СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ЧЕЛОВЕКА
METHOD FOR PREDICTION OF BIOLOGICAL EXPOSURE OF ELECTRIC FIELD ON HUMAN BODY

Изобретение относится к медицине, а именно к области медицины труда, и может быть использовано при проведении гигиенической оценки условий труда на рабочем месте.
Известен способ прогнозирования биологического воздействия электрического поля на человека, заключающийся в измерении напряженности электрического поля, сравнении полученного результата с предельно допустимым уровнем (ПДУ) электрического поля и прогнозировании неблагоприятного изменения в состоянии здоровья человека на частоте 50 Гц и в диапазоне частот 10÷30 кГц (Электромагнитные поля в производственных условиях: СанПиН 2.2.4.1191-03, М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003, с.12-16).
Однако данный способ не позволяет прогнозировать биологическое воздействие электрического поля на человека в диапазоне частот 3 Гц÷30 кГц.
Известен способ прогнозирования биологического воздействия электрического поля на человека, заключающийся в измерении напряженности электрического поля в диапазоне 3 Гц÷30 кГц, сравнении полученного результата с предельно допустимым уровнем электрического поля (DIRECTIVE 2004/40/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 29 April 2004 on the minimum health and safety requirements regarding the exposure of workers to the risks arising from physical agents (electromagnetic fields) (18th individual Directive within the meaning of Article 16(1) of Directive 89/391/EEC). - Official Journal of the European Union, 24.5.2004 EN. - p. L 184/9) - прототип.
Однак, данный способ трудоемок, поскольку требует проведения измерений напряженности электрического поля на каждой конкретной частоте и сравнения с предельно допустимым уровнем каждой частотной компоненты электрического поля. Кроме того, реализация такого способа требует применения дорогостоящего оборудования.
Задачей предложенного технического решения является упрощение способа и повышение объективности прогнозирования степени вредного воздействия электрических полей в диапазоне частот 3 Гц÷30 кГц на здоровье работников с учетом особенности их биологического воздействия в зависимости от декадных полос частот.
Целью предложенного технического решения является упрощение способа и повышение объективности прогнозирования степени вредного воздействия электрических полей на здоровье человека в диапазоне частот 3 Гц÷30 кГц при одновременном снижении трудоемкости, стоимости и сокращении времени исследований.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе прогнозирования биологического воздействия электрического поля на человека, заключающемся в измерении напряженности электрического поля в диапазоне 3 Гц÷30 кГц и сравнении полученного результата с предельно допустимым уровнем электрического поля, предварительно устанавливают декадную полосу частот электрического поля, воздействующего на человека (3÷30 Гц, 30÷300 Гц, 300 Гц ÷ 3 кГц, 3÷30 кГц), проводят измерения напряженности электрического поля на различных частотах в установленной декадной полосе, после этого определяют среднеквадратичное корректированное значение напряженности электрического поля с учетом частотной зависимости биоэффектов по формуле
<mrow><msub><mi>E</mi><mi>w</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>A</mi><mi>D</mi></msub><msqrt><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mrow><msub><mi>w</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mrow /><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><msubsup><mi>E</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow></mstyle></mrow></msqrt></mrow>
,
w
где E - среднеквадратичное корректированное значение напряженности электрического поля (В/м),
i
i
E - среднеквадратичная напряженность электрического поля при частоте f воздействия электрического поля (В/м),
fi
i
w - коэффициент частотной коррекции при частоте f воздействия электрического поля,
D
A - декадный нормировочный множитель,
fi
i
при этом коэффициент w частотной коррекции при частоте f воздействия электрического поля определяют по формуле
<mrow><msub><mi>w</mi><mrow><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2000</mn><mo>/</mo><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow>
,
D
а декадный нормировочный множитель A - по формуле
<mrow><msub><mi>A</mi><mi>D</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msqrt><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><mo>∫</mo><mrow><msub><mi>w</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mrow /><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>⋅</mo><mi>d</mi><mi>f</mi><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mi>B</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>f</mi><mi>H</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mstyle></mrow></msqrt></mrow>
,
H
где f - нижняя граница декадной полосы частот (Гц),
B
f - верхняя граница декадной полосы частот (Гц),
далее сравнивают полученное среднеквадратичное корректированное значение напряженности электрического поля, воздействующего на человека в данной декадной полосе, со значением его предельно допустимого уровня и при его превышении прогнозируют возможность развития неблагоприятных изменений в состоянии здоровья человека.
При прогнозировании неблагоприятного влияния на здоровье человека электрического поля среднеквадратичное корректированное значение напряженности электрического поля является интегральной энергетической характеристикой, учитывающей эффект частотной зависимости биологического воздействия электрического и магнитного поля. Среднеквадратичное корректированное значение напряженности представляет собой величину напряженности электрического и магнитного поля, усредненную по частоте в декадных полосах частот от 3 Гц до 30 Гц, от 30 Гц до 300 кГц, от 300 Гц до 3 кГц, от 3 кГц до 30 кГц с учетом коэффициентов частотной коррекции, характеризующих частотную зависимость степени неблагоприятного воздействия поля на человеческий организм.
Источниками электрического и магнитного поля в диапазоне частот 3 Гц - 30 кГц являются индукционные печи, физиотерапевтическое оборудование, средства радиосвязи, электротранспорт, энергопотребляющее оборудование, создающее гармоники тока промышленной частоты 50 Гц, сети переменного тока частотой 400 Гц, 1000 Гц и 6000 Гц на судах и в авиации; тиристорные преобразователи, генерирующие сильные токи на частотах 250 Гц и 2500 Гц, электробытовая техника, компьютерное оборудование, энергосберегающие светильники местного и общего освещения, импульсные источники тока и др.
Способ используют следующим образом.
В производственных условиях на рабочем месте человека, осуществляющего трудовую деятельность в условиях воздействия электрического поля, предварительно устанавливают декадную полосу частот электрического поля, воздействующего на человека (3÷30 Гц, 30÷300 Гц, 300 Гц ÷ 3 кГц, 3÷30 кГц), проводят измерения напряженности электрического поля на различных частотах в установленной декадной полосе, после этого определяют среднеквадратичное корректированное значение напряженности электрического поля с учетом частотной зависимости биоэффектов по формуле
<mrow><msub><mi>E</mi><mi>w</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>A</mi><mi>D</mi></msub><msqrt><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mrow><msub><mi>w</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mrow /><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><msubsup><mi>E</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow></mstyle></mrow></msqrt></mrow>
,
w
где E - среднеквадратичное корректированное значение напряженности электрического поля (В/м),
i
i
E - среднеквадратичная напряженность электрического поля при частоте f воздействия электрического поля (В/м),
fi
i
w - коэффициент частотной коррекции при частоте f воздействия электрического поля,
D
A - декадный нормировочный множитель,
fi
i
при этом коэффициент w частотной коррекции при частоте f воздействия электрического поля определяют по формуле:
<mrow><msub><mi>w</mi><mrow><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2000</mn><mo>/</mo><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow>
,
D
а декадный нормировочный множитель A - по формуле
<mrow><msub><mi>A</mi><mi>D</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msqrt><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><mo>∫</mo><mrow><msub><mi>w</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mrow /><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>⋅</mo><mi>d</mi><mi>f</mi><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mi>B</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>f</mi><mi>H</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mstyle></mrow></msqrt></mrow>
,
H
где f - нижняя граница декадной полосы частот (Гц),
B
f - верхняя граница декадной полосы частот (Гц).
Далее сравнивают полученное среднеквадратичное корректированное значение напряженности электрического поля в данной декадной полосе со значением предельно допустимого уровня (см. СанПиН 2.1.8/2.2.4.2013 «Электрические и магнитные поля в диапазоне частот 3 Гц ÷ 30 кГц в производственных и жилых помещениях»). При его превышении прогнозируют возможность развития неблагоприятных изменений в состоянии здоровья человека. При этом рекомендуют: при превышении ПДУ электрического поля для 8-часового рабочего дня сократить время пребывания в рабочей зоне до 2-х часов; при превышении ПДУ для 2-х часов работы рекомендуют применение средств коллективной и/или индивидуальной защиты, и/или удаление рабочего места от источника на такое расстояние, где напряженность электрического поля будет соответствовать ПДУ, учитывая, что напряженность электрического поля убывает с квадратом расстояния.
Пример 1.
Рабочий Н. (29 л.) в производственных условиях на рабочем месте осуществляет трудовую деятельность в условиях воздействия электрического поля, источником которого является импульсный источник питания.
Предварительно из технической документации устанавливаем декадную полосу частот электрического поля, воздействующего на человека в данных условиях работы (3÷30 кГц). Проводим измерения напряженности электрического поля на различных частотах в установленной декадной полосе 3÷30 кГц (таблица 1).
Таблица 1.
Напряженность электрического поля на различных частотах в установленной декадной полосе
Частота (f<sub>i</sub>), Гц
Напряженность электрического поля на частоте f<sub>i</sub> (E<sub>i</sub>), В/м
Коэффициент частотной коррекции <maths num="7"><math display="block"><mrow><msub><mi>w</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mrow /><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow></math><img file="00000007.tif" he="8" wi="8" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
3660
905
0.7700
7320
328
0.3905
10980
160
0.9679
14640
160
0.9817
i
i
где E - напряженность электрического поля частоты f (В/м);
fi
i
w - коэффициент частотной коррекции при частоте f воздействия электрического поля;
fi
Коэффициент w определяем по формуле
<mrow><msub><mi>w</mi><mrow><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2000</mn><mo>/</mo><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow>
,
i
где f - частота воздействия электрического поля.
После этого определяем среднеквадратичное корректированное значение напряженности электрического поля, воздействующего на человека в данной декадной полосе 3÷30 кГц с учетом частотной зависимости развития биоэффектов по формуле
<mrow><msub><mi>E</mi><mi>w</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>B</mi><mo>/</mo><mi>м</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>A</mi><mi>D</mi></msub><msqrt><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mrow><msub><mi>w</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mrow /><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><msubsup><mi>E</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow></mstyle></mrow></msqrt></mrow>
.
i
<mrow><msub><mi>w</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mrow /><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
Значения E и
приведены в таблице 1.
D
A - декадный нормировочный множитель, определяется по формуле
<mrow><msub><mi>A</mi><mi>D</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msqrt><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><mo>∫</mo><mrow><msub><mi>w</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mrow /><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>⋅</mo><mi>d</mi><mi>f</mi><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mi>B</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>f</mi><mi>H</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mstyle></mrow></msqrt></mrow>
,
H
где f - нижняя граница декадной полосы частот,
B
f - верхняя граница декадной полосы частот.
<mrow><msub><mi>A</mi><mi>D</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msqrt><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><mo>∫</mo><mrow><msub><mi>w</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mrow /><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>⋅</mo><mi>d</mi><mi>f</mi><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>30000</mn><mo>−</mo><mn>3000</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mstyle></mrow></msqrt><mo>=</mo><mn>1,029</mn></mrow>
,
w
при этом E - среднеквадратичное корректированное значение напряженности электрического поля равно:
w
2
2
2
2
0.5
E=1,029·(0,7700·905+0,3905·328+0,9679·160+0,9817·160)=874 В/м.
Среднеквадратичное корректированное значение напряженности электрического поля, воздействующего на человека, в данной декадной полосе составляет 874 В/м, что превышает ПДУ, равный 500 В/м.
Следовательно, корректированное значение напряженности электрического поля, воздействующего на человека, в данной декадной полосе превышает предельно допустимый уровень на 374 В/м или примерно в 1,75 раз, что позволяет прогнозировать возможность развития неблагоприятных изменений в состоянии здоровья работника.
Работнику и работодателю рекомендовано сократить время работы в условиях воздействия электрического поля в декадной полосе от 3 кГц до 30 кГц до 2-х часов.
Пример 2.
Рабочий К. (50 л.) в производственных условиях на рабочем месте осуществляет трудовую деятельность в непосредственной близости от станка с программным управлением (источник электрического поля).
Предварительно из технической документации устанавливаем декадную полосу частот электрического поля, воздействующего на человека (300 Гц÷3 кГц). Проводим измерения напряженности электрического поля на различных частотах в установленной декадной полосе 300 Гц÷3 кГц на частотах 300 Гц, 400 Гц, 500 Гц и 600 Гц (см. таблицу 2).
Таблица 2.
Напряженность электрического поля на различных частотах и на различных расстояниях от источника воздействия на человека
Частота (f<sub>i</sub>), Гц
Напряженность поля на частоте f<sub>i</sub> (E<sub>i</sub>) на рабочем месте вблизи источника поля (расстояние около 50 см), В/м
Напряженность поля на частоте f<sub>i</sub> (E<sub>i</sub>) на удвоенном расстоянии (100см) от источника поля, В/м
300
2580
1170
400
1870
864
500
1081
592
600
578
59
E<sub>w</sub> в декадной полосе 300÷3000 Гц
1006
496
После этого определяем корректированное значение напряженности электрического поля, воздействующего на человека в данной декадной полосе с учетом частотной зависимости развития биоэффектов по формуле
<mrow><msub><mi>E</mi><mi>w</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>A</mi><mi>D</mi></msub><msqrt><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><mrow><msub><mi>w</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mrow /><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><msubsup><mi>E</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow></mstyle></mrow></msqrt></mrow>
,
w
где E - среднеквадратичное корректированное значение напряженности электрического поля (В/м),
i
i
E - среднеквадратичная напряженность электрического поля при частоте f воздействия электрического поля (В/м),
fi
i
w - коэффициент частотной коррекции при частоте f воздействия электрического поля,
D
A - декадный нормировочный множитель,
fi
i
при этом коэффициент w частотной коррекции при частоте f воздействия электрического поля определяют по формуле:
<mrow><msub><mi>w</mi><mrow><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2000</mn><mo>/</mo><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow>
,
D
а декадный нормировочный множитель A - по формуле
<mrow><msub><mi>A</mi><mi>D</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msqrt><mrow><mstyle displaystyle="true"><mrow><mo>∫</mo><mrow><msub><mi>w</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mrow /><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>⋅</mo><mi>d</mi><mi>f</mi><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>f</mi><mi>B</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>f</mi><mi>H</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mstyle></mrow></msqrt></mrow>
,
H
где f - нижняя граница декадной полосы частот (Гц),
B
f - верхняя граница декадной полосы частот (Гц).
Корректированное значение напряженности электрического поля, воздействующего на человека, в декадной полосе 300 Гц÷3 кГц на расстоянии 50 см составляет 1006 В/м, что превышает ПДУ в данном диапазоне частот, равный 600 В/м (для воздействия более 2 ч).
При размещении рабочего места в непосредственной близости от источника время воздействия (то есть время работы станка) должно быть ограничено 2 часами.
Соблюдение гигиенических требований может быть достигнуто также при размещении рабочего места на удвоенном расстоянии от источника (100 см).
Предложенное техническое решение позволяет упростить способ и повысить объективность прогнозирования степени вредного воздействия электрических полей на здоровье человека в диапазоне частот 3 Гц÷30 кГц при одновременном снижении трудоемкости, стоимости и сокращении времени исследований.
Предлагаемый способ может быть использован при осуществлении контроля на любом производстве при наличии источников электрического поля, воздействующего на работника, в том числе органами Роспотребнадзора и при аттестации рабочих мест.