Автотранспортное средство как источник электромагнитной опасности

УДК 504.05

АВТОТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО КАК ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОПАСНОСТИ

А-М.Кухарев1, М.В.Евдокимов2

Санкт-Петербургский государственный экономический университет (СПбГЭУ),

191023, Санкт-Петербург, ул. Садовая, 21

Рассмотрено воздействие современных автомобилей и автомобильных потоков на окружающую среду и здоровье человека. Приводятся данные о том, что увеличение скорости, объема и интенсивности транспортных потоков в современном обществе, а также появление таких новых видов автотранспорта, как электромобили, повышают уровень электромагнитного излучения. Также рассматривается влияние такого излучения на организм людей как поживающих или просто находящихся вдоль автомагистралей, так и людей, находящихся непосредственно в автомобилях (пассажиров и водителей). Обосновывается необходимость увеличения проводимых исследований, направленных на изучение электромагнитного воздействия современных автотранспортных средств на среду обитания человека и на его здоровье, а также разработку предложений по снижению такого негативного воздействия.

Ключевые слова: интенсивность транспортных потоков, новые виды автотранспорта, электромобили, электромагнитное излучение, среда обитания человека, здоровье, негативное воздействие.

VEHICLE AS A SOURCE OF ELECTROMAGNETIC HAZARD

A.M. Kuharev, M.V. Evdokimov

St. Petersburg state University of Economics (SPbSEU), 191023, Saint-Petersburg, Sadovaya street, 21

Authors of this article explore deterioration of electromagnetic situation in environment. Increasing of speed, volume and intensity of modem vehicles flow and spread of electric vehicles increased level of electromagnetic hazard. Also in this article authors consider impact of such hazard on those human’s health who are leaving near motorways and on humans who are sitting inside vehicles (passengers and drivers). In accordance of all facts necessity of increasing quantity of electromagnetic impact’s on environment, human’s health researches and on development proposals how to decrease negative impact.

Ключевые слова: intensity of transport streams, new means of transport, elektrik cars, elektro magnetic radiation, the human environment, health, negative impact.

Современный автомобиль является, с одной стороны, одним из достижений научно-технического прогресса, который делает человека более мобильным и обеспечивает комфорт передвижения, а с другой - оказывает серьезное негативное воздействие, как на окружающую среду, так и на человека. Сегодня принято оценивать экологичность автомобиля лишь по содержанию вредных веществ в отработавших газах и воздействию этих выбросов на атмосферу. Однако ухудшение электромагнитной обстановки территорий может быть вызвано внутренними и внешними полями автотранспортных средств [1].

На характер электромагнитного излучения (ЭМИ) автомобиля влияют:

- степень сжатия двигателя;

1Кухарев Алексей Михайлович — доктор технических наук, профессор кафедры"Технология обслуживания транспортных средств", СПбГЭУ, тел.: (812) 368-42-85, email: tote_prog_l@mail.ru;

2Евдокимов Максим Вадимович — заведующий лабораторией кафедры"Технология обслуживания транспортных средств", СПбГЭУ, тел.: (812) 368-42-85,, email: tote_prog_l@mail.ru

- использование пластмассовых или металлических крыльев, крыш, облицовки кузова, воздушных фильтров;

- размеры, форма распределителя и катушки зажигания, место их расположения в моторном отделении;

- длина, размещение и качество высоковольтных проводов;

- размеры и форма моторного отделения;

- расстояние между колесами и моторным отделением;

- правое или левое управление, поскольку это влияет на компоновку деталей в моторном отсеке;

- наличие электронных средств в системе зажигания;

- наличие сервисных механизмов, вычислительных систем и радиопередающих устройств - техническое состояние всех систем и узлов, формирующих ЭМИ;

- работоспособность систем подавления

ЭМИ;

- характер режима и условия движения автомобиля.

По разным литературным источникам процент, электромагнитного загрязнения городской среды от автотранспортных средств может достигать до 30 %. Показатели электромагнитного поля (ЭМП) в зависимости от интенсивности движения автотранспорта представлены в табл. 1.

Таблица 1 — Показатели электромагнитного поля

Интен- сивность движе- ния Частотный диапазон

5 Гц-2 кГц 2 кГц-400 кГц 50 Гц

Характеристики ЭМП

Е, В/м в, мкТл Е, В/м в, мкТл Е, В/м в, мкТл

40 АТС/ми н 7 0.1 0.3 1 2 2

60 АТС/ми н 16 0.3 0.9 1 6 3

В настоящее время процент ЭМП от автомобильного транспорта в городах значительно возрос. Процент ЭМП возрастает из-за увеличения:

- транспортных потоков;

- количества и мощности электрооборудования отдельно взятого автотранспортного средства.

Автотранспортное средство хотя и является сравнительно маломощным источником электромагнитного излучения (ЭМИ), однако проблема ЭМИ существует. Вместе с тем, до сих пор не существует четкого определения того, какой уровень воздействия вреден для здоровья. Официальные тесты безопасности большинства стран не измеряют силу таких полей в автомобилях. Природа электромагнитного излучения связана с вихревыми электрическими и магнитными полями. Степень воздействия определяется количеством энергии электромагнитных излучений в зависимости от частоты или длины волны. По электрическим свойствам большинство живых тканей на частотах более 60 кГц можно рассматривать как аномальные диэлектрики.

Техногенный фон, создаваемый потоком автотранспортных средств, оснащенных системой зажигания, на автомагистралях и в густонаселенных пунктах в период интенсивного движения значительно преобладает над естественным. Наиболее высокий уровень напряженности электромагнитного поля наблюдается в городах и промышленных зонах. Анализ показывает, что электромагнитная обстановка будет ухудшаться, так как число автомобилей растет. Ситуация усугубляется тем, что в процессе эксплуатации уровень электромагнитного излучения в частности от системы зажигания автомобиля возрастает вследствие процессов старения различных конструкций и элементов, влияющих на параметры ЭМП.

В первую очередь, это касается автотранспортных средств, оснащенных двигателем внутреннего сгорания. В частности, на автомобилях, оснащенных бензиновыми двигателями внутреннего сгорания, источниками ЭМП являются приборы системы зажигания и электрооборудования. Причем приборы системы зажигания (свечи зажигания, распределитель зажигания, высоковольтные провода) и электрооборудование автомобилей являются первичными излучателями электромагнитных волн, а элементы кузова, детали моторного отсека, капот, крылья, решетка радиатора - вторичными. ЭМП генерируется током, который протекает в высоковольтном контуре силовой установки. В целом автомобиль является контуром, собственные характеристики индуктивности и емкости которого зависят от многих факторов.

По данным отечественных исследователей (ученый В. И Кириченко) от 15 до 45% автомобилей имеют уровень электромагнитных помех выше установленных норм. Вместе с тем, группа автотранспортных средств может создать уровень ЭМП, который на порядок выше, чем от одного автомобиля. Мощность излучения некоторых источников в определенной узкой полосе частот например, у радиопередатчиков больше, чем мощность излучения в такой же полосе частот от системы зажигания, ЭМП, которое создано автомобилем, вносит наибольший вклад в электромагнитное загрязнение окружающей среды. Нормируемая напряженность поля ЭМИ автомобиля не должна превышать в диапазоне 30 - 1000 МГц значений 34 дБ.

Проблема ЭМП стала еще более актуальной в условиях быстрого развития автотранспорта, в том числе электромобилей. Современный электромобиль - конструкция с об-

легчёнными ходовой частью и кузовом, особой трансмиссией и удобным для смены аккумуляторной батареи. Ток от аккумуляторной батареи подходит к двигателю через систему тиристорных блоков управления. При использовании двигателя переменного тока в систему включают преобразователь. Электродвигатель устанавливается либо спереди или сзади. Природа ЭМП в электромобиле является значительно более сложной, чем в автомобиле, оснащенном двигателем внутреннего сгорания. В электромобиле ЭМП с высокой плотностью энергии оказывают вредное воздействие непосредственно на организм человека.

Увеличение количества и мощности электрооборудования автомобилей, а также появление на городских автодорогах гибридных автомобилей приведет к значительному увеличению электромагнитного фона вдоль автомобильных дорог. Электрооборудование современных автомобилей работает в частотных диапазонах, представленных в табл. 2.

Основным источником электромагнитного поля, в гибридных автомобилях является асинхронный электродвигатель переменного тока промышленной частоты 50 Гц и необходимый для его работы преобразователь напряжения - инвертор. Асинхронный электродвигатель на гибридных автомобилях функционирует не только как мотор, но и выполняет функцию генератора. В начале движения и при движении на малых скоростях электродвигатель работает как мотор, а в процессе торможения выступает в роли генератора. С появлением на дорогах гибридных автомобилей произойдет повышение показателей электромагнитного поля на частоте 50 Гц, а также на частотах, которые обусловлены работой преобразователя напряжения.

В результате концентрация большого количества мощной автомобильной электроники сосредотачивается в пределах небольшого по размерам автотранспортного средства. Кроме того, батареи и силовые кабели в гибридах часто расположены близко к водителю и пассажирам, а, следовательно, электрический ток, который приводит в действие двигатель гибрида на малых скоростях (и помогает бензиновому мотору при движении на трассе), создает магнитные поля, которые, согласно некоторым исследованиям, представляют серьезный риск для здоровья человека в результате воздействия ЭМП. Увеличение источников электромагнитного воздействия привело к расширению частотного диапазона ЭМП, которое для гибридного автомобиля лежит в пределах от 5 Гц до 1 Ггц.

Следует отметить, что влияние ЭМП обычно довольно длительно, в отличие от использования, например, бытовых электроприборов, ведь водители зачастую проводят за рулем несколько часов подряд. Поэтому многие владельцы гибридных автомобилей решили протестировать свои машины на уровень электромагнитных полей с помощью простых «ручных» измерительных приборов, и, по словам некоторых из них, результаты получились достаточно «тревожными». Так, несколько научных учреждений, включая американские национальный институт здоровья и институт рака, подтверждают потенциальную опасность длительного воздействия сильного ЭМП и провели ряд исследований по изучению возможной связи раковых заболеваний с проживанием возле высоковольтных магистралей.

Измерения рекомендуется проводить при условии:

- расположения автомобиля на горизонтальной площадке;

- отсутствия атмосферных осадков;

- двери, капот, багажник - должны быть закрыты.

Двигатель должен:

- быть прогрет до нормальной рабочей температуры (95 °С);

- работать с частотой вращения 1500±2200 мин.

Измерительная антенна прибора для замера уровня ЭМИ должна располагаться напротив центра автомобиля на расстоянии 10 м и на высоте 3 м, спереди или сзади (в зависимости от расположения двигателя) и сбоку, со стороны расположения антенны радиоприем-

Таблица 2 - Частотный диапазон электрооборудования автомобиля

Источники ЭМП Частотный диапазон

Значения Единицы измерения

Система зажигания 1-500 МГц

Система электрооборудования (цепь) 0-500 МГц

Электродвигатели основных потребителей 0.5-250 МГц

ника автомобиля. Результатом измерений на данной частоте считают наибольшее из полученных значений для всех вариантов взаимного расположения автомобиля и измерительной антенны.

Тем не менее, представители компаний Нопёа и Тоуо1а, являющихся на данный момент основными производителями гибридов, заявляют, что, согласно результатам внутренних тестов, их машины не представляют угрозы здоровью людей.

В свою очередь, специалисты в отрасли гибридных автомобилей говорят, что особого повода для тревоги нет, однако и полностью игнорировать потенциальную опасность не стоит. «Ошибочно будет «ухватиться» за вывод об опасности ЭМП гибридов, так же неправильно и «отмахиваться» от тревожных предпосылок. Сами водители гибридов также обеспокоены мощностью электромагнитного излучения в своих автомобилей. Правда, эксперты при этом отмечают, что с помощью бытовых детекторов довольно сложно получить обоснованные результаты.

Следует признать, что тесты, проводимые владельцами гибридов, по своей чистоте действительно далеки от исследований автопроизводителей. Специалисты отмечают, что тяжело оценивать какие-либо показатели, не зная при этом, как проводились испытания.

Проблематичным является и определение опасного уровня низкочастотной «радиации», отчасти потому, что доза зависит не только от расстояния к источнику, но и продолжительности воздействия. Некоторые эксперты попытались разработать процедуру для тестирования гибридов на уровень ЭМП. В основном большинство специалистов по ЭМП отмечают, что во время проверок гибридов действительно отмечаются пиковые значения, тем не менее, никто с уверенностью не может сказать, насколько это вредно для здоровья человека. Ученые надеются, что соответствующие выводы будут сделаны в недалеком будущем.

Однако данный вопрос во многом зависит от крупных автоконцернов, которые, по понятным причинам, спешить не собираются, ведь для них подобные исследования, как и необходимость разработки экранирующих элементов, означают новые затраты, не говоря уже о падении «имиджа» зарождающегося класса автомобилей. И все же, не хотелось бы, чтобы в погоне за экономией и экологичностью был

избран очередной тупиковый вариант развития средств передвижения с пагубным воздействием на человека.

Установлено, что при движении транспортных средств в потоке возможно явление резонанса ЭМИ в диапазонах частот (48...53), (76...82), (186... 192) и (220...225) МГц, что приводит к увеличению среднего уровня излучения на 23, 16, 8 и 5дБ соответственно.

В целом уровень ЭМИ потока транспортных средств может быть уменьшен в результате:

- снижения времени нахождения на перекрестках;

- увеличения средних скоростей движения;

- обеспечения режима «зеленой волны», т.е. движения с постоянной скоростью и т.д.

Кроме опасности электромагнитного загрязнения окружающей среды вне автомобиля, существует еще опасность воздействия ЭМИ на людей, находящихся внутри салона автомобиля из-за:

- все большего насыщения обитаемого отсека различными приборами и устройствами, способными формировать электромагнитное поле;

- увеличения площади остеклённости.

Выводы

1. Необходимо проводить исследования спектральных характеристик различных источников, по выявлению механизма возникновения внешних и внутренних ЭМП, определение пространственного распределения ЭМП автомобиля.

2. В настоящее время являются актуальными исследования, направленные на:

- электромагнитный прогноз транспортных потоков на автодорогах;

- определение внешних и внутренних ЭМП гибридных и электромобилей на этапе их создания;

- разработку предложений по снижению негативного воздействия ЭМП автотранспортных средств на окружающую среду.

Литература

1. Селиванов С.Е., Филенко В.В., Каразина В.Н., Бажннов А.В., Будянская Э.Н. Электромагнитные загрязнения биосферы автотранспортом (автомобили, электромобили, гибридные автомобили)// Автомобильный транспорт. 2009 . № 25