elektrodrążarkach, w medycynie w diatermiach krótkofalowych i
aparatach do elektrochirurgii, w radiokomunikacji w nadajnikach radiowych i telewizyjnych, w badaniach w
spektrometrach i akceleratorach. Dziedziny techniki, w których znalazła zastosowanie energia pól
elektromagnetycznych pokazuje rysunek 3.
W polach e-m o częstotliwości do 100 kHz w wyniku indukowania się w ciele prądów stymulujących następuje
pobudzenie tkanek nerwowych i mięśniowych.
Dla pól wielkiej częstotliwości (powyżej 100kHz) ciało ludzkie jest półprzewodnikiem i swego rodzaju anteną
odbiorczą. Głębokość wnikania pól w tkanki maleje ze wzrostem częstotliwości. Przyjmuje się, że pole o
częstotliwości 30-50MHz wnika w całą objętość ciała.
2
dr inż. Ryszard Dębkowski
Rysunek 3.
Typowym skutkiem działania promieniowania w.cz. jest oddziaływanie termiczne, które może wywołać gorączkę
lub miejscowy wzrost temperatury. Efekt termiczny łagodzony jest przez układ termoregulacji, którego obciążenie
w spotykanych w praktyce natężeniach pola elektromagnetycznego nie jest nadmierne. Największe pochłanianie
energii występuje przy częstotliwości 70 MHz.
Następstwa ekspozycji na pola w.cz. można opisać w dwóch grupach:
1. Dolegliwości subiektywne
- osłabienie ogólne,
- utrudnienie koncentracji uwagi,
- osłabienie pamięci,
- senność, depresja,
- bóle i zawroty głowy,
- dolegliwości sercowe, np. uczucie ucisku, kłucia,
- nadmierna potliwość.
2. Dolegliwości obiektywne
- objawy ze strony układu nerwowego: drżenie rąk, zmiany w zapisie EEG,
- objawy ze strony układu sercowo-naczyniowego: obniżenie ciśnienia krwi, zwolnienie akcji serca,
- zmiany w krwi i układzie krwiotwórczym.
W grzejnictwie indukcyjnym wykorzystuje się silne zmienne pola magnetyczne o natężeniu 500  5000 A/m, do
nagrzewania przedmiotów wykonanych z materiałów mogących intensywnie absorbować energię pola
magnetycznego przetworzoną na energię wirowego pola elektrycznego. Do podstawowych procesów
technologicznych wykonywanych przy zastosowaniu nagrzewania indukcyjnego w.cz. należą:
- hartowanie powierzchniowe,
- lutowanie,
- topienie (elementów o małych gabarytach),
- nagrzewanie przed obróbką plastyczną,
- wytwarzanie monokryształów,
- łączenie ceramiki bądz
szkła z metalem.
Na rysunku 4 pokazano nagrzewnicę indukcyjną, wynik jej działania oraz przykładowe kształty wzbudników.
Rysunek 4.
3
dr inż. Ryszard Dębkowski
Wzbudnik jest podstawowym z
ródłem pól elektrycznych i magnetycznych, mogących stwarzać zagrożenie dla
zdrowia pracowników obsługi lub innych wykonujących prace w jego pobliżu. Przykładowe rozkłady natężeń pola
elektrycznego i magnetycznego w otoczeniu wzbudnika przedstawia rysunek 5. Natężenie pola elektrycznego w
zależności od kierunku maleje w przybliżeniu z drugą (kierunek I i II) lub z trzecią potęgą (kierunek III i IV) odległości
od wzbudnika. Natężenie pola magnetycznego maleje w przybliżeniu z trzecią potęgą odległości.
Przykładem urządzeń do nagrzewania pojemnościowego są zgrzewarki w.cz. do folii (rys. 6). Silne pole elektryczne
Rysunek 6.
Rysunek 5.
Rysunek 7
wytwarzane jest między elektrodami, które równocześnie dociskają do siebie łączone materiały. Energia pola
elektrycznego w.cz. absorbowana jest przez dielektryk (folię) powodując jej nagrzanie. Znamionową moc
zgrzewarek dobiera się w zależności od pola powierzchni zgrzewu. Przykładowe wykresy rozkładu natężenia pola
elektrycznego w przestrzeni obsługi zgrzewarki przedstawiono na rysunku 7.
Strefy ochronne w otoczeniu urządzeń emitujących pola elektromagnetyczne
W otoczeniu z
ródeł pól elektromagnetycznych należy wyznaczyć i oznakować zgodnie z PN (szkice znaków  rys.
8), obszary występowania silnych pól e-m, jako zasięg trzech stref ochronnych:
niebezpiecznej  rozumianej jako obszar, w którym przebywanie pracowników jest zabronione,
zagrożenia  rozumianej jako obszar, w którym dopuszczone jest przebywanie pracowników zatrudnionych
przy z
ródłach przez czas ograniczony (zasady przedstawiono poniżej),
pośredniej  rozumianej jako obszar, w którym dopuszczone jest przebywanie pracowników zatrudnionych
przy z
ródłach w ciągu całej zmiany roboczej.
Obszar poza zasięgiem stref ochronnych uznawany jest jako bezpieczny. Granice poszczególnych stref wyznaczone
są na podstawie dopuszczalnych wartości natężenia pola elektrycznego i magnetycznego o ogólnym działaniu na
organizm człowieka. Wartości zestawiono w tabeli 1.
4
dr inż. Ryszard Dębkowski
T = 0h
strefa niebezpieczna
T = ograniczony
E2, H2 strefa zagrożenia
E1, H1
E0, H0
strefa pośrednia
T d" 8h
E2 = 10E1 H2 = 10H1
E0 =E1 /3 H0 = H1/3
Pola elektryczne 0E = 2E
2 1
E = E /2
0 1
Rysunek 8.
Dopuszczalna ekspozycja w strefie zagrożenia
Czas przebywania w strefie zagrożenia nie może spowodować przekroczenia którejkolwiek z trzech niżej
przedstawionych wartości
1. DE(f) < DdE(f)
2. DH(f) < DdH(f)
3. W < 1
gdzie
DE(f), DH(f)  doza rzeczywista pola elektrycznego i magnetycznego o częstotliwości f
DdE(f), DdH(f)  doza dopuszczalna pola elektrycznego i magnetycznego o częstotliwości f (tabl.1)
W  wskaz
nik ekspozycji dla dozy rzeczywistej pola elektrycznego dozy rzeczywistej pola magnetycznego
W = [ DE(f)/DdE(f) ] + [ DH(f)/DdH(f) ]
DE(f) = [E(f)]2t
DH(f) = [H(f)]2t
t  czas występowania pola o natężeniu E(f), H(f)
Dalsze szczegółowe uregulowania, dotyczące wartości dopuszczalnych natężeń pola elektrycznego i
magnetycznego, znajdują się Rozporządzeniu Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29.11.2002r.
Działania zmierzające do ograniczenia narażenia na działanie zmiennych pól elektromagnetycznych można zawrzeć
w trzech grupach:
1. Techniczne zabezpieczenie przed ekspozycją
- ograniczanie emisji pól poprzez właściwe projektowanie i wytwarzanie urządzeń,
- ekranowanie z
ródeł (nie tylko elementu wykonawczego urządzenia, ale także linii przesyłowych energii
w.cz. począwszy od generatora). Stosowane są blachy żelazne i aluminiowe oraz mosiężne lub miedziane
siatki o wielkości oczek dostosowanej do częstotliwości promieniowania,
- rozmieszczenie z
ródeł zapewniające rozdzielenie stref ochronnych,
- stosowanie barier, ogrodzeń.
2. Działania organizacyjne
- ograniczenie czasu narażenia,
5
dr inż. Ryszard Dębkowski
- oznakowanie z
ródeł i stref ochronnych,
- profilaktyka medyczna (przeciwwskazania: choroby ośrodkowego układu nerwowego, padaczka, choroby
gruczołów dokrewnych, choroby aparatu przeziernego oka),
3. Ochrony osobiste (ubrania ekranujące, hełmy)
Tabela 1.
E1(f)
Lp. Zakres częstotliwości DdE(f)
[V/m]
1 0 Hz d" f d" 20.000 3.200 (kV/m)2 x h
d" d"
d" d" 0,5 Hz
d" d"
2 0,5 Hz < f d" 10.000 800 (kV/m)2 x h
< d"
< d" 300 Hz
< d"
3 0,3 kHz < d" 1 kHz 100/f 0,08/f2 (kV/m)2 x h
< f d"
< d"
< d"
4 1 kHz < d" 3 MHz 100 0,08 (kV/m)2 x h
< f d"
< d"
< d"
5 3 MHz < f d" 300/f 0,72/f2 (kV/m)2 x h
< d"
< d" 15 MHz
< d"
6 15 MHz < f d" 20 3.200 (V/m)2 x h
< d"
< d" 3 GHz
< d"
7 3 GHz < f d" 0,16 f + 19,5 (f/2 + 55)2 (V/m)2 x h
< d"
< d" 300 GHz
< d"
H1(f)
Lp. Zakres częstotliwości DdH(f)
[A/m]
1 0 Hz d" f d" 8.000 512 (kA/m)2 x h
d" d"
d" d" 0,5 Hz
d" d"
2 0,5 Hz < f d" 200 0,32 (kA/m)2 x h
< d"
< d" 50 Hz
< d"
3 0,05 kHz < f d" 10/f 800/f2 (A/m)2 x h
< d"
< d" 1 kHz
< d"
4 1 kHz < d" 800 kHz 10 800 (A/m)2 x h
< f d"
< d"
< d"
5 0,8 MHz < f d" 8/f 512/f2 (A/m)2 x h
< d"
< d" 150 MHz
< d"
6 0,15 GHz < f d" 0,053 0,022 (A/m)2 x h
< d"
< d" 3 GHz
< d"
6