Глава 3. Теоретическая и экспериментальная оценка электромагнитных излучений

3.1. Оценка электромагнитных излучений персональных компьютеров

Электромагнитное излучение, создаваемое персональным компьютером, имеет сложный спектральный состав в диапазоне частот от 0 Гц до 1000 МГц. Электромагнитное излучение имеет электрическую ( Е ) и магнитную ( Н ) составляющие, и их оценка производится раздельно. Пример спектральной характеристики излучений ПК в диапазоне 10 Гц - 400 кГц приведен на рис. 36.

Рис. 36. Спектральная характеристика ПК в диапазоне 10 Гц - 400 кГц

3.1.1. Излучающие устройства в дисплеях

Основными источниками электромагнитного излучения видеодисплейного терминала являются электронно-лучевая трубка, узлы разверток, импульсный источник питания, видеоусилитель.

Электронная пушка излучает электроны в направлении человека. При соударении электронов и передней стенкой электронно-лучевой трубки (экрана) в результате торможения электронов возникают различные излучения. Кроме этого, для разгона электронов используется высокое напряжение, порядка десятков киловольт. Поэтому вокруг монитора присутствует электростатическое поле, наиболее сильное сзади и по бокам.

В обычных видеодисплейных терминалах, использующих ЭЛТ, имеют место три различных процесса, которые дают вклад в увеличение переменных электрических излучений:

•  излучения, формируемые напряжением сетевого электропитания и теми элементами, которые служат для подключения к сетевому электропитанию. Доминирующая частота таких излучений совпадает с частотой сети и составляет для России 50 Гц. В том случае, если используется блок питания импульсного типа, может также иметь место генерирование излучений с частотами от 20 до 100 кГц;

•  схемы управления вертикальным перемещением электронного пучка в электронно-лучевой трубке вместе со схемой частотного восстановления экрана могут давать увеличение переменных излучений в диапазоне частот от 50 Гц до 2 кГц. В результате воздействия напряжения, предназначенного для отклонения электронного пучка по горизонтали, и в результате сканирования отдельных строк или символов на экране может иметь место увеличение напряженности переменных излучений в диапазоне частот от 2 до 400 кГц;

•  импульсный источник питания также вносит существенный вклад в общий уровень генерируемого электромагнитного излучения на частотах от 10 до 500 кГц. Причиной образования высокочастотного электромагнитного излучения в нем являются коммутационные процессы, обусловленные работой ключевых элементов - диодов сетевого и выходного выпрямителей и транзистора импульсного преобразователя. Уровень излучения от сетевого выпрямителя во многом определяется инерционными свойствами используемых диодов.

В качестве примера рассмотрим результаты испытаний нескольких типов ПК с дисплеями на ЭЛТ по эмиссионным параметрам. Измерения эмиссионных параметров всех видов ПК проводились с использованием как шведских, так и российских приборов, разработанных предприятием «Циклон-Тест».

3.1.2. Результаты измерений электромагнитного поля дисплеев

Рис. 37. Результаты измерений электромагнитного поля дисплеев

Авторы книги [2] отмечают факт наличия зоны выхода за пределы норм и сложную форму распределения электромагнитных излучений, которая в ряде случаев может приводить к большей опасности облучения соседей по рабочему помещению, нежели пользователей данного ПК.

Рис. 38. Результаты измерений электромагнитного излучения
дисплеев и персональных компьютеров

Авторы [2] обращают внимание на тот факт, что на одной из моделей испытанных мониторов имеются знаки соответствия требованиям MPRII и подтверждения параметров, проставленные испытательной фирмой TUF (Германия). Однако, как видно из диаграмм (рис. 38), нормы MPRII в первом диапазоне (5 Гц ... 2 кГц) и по электрической и по магнитной составляющей превышены в десятки раз.

В настоящее время на рынке представлено огромное количество персональных компьютеров и защитных фильтров. По данным Центра по электромагнитной безопасности, среди компьютеров, которые находятся в эксплуатации в различных организациях, лишь 10 - 15% полностью удовлетворяют требованиям шведского стандарта 1990 года. Безусловно, каждое изделие должно иметь сертификат безопасности.

Даже среди самых современных выпускаемых за рубежом дорогих 17" дисплеев далеко не все имеют ЭЛТ с противобликовой обработкой. Единичные типы имеют покрытие AGRAS (антиблик, антистатик, контрастирование), чуть больше дисплеев с покрытием ARAS (антиблик, антистатик) и ARAG (антиблик, контрастирование). Некоторые фирмы, например, NEC в модели MultiSync 5 Fge, не наносят антиблик, а рекомендуют устанавливать защитный фильтр. Чтобы не было заметно мельканий, в соответствии с рекомендацией VESA (Ассоциация стандартов по видеоэлектронике) эргономичный современный дисплей должен иметь частоту кадров не менее 75 Гц при всех диапазонах разрешающей способности от 640х480 до 1280х1024.

В табл. 20 представлены данные Государственного комитета по санитарно-эпидемиологическому надзору по излучательным характеристикам некоторых моделей персональных компьютеров, представленных для проведения сертификационных испытаний или находящихся в эксплуатации. Поэтому в настоящее время потребителю приходится изыскивать пути, с помощью которых он мог бы получить сведения о реальных значениях излучательных характеристик оборудования. Ситуация осложняется тем, что большинство помещений, особенно в домах старой постройки, спроектировано без учета требований по разводке электрических проводов. В связи с этим необходимо проводить замеры и фоновых электромагнитных излучений.

ТАБЛИЦА 20

Излучательные характеристики некоторых моделей мониторов

Примечание. Измерения проводились в реальных условиях, т.е. на реальных рабочих местах. В данном случае уровень фонового излучения превышает пределы измерения.

Н1, Н2 - переменное магнитное поле в полосах частот 5 ... 2000 Гц и 2 ... 400 кГц соответственно;

Е1, Е2 - переменное электрическое поле в полосах частот 5 ... 2000 Гц и 2 ... 400 кГц соответственно.

В скобках указаны требования стандарта Швеции MPR 1990:08.

Как видно из таблицы, ряд представленных в ней мониторов не удовлетворяет требованиям международных стандартов (MPR 1990:08), что еще раз указывает на необходимость повсеместного контроля за излучательными характеристиками оборудования, которым укомплектованы рабочие места операторов.

В течение 1994-1996 годов сотрудниками Центра электромагнитной безопасности при участии сотрудников Лаборатории измерения параметров электромагнитной совместимости ВНИИФТРИ и Лаборатории электромагнитных волн НИИ медицины труда РАМН проводились измерения электромагнитных излучений непосредственно на рабочих местах пользователей. Всего были проведены измерения на 474 рабочих местах, оснащенных мониторами 72-х типов 1990-96 годов выпуска. Своеобразные «рекорды» - максимальные значения излучений, зафиксированные на рабочих местах пользователей ПК, приведены в табл. 21.

ТАБЛИЦА 21

Максимальные значения ЭМП [i], зафиксированные на рабочем месте

Примечание. Нчп - ниже чувствительности прибора .

В 1998 году Северо-Западным научным центром гигиены и общественного здоровья Министерства Здравоохранения выполнена работа по контролю соот-ветствия уровней ЭМИ на рабочем месте пользователя требованиям гиги-енических норм РФ. Данные о зафиксированных значениях излучений при обс-ледовании более 120 рабочих мест пользователей ПК приведены в таблице 22.

ТАБЛИЦА 22

Диапазон значений электромагнитных излучений,
измеренных на рабочих местах пользователей ПК

Шведский институт защиты от излучений, соразработчик спецификаций стандарта безопасности MPR II, в своем отчете приводит результаты измерений электромагнитных излучений 150 моделей мониторов (см. табл. 23).

ТАБЛИЦА 23

Максимальные и средние величины электромагнитного излучения ВДТ
по данным Шведского института защиты от излучений

Примечание. # - нет данных.

3.1.3. «Безопасность» Notebook

Несколько лет назад существовало мнение, что портативные компьютеры типа Notebook безопасны для пользователей и не нуждаются в таких дополнительных мерах защиты, как приэкранные фильтры. В основе подобных представлений лежал тот факт, что в портативных компьютерах используются экраны на основе жидких кристаллов, которые не генерируют вредных излучений, присущих обычным мониторам с электронно-лучевой трубкой.

Электростатическое поле и рентгеновское излучение действительно отсутствуют у жидкокристаллических экранов, но что касается электромагнитных излучений, то результаты исследований показали, что электромагнитное излучение многих портативных компьютеров типа Notebook значительно превышает экологические нормативы.

Нормативы шведского стандарта MPR II, рекомендованные Советом Европейского экономического сообщества для стран ЕЭС, распространяются на дисплеи, содержащие электронно-лучевые трубки. Однако, если уровни излучения от дисплеев с ЭЛТ нормируются, исходя из требований безопасности, то логично оценить соответствие этим нормам и аппаратуры с ЖК-экранами. Ведь эти ПК обычно располагаются ближе к пользователю, и следовательно, источники излучения будут с большей вероятностью воздействовать на области жизненно важных органов человека, тем более что некоторые пользователи Notebook имеют привычку располагать свой компьютер на коленях. Электронно-лучевая трубка не единственный источник излучения. Генерировать поля может преобразователь напряжения питания (при работе от электросети), схемы управления и формирования информации на дискретных ЖК-экранах и другие элементы аппаратуры.

Для ПК с ЖК-экранами свойственны два режима электропитания - от встроенного аккумулятора и от сети. В первом режиме, как показали измерения, излучения, естественно, меньше, но они существуют, причем в диапазонах частот, упомянутых в MPRII. В режиме электропитания от сети портативный компьютер излучает электрическую составляющую переменного электромагнитного поля, мало отличающуюся по интенсивности от ПК с дисплеями на ЭЛТ.

На рис. 39 приведены напряженности переменного электрического поля Notebook фирмы Epson 886C на двух расстояниях от центра клавиатуры - 30 см (реальное расстояние при работе с ЖК-экраном с диагональю порядка 10") и 50 см (по методике MPRII).

Рис. 39. Диаграммы напряженности переменного
электрического поля Notebook фирмы Epson 886 C
на двух расстояниях от центра клавиатуры – 30 см и 50 см

Как видно из графиков, излучения существенно превышают нормы и в I и во II диапазонах и имеют своеобразную конфигурацию.

При питании от аккумулятора у большинства портативных ПК напряженность поля в первом диапазоне заметно превышает норму, а во втором превышение отмечено только справа и сзади от экрана. В качестве примера на рис. 40 приведены картины поля Notebook фирмы SAMSUNG в двух режимах питания.

Рис. 40. Диаграммы напряженности электрического поля Notebook
фирмы Samsung при питании от сети и аккумуляторов

Не только самому пользователю Notebook, но и его соседям по самолетным креслам или по салону автомобиля есть над чем задуматься.

Особую заботу о своем здоровье следует проявить человеку, сидящему впереди справа от пользователя, работающего у компьютера. Именно в этом направлении все исследованные образцы излучали наиболее сильно.

Результаты измерений в другом эксперименте показатели, что в первом диапазоне частот при питании ПК и от сети, и от аккумулятора ни в одном направлении нормы MPR II не выполняются в большинстве из испытанных образцов. Были исследованы 5 типов портативных компьютеров типа Notebook, произведенных известными зарубежными фирмами.

Измерения проводились на расстояниях, отсчитываемых от центра клавиатуры, поскольку она, как правило, неотделима от экрана. С учетом особенностей использования портативных ПК дополнительно были оценены уровни излучений на меньших расстояниях, чем это предусмотрено стандартом MPR II. Излучение измерялось по 8 направлениям от портативного компьютера.

Лишь один (EPSON) при питании от аккумулятора соответствовал нормам. В диапазоне высоких частот положение пользователя несколько лучше, хотя лишь один компьютер (Samsung) соответствовал экологическому стандарту при обоих режимах электропитания.

Уровни электромагнитного излучения портативных компьютеров превышают нормативные параметры для многих компьютеров с мониторами на ЭЛТ. Для повышения электромагнитной безопасности мониторов с ЭЛТ фирмы принимают специальные меры, ведь продать такой компьютер без сертификата безопасности по визуальным и эмиссионным параметрам трудно. Что касается портативных компьютеров, то на все предложения провести испытания торгующие организации отвечают: «Берут и так!».

3.2. Оценка уровня излучений радиосредств сотовых сетей связи

3.2.1. Излучения сотовых телефонов

Исследованием влияния радиочастотного излучения на здоровье человека начали заниматься несколько десятилетий назад после того, как стали интенсивно развивать и внедрять мощную радиопередающую и локационную технику. Однако накопленные знания о действии СВЧ не слишком применимы, когда речь идет о сотовых телефонах, имеющих несравнимо более низкий уровень излучения. Биологические эффекты использования радиотелефонов делят на тепловые – катарактогенные, и нетелловые – неврологические, канцерогенные и эпидемиологические. Изучение каждого из перечисленных факторов позволило выявить ряд последствий от воздействия излучений слабой мощности, характеризуемых показателем удельного поглощения энергии меньшим, чем 2 Вт/кг.

Во-первых, такие излучения отрицательно влияют на нервную систему. Во-вторых, к серьезным нарушениям зрения может приводить даже незначительное – всего на полградуса – повышение температуры клеток головного мозга, находящихся в непосредственной близости от источника излучения. Сходные с обнаруженными у подопытных животных изменения в нервных клетках человека ведут к неприятностям вроде головной боли, временного ухудшения памяти и концентрации внимания, что, в частности, небезопасно для людей за рулем. Другой важный вывод – эти явления не проходят бесследно, а как бы накапливаются в организма. Более того, цифровые радиотелефоны угрожают здоровью больше, чем аналоговые аппараты, поскольку цифровой сигнал как бы бомбардирует живые клетки, вызывая в них более выраженные изменения. Исследования ещё не завершены, поскольку пока неясно, как зависит рассматриваемый эффект от различных параметров СВЧ-излучения малой мощности.

Специалисты напрямую связывают возможность появления онкологических заболеваний, катаракт, болезней Паркинсона и Альцгеймера с изменениями в тканях мозга под действием микроволнового излучения. Впрочем, доказать эту гипотезу на основе только результатов экспериментов на животных нельзя, так как полученные данные прямо не могут быть распространены на человека. Скорее всего, проявление эффекта зависит от времени непрерывного облучения, т.е. продолжительности разговора. В опытах с кроликами 15-минутное облучение остав­ляло необратимый след в клетках их головного мозга.

Как показывают эксперименты, лишь 30% излучения радиотелефона служат для установления связи с базовой станцией соты. Остальные 70% поглощаются телом абонента. Чтобы предотвратить это, фирма Microshield изобрела действительно очень простое и недорогое устройство. Оно представляет собой обычный кожаный чехол с прозрачным окном для клавиатуры и дисплея, который полностью экранирует излучения от корпуса аппарата благодаря применению специальной ультратонкой защитной сетки, вшитой в чехол и окно. Главный же элемент системы - экранирующая планка, выдвигающаяся параллельно антенне радиотелефона. Система по­зволят поглотить до 90% излучений, когда планка выдвинута на три четверти длины. Впрочем, для того, чтобы устройство не влияло на качество связи, абонент должен следовать нескольким несложным правилам. В режиме ожидания и в момент установления соединения планка должна быть убрана, затем ее следует выдвинуть наполовину и в течение разговора "подстраивать", в зависимости от качества связи.

Нынешних абонентов сотовых сетей, наверняка, интересует, можно ли снизить опасное влияние СВЧ, не применяя никаких спецсредств? По мнению специалистов, нужно соблюдать несколько несложных правил: не держать у головы одновременно сотовый телефон и трубку обычного телефонного аппарата; выдвигать при разговоре антенну радиотелефона на полную длину; по возможности, избегать разговоров в машине; при работе с компьютером удалять подключенный к нему сотовый терминал на максимальное расстояние; и, главное, не говорить подолгу. Тем, кто использует слуховые аппараты, нужно быть особенно внимательными и прикладывать радиотелефон к противо-положному относительно распо­ложения этих приборов уху. При наличии кардиостимулятора не рекомендуют носить телефон в кармане пиджака или пальто. Антенна сотового телефона является самым большим источником электромагнитной энергии. Эта энергия очень мала, но достаточна, чтобы вызвать сбой кардиостимулятора. Сильное магнитное поле способно «ослепить» стимулятор, сделать его не чувствительным к ритму сердца пациента, заставить его посылать стимулирующие импульсы, когда это не требуется сердцу, отключить его вообще или перепрограммировать его стимулирующие параметры.

3.2.2. Экспериментальная оценка уровней электромагнитных излучений некоторых моделей сотовых телефонов

Исследования возможного влияния биологического действия электромагнитных излучений элементов систем сотовой связи вызывают большой интерес у общественности. Публикации в средствах массовой информации достаточно точно отражают современные тенденции в этих исследованиях.

Мобильные телефоны GSM: швейцарские тесты показали, что излучение, поглощенное головой человека, находится в допустимых европейскими стандартами пределах.

Первая группа результатов измерения удельной поглощенной мощности (SAR) представлена доктором Нильсом Кустером из лаборатории электромагнитных полей и микроволновой электроники из Федерального Института Технологий в Цюрихе, Швейцария. Впервые результаты были показаны в ходе швейцарского телевизионного шоу для потребителей Kassensturz 21 октября 1997 года. На следующий день они появились в шведской газете «Aftonbladet» и норвежской «Verdens Gang».

Каждый телефон тестировался в 16 различных позициях, так, как это определено в европейском стандарте CENELEC: с расположением телефона на левой и правой стороне от головы манекена в четырех различных позициях. Испытания были как с выдвинутой, так и задвинутой антенной. После определения положения телефона с максимальной SAR Kuster измерял в этом положении SAR от еще двух экземпляров телефона той же модели. Значение SAR, представленное в таблице, есть максимальная величина.

Измеренный максимум SAR отражает ситуацию для 90% пользователей, включая детей, с точностью ± 25%. Все тестируемые телефоны были цифрового стандарта GSM-900 с выходной мощностью 0,25 Вт.

Kuster измерял SAR из расчета поглощения на 10 г веса, как предписывают европейские стандарты, вводящие ПДУ в 2 Вт/кг.

Сегодня уровень безопасности сотового телефона принято оценивать в SAR (Specific Absorption Rates) - уровню излучения (эмиссии) в ваттах излучаемой энергии на кг мозга (Вт/кг). SAR - это удельная поглощенная мощность, выраженная на единицу массы тела. SAR может отражать как среднее значение поглощенной мощности всем телом или его частью, так и за определенный промежуток времени или за 1 импульс. Может рассчитываться теоретически и оцениваться экспериментально. Чем значение SAR меньше, тем безопаснее устройство. Результаты измерений представлены в табл. 24.

ТАБЛИЦА 24

Результаты измерений

Примечание. Тип антенны: B - встроенная, D - диполь, Н – спиральная.

На рис. 41 изображена установка для исследования электромагнитного излучения мобильного телефона и результаты моделирования распределения поглощенной энергии электромагнитного излучения в голове человека.

Рис. 41. Установка для исследования электромагнитного излучения
мобильного телефона и результаты моделирования распределения
поглощенной энергии электромагнитного излучения в голове человека

Британские исследователи доказали вредность миниатюрных наушников (hand's free) для сотовых телефонов. Многие используют такие наушники, предполагая, что снижают вредное воздействие антенны сотового телефона, но все получается как раз наоборот. Как показали исследования британской ассоциации потребителей, эти устройства действуют как своеобразные антенны, и уровень электромагнитного излучения, поступающего в мозг абонента, в три раза превышает уровень обычного телефона в трубке . Хотя до сих пор точно не установлена взаимосвязь облучения и заболеваемости абонентов, ассоциация советует потребителям ограничивать использование подобных устройств.

3.2.3. Предельно допустимые уровни электромагнитного излучения радиосредств сотовых сетей

Бурное развитие сотовых систем сопряжено с облучением пользователей небезвредным электромагнитным полем. Проблема электромагнитной безопасности технических средств систем подвижной связи изучена слабо. Если экологической чистоте компьютеров по электромагнитному фактору уделяется должное внимание как за рубежом, так и у нас (разработаны соответствующие ГОСТы, нормативы, ведутся дальнейшие исследования), то над повышением безопасности радиотелефонов работают лишь разработчики оборудования стандарта GSM , но и для него проблема остается нерешенной.

В подавляющем большинстве случаев не только пользовате­ли радиотелефонов, но и сами операторы сотовых сетей не имеют представления о степени опасности эксплуатируемых радиосредств, хотя данный вопрос волнует как тех, так и других.

Необходимо соблюдать осторожность при выборе тех или иных типов радиостанций и радиотелефонов, чтобы быть уверенным в безопасности их эксплуатации, которая определяет­ся предельно допустимыми уровнями (ПДУ) плотности потока энергии (ППЭ) электромагнитного поля (ЭМП).

Сеть сотовой связи состоит из прилегающих друг к другу радиоячеек, вместе обеспечивающих полный охват зоны обслуживания. В каждой ячейке имеется базовая приемопередающая станция (БС), работающая со специальной группой радиоканалов, которые отличаются от каналов соседних ячеек. Группой БС управляет контроллер БС, в функции которого входит управление их мощностью и контроль за передачей обслуживания абонента при его перемещении из одной ячейки в другую. Группу контроллеров БС обслуживает узел коммутации сообщений службы подвижной связи, который осуществляет соединения с телефонной сетью общего пользования, цифровой сетью с интеграцией служб, сетью передачи данных общего пользования и, возможно, различными частными сетями.

В состав сотовых систем входят также подвижные объекты со своими мобильными станциями (МС). По радиоканалу все МС соединяются с БС, которые содержит приемники, передатчики и блоки управления для связи с контроллерами БС. Таким образом, одни из основных функции БС – сопряжение стационарной части сотовой системы с МС подвижных объектов.

В зависимости от размера соты мощность БС составляет обычно 30...100 Вт. Максимальная мощность МС зависит от "класса" используемых средств передвижения, на которых установлена станция. Например, для стандарта GSM предусматривают 5 классов: автомобильные или портативные МС мощностью 20 Вт; автомобильные или портативные МС мощностью 8 Вт; карманные МС мощностью 5 Вт, 2 Вт и 0,8 Вт.

Облучению ЭМП, создаваемым антеннами перечисленных станций, подвергаются различные категории лиц. Среди них можно выделить три группы: лица, связанные с источниками ЭМП по долгу службы (персонал БС, работники антенных служб, милиции, пожарной охраны и др.); население, проживающее в районах размещения БС; пользователи радиотелефонов в производственных и бытовых условиях: В соответ­ствии со сложившейся практикой нормирования уровней ЭМП допустимые уровни для первой группы лиц (профессиональное облучение) регламентируются в соответствии с ГОСТ 12.1.006-84 [1], для второй группы (население, подвергающееся практи­чески круглосуточному воздействию) - в соответствии с ВСН № 2963-84 [2], что не противоречит действующим сегодня в России нормативным документам.

Использовать требования [1, 2] для третьей группы лиц не представляется возможным, так как они профессионально не связаны с источниками ЭМП и пользуются МС, на которые не распространяются требования [2]. В связи с этим для дачной категории лиц были разработаны специальные требования (временные допустимые уровни), которые должны затем с уточнениями перейти в постоянный гигиенический норматив.

Эти требования учитывают следующие особенности взаимодействия ЭМП с организмом человека: антенны радиотелефонов располагаются в непосредственной близости от пользователя; облучению подвергаются ограниченные участки тела, как правило, верхняя часть туловища и голова; облучение ЭМП непрерывного режима генерации носит характер нерегулярно повторяющихся сеансов, чаще, небольшой продолжительности, разделенных более или менее длительными паузами.

Специалистами НИИ медицины труда РАМН были проведены работы по определению степени биологического действия ЭМП на живой организм. В эксперименте было изучено влияние данного фактора па наиболее чувствительные к радиоизлучениям системы организма (центральная нервная, иммунная, симпато-адреналовая), а также на рост, развитие и др.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что эффекты воздействий с ППЭ ниже 500 мкВт/см² не обладают признаками вредного воздействия. Уровень 250 мкВт/см² при ежедневном воздействии ни протяжении 3-х месяцев может рассматриваться в качестве порот биологического действия. Поскольку при регламентации ЭМП для пользователей радиотелефонов речь идет о непрофессиональном воздействии, принято целесообразным для обоснования ПДУ исходить именно из уровня 250 мкВт/см². При экстраполяции экспери­ментальных данных на человека были учтены различия в поглощении электромагнитной энергии и в продолжительности воздействия этого фактора. Различия в поглощении энергии мелкими лабораторными животными и человеком в диапазоне 800... 1000 МГц составляют примерно 14...15 раз, т. е. эквивалентное поглощение энергии имеет место, когда ППЭ составляет 250 мкВт/см² для мышей и 3750 мкВт/см² для человека.

Если принять в качестве возможного срока облучения человека период в 50 лет, то коэффициент экстраполяции по продолжительности воздействия составит 7,5. И, наконец, поскольку норматив устанавливается исходя из порога биологического действия (а не вредного воздействия), представляется достаточным принять коэффициент гигиенического запаса, равный 5.

Таким образом, в качестве ПДУ воздействия для пользователей МС предлагается уровень 100 мкВт/см² [ППЭпду= (250х15)/(5х7.5)].

По данным социологической службы "Мониторинг", 36% москвичей тратят на телефонные разговоры до 15-ти минут в день, 28% – около 30-ти минут, 20% – около часа. Таким образом, почтя 85% населения разговаривает по телефону менее 1 часа в день. Поскольку время воздействия в течение для абсолютного большинства пользователей не превышает 1 часа, получаемая в итого энергетическая нагрузка (100 мкВт?ч/см²) на организм оказывается меньше, чем допускаемые [1] и [2] (200 и 240 мкВт?ч/см² ).

Результатом проведенных исследовательских работ стал нормативный документ "Временные допустимые уровни (ВДУ) воздействия электромагнитных излучений, создаваемых системами сотовой связи. Гигиенические нормативы" (ГН 2.1.8/2.2.4.019-94).

Согласно этому документу воздействие ЭМП сотовых систем связи подразделяется на профессиональное и непрофес­сиональное. Профессиональному воздействию, как было отмечено выше, подвергается первая группа лиц, непрофессиональному – две другие. Для профессионального воздействия величина ВДУ ППЭ ЭМП установлена в соответствии с [1] и определяется по формуле ППЭ_пду=ЭНппэ_пд/Т, где ЭНппэ_пд – предельно допустимая величина энергетической нагрузки, равная 200 мкВтхч/см²; Т - время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, ч. Для населения, подвер­гающегося облучению антеннами БС, ВДУ ППЭ ЭМП установлен в соответствии с [2] и равен 10 мкВт/см². Для пользователей, подвергающихся облучению МС, ВДУ ППЭ ЭМП составляет 100 мкВт/см².

Исходя из результатов проведенного моделирования уровней ЭМП. создаваемого МС, было сделано заключение о том, что среди карминных МС требованиям разработанного гигиенического норматива удовлетворяют станции мощностью 0,8 Вт. Допустимо применение станций мощностью до 1 Вт (градации других стандартов).

В таблице для сравнения приведены данные из национальных стандартов ряда стран и рекомендаций международных организаций. Нетрудно заметить, что требования норматива РФ - более жесткие, по сравнению с национальными зарубежными стандартами и международными рекомендациями.

ТАБЛИЦА 25

Примечание. * INIRC – Международный комитет по защите от ионизирующих излучений;
** CENELEK – Европейский комитет по электромагнитной стандартизации.

Выводы. Введенные в Российской Федерации требования по ПДУ ППЭ ЭМП для пользователей радиотелефонов на 0,3...13 порядка жестче, чем требования ряда национальных стандартов и международных рекомендаций. Для карманных радиотелефонов наиболее приемлем уровень мощности 0,8 Вт.

Нормативный документ ГН 2.1.8/2.2.4.019-94 [3] , регламенти­рующий ПДУ ППЭ ЭМП радиосредств систем сотовой связи, – это первый в мировой практике стандарт, созданный специально для систем подвижной связи, особенности облучения которыми были приведены выше.

3.2.4. Параметры безопасности по электромагнитным излучения базового оборудования сети сотовой связи

Параметры безопасности по ЭМИ базового оборудования ССС .

Согласно [3], для базовых станций (БС) ССС нормируются два значения плотности потока энергии (ППЭ) – ППЭ₁ для воздействия на производственный пер­сонал и ППЭ 2 для воздействия на население. Уровень ППЭ 1 определяется как ППЭ₁ = 200/Т, мкВт/см²; где Т – время воздействия ЭМИ, ч. При 8- часовом рабочем дне ППЭ₁ = 25 мкВт/ см². Для населения ППЭ₁ = 10 мкВт/см² .

Схема расположения излучателя А БС ССС и типичных точек измерения ППЭ в зоне обслуживания М₁ … M₄ показана па рис. 1. Точка М₁ на высоте h₁ = 2 м соответствует границе R₁ санитарно-защитной зоны, определяемой со­гласно СапПиН 2.2.4/2.18.055-96 (Электромагнитные излучения радиоча­стотного диапазона) [4]. Точка М₂ па высоте h₂ Точка М₃ соответствует зоне ограничения застройки на высоте h₃, соизмеримой с высотой Н₄ располо­жения излучателя А над поверхностью почвы [4]. Наконец, точка М₄ на высоте h₄?Н_А рассматривается, если опреде­ляют уровни ППЭ 1 для производствен­ного персонала. Из рис. 1 следует, что при известных Н_А , h_i, R_i, где i - помер точки [1, 4], легко вычислить расстояние r , необходимое для определения уровня ППЭ в любой точке М:

ППЭ = (30Р_АG_Aη_Фk²_П/r²Z_C)F²(Δ;φ), (1)

где Р_А – мощность сигнала, излучаемого А; G_A- коэффициент усиления А относительно изотропного излучателя; η_Ф – КПД антенно-фидерного тракта; k_П – интерференционный множитель, учиты­вающий влияние подстилающей поверх­ности; Z_C – волновое сопротивление окружающей среды; F²(Δ;φ) – значение характеристики направленности А по ППЭ для точки М с угловыми коорди­натами Δ, φ в системе сферических координат с центром, совмещенным с серединой А.

Для типовых станций BTS-902F стан­дарта GSM Р_А = 20 Вт; G_A = 65 (для антенны ETEL) и 13 (для штыревой антенны); η_Ф = 0,25; кроме того, k_П = 1,15...1,3 (принимается равным 1,2); Z_C = 377 Ом (для свободного простран­ства). Тогда, допуская, что максималь­ный уровень бокового излучения А (с учетом затенения и взаимного влияния излучателей) не превышает –30 дБ, получаем из (1) координату зоны огра­ничения застройки на высоте h₃ = H_A

R₀ = (30Р_АG_Aη_Ф/ППЭ₂Z_C)^1/2 k_П = 19,З м и 8,6 м

соответственно для антенны ETEL и штыревой антенны. Санитарно-защитная зона на высоте h₁ = 2 м в этом случае отсутствует: ограничение по R начинается с высоты

h_m = H_A – (30Р_АG_Aη_Ф/ППЭ₂Z_C)^1/2 k_ПF_m ≈ H_A ,

поскольку с учетом изложенного уровень бокового излучения А F_m << 1.

Приведенные оценки, согласно [4], носят завышенный характер, что под­тверждается результатами измерения реальных уровней ППЭ действующих станциях сети GSM. Так, например, разница в ППЭ в точке М₄ (на крыше высотного здания), в холле пер­вого этажа и около подъезда (точка М₁) составляет для разных объектов не менее 40...60 дБ (для расчетов принимали равной 30 дБ). Поэтому отсутствие санитарнозащитной зоны на высоте h₁ =2 м для БС стандарта GSM в реальных условиях можно считать достоверно установленным фактом.

Представляет интерес сравнительный анализ безопасности излучателей ССС разных стандартов, размещенных на одном и том же объекте (точки М₄, М₄ и М₃ на рис. 1). Результаты измерения уровней ППЭ для излучателей ССС стандартов GSM и AMPS , а также системы подвижной связи "Волемот", размешенных на крыше здания телеграфа в Самаре, показывают, что в непосредственной близости от А (точка М₄) наименьший; средний уровень ППЭ по всей площади крыши дают излучающие средства GSM (на 16,5 дБ меньше по сравнению с AMPS и на 26,8 дБ меньше по сравнению с "Волемотом"). Причем излучатели системы "Волемот" создают в пределах крыши уровень ППЭ < 2,5 мкВт/см², т. е. все БС как порознь, так и в совокупности, создают ЭМИ, не превышающее предельно-допустимых значений [З].

На прилегающей часта территории города (точки М₂ и М₃) излучатели GSM создают ППЭ в среднем па 4,5 дБ меньше по сравнению с AMPS и па 27 дБ меньше по сравнению с "Волемотом". Другими словами, наибольшая безопас­ность БС GSM достигается не только при наименьшем уровне излученной мощности Р_А, но при использовании антенн наиболее рациональной конструкции (например, ETEL -0,5), которые концентрируют ЭМИ в направлении зоны обслуживания и ослабляют его уровни в близлежащем пространстве. Заметим, что в рассмотренном случае для всех излучателей ППЭ<<ППЭ₂, поэтому обследованный объект можно считать безопасным по фактору ЭМИ как для персонала, так и для населения города.

3.2.5. Параметры безопасности по электромагнитным излучениям
мобильного оборудования сети сотовой связи

Параметры безопасности по ЭМИ мобильного оборудования ССС. Согласно [3], для пользователей сотовых телефонов предусмотрена норма ППЭ 3 = 100 мкВт/см² "на расстояниях, соответствующих расположению головы пользователя". Неопределенность ситуации иллюстрирует рис. 2: очевидно, что помимо излучающих свойств телефона интенсивность воздействия ЭМИ па пользователя определяется геометрическими параметрами R, L, Н и α, которые в реальных условиях случайны. Структура ЭМИ в области пространства R , L, Н вблизи телефона обладает существенной неоднородностью, и незначительные, в том числе случайные, смещения измерительного прибора относительно телефона заметно влияют на результаты измерений. В [3] рекомендуется определять уровни ППЭ прибором ПЗ-20 или его аналогами, в [5] – с помощью малогабаритных измерительных антенн, позволяющих учесть неоднородность ЭМИ. С учетом этого была разработана ве­роятностная методика анализа безопасности мобильных средств ССС по фактору ЭМИ, основанная на N - кратном определении уровней ППЭ на фиксированном расстоянии R =2...10 см от телефона с последующей статистиче­ской обработкой полученных данных.

В качестве примера на рис. 3 показаны пронумерованные варианты расположения штатной антенны прибора ПЗ-20 относительно лицевой панели телефона при N = 10. Для N найденных таким образом результатов определяются максимальное, минимальное и среднее значение ППЭ, дисперсия и среднеквадратическое отклонение, а также – через квантили наиболее вероятных распределений – уровни ППЭ для вероятнос­тей 0,05 и 0,95 (соответствующие доверительному интервалу при вероятности 0,90). В общем, эти данные обеспечивают хорошую повторяемость опытных результатов и позволяют в реальных условиях производить сравнение безопасности телефонов разных типов по фактору ЭМИ. Отметим, что для телефонов HGH (Hagenuk Global Handy) найденные сравнительные оценки хорошо совпали с результатами, полученными за рубежом с помощью дозиметрической системы DASY по критерию SAR .

На основе предложенной методики начато формирование банка данных по параметрам безопасности мобильных средств ССС разных стандартов и типов, исследованы дистанционные и угловые характеристики ЭМИ. В качестве базовой модели для сравнительных исследований был выбран радиотелефон Nokia - 21 10, который полностью соответствует нормам. На рис. 4 приведены графики дистанционной зависимости среднего уровня ППЭ_ср (кривая 1);

ППЭ_0,95 – по прогнозу, превышаемому с вероятностью 0,05 (кривая 2) и среднеквадратического отклонения (кривая 3 ) для телефона Nokia-2110. На рис. 5 представлены угловые распределения ППЭ па расстоянии 0,5 м от телефона в главной горизонтальной плоскости, на рис. 6 – в лицевой вертикальной плоскости для телефонов Nokia-2110 (штриховые линии) и HGH (сплошные лилии); расположение головы пользователя отмечено стрелками. Такие же данные получены для других сотовых телефонов Nokia , а также терминалов фирм Siemens , Ericsson , Motorola .

Из анализа кривых, аналогичных приведенным на рис. 4, следует, что скорость убывания ППЭ с расстоянием вблизи телефона составляет 7...9 дБ на декаду, т. е. "защита расстоянием" наряду с "защитой временем" служит надежным способом обеспечения безо­пасности пользователей мобильных средств ССС. Из рис. 5 и 6 также следует, что встроенная антенна телефона HGH концентрирует ЭМИ в направлении, противоположном голове пользователя, что заметно улучшает его экологические характеристики (уровни ППЭ ср и ППЭ 0,95 на расстоянии 2...4 см уменьшаются в 2,5...3 раза, по сравнению с телефоном Nokia-2110, при одинаковой излученной мощности).

Выводы. Базовые станции стандарта GSM в соответствии с нормами [3-5] ( Определение уровней электромагнитного поля в местах размещения передающих средств и объектов сухопутной подвиж­ной радиосвязи ОВЧ и УВЧ диапазонов. МУК 4.3.046-96 [5])безопасны для персонала и населения по фактору ЭМИ. Предложенная методика анализа безопасности мобильных средств ССС по фактору ЭМИ была успешно апробирована в реальных условиях. Ввиду активного развития сотовых сетей связи в России представляется актуальным формирование банка данных по параметрам безопасности мобильных средств ССС разных стандартов и типов, а также их сертификация на такой основе.

3.3. Экспериментальная оценка уровней электромагнитных излучений вблизи теле- и радиостанций

Радиостанции ДВ (частоты 30 - 300 кГц).
В этом диапазоне длина волн относительно большая (например, 2000 м для частоты 150 кГц). На расстоянии одной длины волны или меньше от антенны поле может быть достаточно большим, например, на расстоянии 30 м от антенны передатчика мощностью 500 кВт, работающего на частоте 145 кГц, электрическое поле может быть выше 630 В/м, а магнитное - выше 1,2 А/м.

Радиостанции СВ (частоты 300 кГц - 3 МГц).
Данные для радиостанций этого типа говорят, что напряженность электрического поля на расстоянии 200 м может достигать 10 В/м, на расстоянии 100 м - 25 В/м, на расстоянии 30 м - 275 В/м (приведены данные для передатчика мощностью 50 кВт).

Радиостанции КВ (частоты 3 - 30 МГц).
Передатчики радиостанций КВ имеют обычно меньшую мощность. Однако они чаще размещаются в городах, могут быть размещены даже на крышах жилых зданий на высоте 10-100 м. Передатчик мощностью 100 кВт на расстоянии 100 м может создавать напряженность электрического поля 44 В/м и магнитного поля 0,12 А/м.

Телевизионные передатчики . Телевизионные передатчики располагаются, как правило, в городах. Передающие антенны размещаются обычно на высоте выше 110 м. С точки зрения оценки влияния на здоровье интерес представляют уровни излучения на расстоянии от нескольких десятков метров до нескольких километров. Типичные значения напряженности электрического излучения могут достигать 15 В/м на расстоянии 1 км от передатчика мощностью 1 МВт. В России в настоящее время проблема оценки уровня ЭМИ телевизионных передатчиков особенно актуальна в связи с резким ростом числа телевизионных каналов и передающих станций.

3.4. Магнитные поля на транспорте (электротранспорт)

Транспорт на электрической тяге – электропоезда (в том числе поезда метрополитена), троллейбусы, трамваи и т. п. – является относительно мощным источником магнитного поля в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. По данным Stenzel et al. (1996), максимальные значения плотности потока магнитной индукции В в пригородных «электричках» достигают 75 мкТл при среднем значении 20 мкТл. Среднее значение В на транспорте с электроприводом постоянного тока зафиксировано на уровне 29 мкТл. Типичный результат долговременных измерений уровней магнитного поля, генерируемого железнодорожным транспортом на удалении 12 м от полотна, приведен на рис. 43.

Рис. 43. Временное изменение уровня магнитного поля генерируемого
железнодорожного транспорта

3.5. Особенности электромагнитной безопасности бытовых приборов России и США

В настоящее время проведены исследования условий эксплуатации электробытовой аппаратуры в домах городского типа в России. По сравнению с домом средней семьи в США имеются следующие основные особенности:

При одной и той же мощности электроприбора в США более существенной является излучение магнитной составляющей, в России - электрической составляющей ЭМИ. Это происходит из-за разницы используемого в бытовой сети напряжения (США -90-120 В, Россия 200 ~ 240 В).

Имеет значение и различие в частоте ЭМИ - 60 Гц в США, 50 Гц в России.

В США, в типовых домах, по сравнению с типовыми домами в России меньше используются железосодержащие конструкции и коммуникации, в результате чего у нас ослабление геомагнитного поля в помещении больше и влияние ЭМИ на человека сильнее. В малометражных комнатах и кухнях человек вынужден находиться близко от излучающих приборов и электропроводки.

В США используется трехпроводная сеть, где кожуха и панели электроприборов заземлены и не излучают. В России используется двухпроводная сеть, кожуха и панели не заземлены и они излучают ЭМИ ПЧ. Причем уровень излучения зависит от положения вилки в розетке: например, для холодильника «Ока-5М» оно изменяется в 6 раз, для настольной лампы с металлическим абажуром – до 10 раз. В США электропроводка прокладывается в экранирующем коробе или рукаве в углах стыка, где и устанавливается розетка. В России электропроводка монтируется без экрана на высоте ~ 1м от пола, что создает большой уровень излучения ЭМИ, действующего на спину сидящего человека.

© Грачев Н.Н. Кафедра РТУиС, МИЭМ