物理性污染控制2.2电磁污染及防治.ppt

第一节 概 述 一、电磁环境和电磁辐射污染 二、电磁辐射污染源 三、电磁辐射污染的危害 一、电磁环境和电磁辐射污染 v电磁环境 v定义：某个存在电磁辐射的空间范围。 v特点： v电磁辐射是以电磁波的形式在空间环 境中传播的，不能静止地存在于空间 某处。 v人类工作和生活的环境充满电磁辐射。 v电磁辐射污染 v是指人类使用产生电磁辐射的器具而泄露 的电磁能量流传播到室内外空间中，其量 超出环境本底值，且其性质、频率、强度 和持续时间等综合影响而引起周围人群的 不适感，并使健康和生态环境受到损害。 电磁场源 自然电磁场源（表4-1） 人工电磁场源（表4-2） 表4-1 自然电磁场源分类 银银河系恒星的爆发发宇宙电电磁场场源 太阳的黑点活动与黑体放射太阳电电磁场场源 自然界的火花放电、雷电大气与空气污污染源 来 源分 类类 电磁辐射污染源的种类 主要的人工电磁污染源 脉冲放电 大电流电路起电或切断产生的火花放电，电流强度瞬间 变化很大，产生很强的电磁干扰。 工频场源 大功率电机、变压器及输电线等附近的电磁场 射频场源 广播、电视、微波通信等。频率范围：0.13000MHz。 目前射频场源为电磁污染的主要源。 分 类设 备 名 称污 染 来 源 与 部 件 放 电 所 致 场 源 电晕放电电力线（送配电线）高电压、大电流而引起静电感应、电磁感应 、大地漏泄电流所造成 辉光放电放电管白炽灯、高压水银灯及其他放电管 弧光放电开关、电气铁道、放电管点火系统、发电机、整流装置 火花放电电气设备、发动机、冷藏车、汽车整流器、发电机、放电管、点火系统 工频感应场源大功率输电线、电气设备、电气铁道 、无线电发射机、雷达 高电压、大电流的电力线场、电气设备 射频辐射场源高频频加热设备热设备 、热热合机、微波干燥 机 工业用射频利用设备的工作电路与振荡系统 理疗机、治疗机医学用射频利用设备的工作电路与振荡系统 家用电器微波炉、电脑、电磁灶、电热毯功率源为主 移动通信设备手机、对讲机天线为主 表4-2 人工电磁场源分类 （二）（二）电磁辐射体与电磁辐射的产生 电磁辐射体 定义：能产生电磁辐射的物体。 电力系统工业设备 电气化铁道系统及设备 广播电视和微波发射系统及设备 电磁冶炼系统及电加热设备等 。 电磁辐射的产生 电磁辐射是一种物理现象，是能量以电 磁波形式由源发射到空间的现象。 表4-3 冶炼机作业区电磁辐射产生状况 输出功率100kW，频率200300kHz 测试测试 部位电场电场 强度 /Vm-1磁场场强度 /Am-1 距高频频感应应器30 处处 头头部75800 胸部558515 腹部509027 距馈线馈线 40处处 头头部18350 胸部8300.51.0 腹部3250.50.6 距设备设备 30处处 头头部20400.20.5 胸部25550.20.7 腹部35750.40.5 距设备设备 50处处 头头部10250 胸部8180 腹部5120 距设备设备 1m处处 头头部560 胸部350 腹部350 三、电磁辐射污染的危害 人体健康 生态环境 装置设备 对人体健康危 害的影响因素 三、电磁辐射污染的危害 周围环境 受体差异 辐射源 频率（波长） 电磁场强度 波形 照射时间 与辐射源距离 累计频次 v表4-4 微波对生物作用的主要效应 频频率 /kHz波长长 / 受影响的 主要器官 主要的生物效应应 100300穿透不受影响 150120020015体内各器官过热时过热时 引起各器官损伤损伤 100030003010眼睛晶状体 组织组织 加热显热显 著，眼睛晶状体 混浊浊 3000 10000 103 表皮和眼睛晶 状体 伴有温热热感的皮肤加热热，白 内障患病率增高 100008皮肤表皮反射，部分吸收而发热发热 v表4-5 某单位受检人员症状百分比与场强关系统计 场 强 症 状百分比 / % 对对照组组 场场强/ （Vm-1） 20 50100300300 头头痛 22.4524.3825.9327.2728.1514.12 头晕头晕 40.8041.8845.2151.2551.7127.06 乏力 17.3521.6523.2023.7528.257.84 多梦 46.4449.0452.5054.0856.7231.76 记忆记忆 力减退 37.5038.7841.9142.3344.444.54 心悸 27.5028.5728.7033.9035.5411.37 胸闷闷 12.9212.9813.2714.1916.246.41 窦窦性心律不齐齐 15.0524.6433.6037.7140.2915.01 窦窦性心动过缓动过缓 5.267.259.429.6810.725.89 窦窦性心动过动过 速0.911.451.752.100.39 脱发发 16.5216.9817.5418.1324.497.84 月经经紊乱 5.106.277.408.7315.039.06 一、电场与磁场 二、电磁场与电磁辐射 三、射频电磁场 四、电磁辐射的量度单位 电磁辐射基础 （一）电场（E） l带电荷的物体周围存在着电场。 l静止电荷周围的电场称之为静电场。 l运动电荷周围的电场则为动电场。 l单位 V/m 一、电场与磁场 （二）磁场（H） l在电流通过的导体周围能够产生磁场。 l若通过导体的是直流电，则产生恒定的磁场； l若通过导体的是交流电，则产生变化的磁场； l磁场强度 单位 A/m 一、电场与磁场 二、电磁场与电磁辐射 l电磁场：交变磁场周围会产生电场，交变电 场周围又会产生新的磁场，二者相互作用、 相互垂直，并与自身运动方向垂直。这种交 替产生的具有电场与磁场作用的物质空间称 为电磁场。 l电磁辐射：电磁场以一定速度在空间传播过 程中不断向周围空间辐射能量，此能量称为 电磁辐射，亦称电磁波。 二、电磁场与电磁辐射 （一）电磁波的周期（T）、频率（f）、 波长（）和波速（V） （二）场区分类及其特点 （三）电磁场的能量 （四）电磁波的传播特性 v周期：电磁波发生一次全振动所需要的时 间，单位s (秒)。 v频率：电磁波每秒振荡的次数，单位Hz (赫 兹)；常用单位还有kHz (千赫)、 MHz (兆 赫)或GHz (千兆赫)。 v 周期与频率互为倒数 v103 MHz = 106 kHz = 109 Hz （一）电磁波的周期（T）、频率（f）、 波长（）和波速（V） v波长：电磁波在一个周期内所经过的距离， 单位有nm (纳米)、 m (微米)或m (米)等。 v 换算关系: 1m = 103mm = 106m =109nm v电磁波在介质中的传播速度： (4-1) 真空光速 c0=2.993108m/s3108m/s 相对介电常数 相对磁导率 【讨论】在同一介质中，电磁波传播速度 是不变的，故波长与频率成反比 v电磁波波长和频率的关系可简化为 (4-2) 场区分类 （二）场区分类及其特点 l定义：以场源为零点或 中心，1/6波长范围之内 的区域。 l作用方式：电磁感应 l定义：相对于近区场， 1/6波长范围之外的区域 l作用方式：电磁辐射 1.近区场（感应场） 2.远区场（辐射场） 场区特点 1.近区场（感应场） l 电场强度E与磁场强度H间无定量比例关 系。 l 近区场电磁场强度比远区场要大得多 ，且衰减速度快。 l 近区场电磁感应现象与场源密切相关 ，近区场不能脱离场源而独立存在。 2.远区场（辐射场） l 电场强度与磁场强度的定量关系 l 电场E与磁场H互相垂直，且都与传播方向垂 直。 l 远区场电磁辐射强度随距离衰减比近区场缓 慢。 （4-3） v电场的能量：用电场各点的能量密度表示 v磁场的能量：用磁场各点的能量密度表示 v电磁场的能量：等于上述二者之和 （三）电磁场的能量 （4-5） （4-6） （4-7） （四）电磁波的传播特性 1.电场分量与磁场分量 2.电磁波的传播方向 3.电磁波在不同介质中的衰减 4.电磁波的反射和透射 5.电磁波谱 v作简谐振动的平面电磁波沿z方向传播时，x方向的 电场强度Ex为 1.电场分量与磁场分量 （4-8） v电场强度E和磁场强度H互相垂直的关系用 右手螺旋法则描述，即右手四指由电场强 度方向转向磁场强度方向时，垂直伸直的 大拇指的方向即为电磁波的传播方向。 v电磁波的传播方向用矢量S表示。 S = E H （4-10） 2.电磁波的传播方向 3.电磁波在不同介质中的衰减 v均匀介质（如空气）中，无能量损耗，电磁波的 波形不随距离改变。 v电场和磁场在时间上同相，在空间上互相垂直， 均作正弦函数的周期性变化，而且也都与传播方 向垂直（图4-1）。 电磁波在无损介质中的衰减 图4-1 电磁波在无损耗介质中的传播 3.电磁波在不同介质中的衰减 v金属等传导介质中，自由电子在电磁场的作用下定 向运动形成电流，引起电磁波能量的损耗、衰减。 v波形为衰减正弦波 （图4-2）。 电磁波在有损介质中的衰减 图4-2 电磁波在有损耗介质中的衰减 3.电磁波在不同介质中的衰减 v电磁波在良导体中衰减得很快，只能透入薄层 趋肤厚度（穿透深度)： 电磁波能够穿入金属的深度。 电磁波在有损介质中的衰减 （4-11） 式中：介质的电导率，m/s; 介质的磁导率,H/m。 v频率越低，进入良导体的厚度即穿透深度越大。 4.电磁波的反射和透射 v 电磁波传播至分界面时，发生反射和透射 图4-3 电磁波的反射和透射 5.电磁波谱 电磁波（无线电 波、红外线、可 见光、紫外线、X 射线和射线等 ）的频率(或波长 )不同，按其频率 (或波长)的大小 ，依次排列成谱 图即成电磁波谱 图4-4 电磁波谱图 三、射频电磁场 v射频电磁场:高频电流周围形成的高频率电场 和磁场，也称高频电磁场。 每秒振荡十万次 以上的交流电 表4-6 射频电磁场的频段 频频段名称对应对应 波段缩缩写名称频频率范围围 低频频千米波（长长波）LF30300 kHz 中频频百米波（中波）MF3003000 kHz 高频频十米波（短波）HF330MHz 甚高频频米波（超短波）VHF30300 MHz 特高频频分米波UHF3003000 MHz 超高频频厘米波SHF330103MHz 极高频频毫米波、亚亚毫米波EHF 30300103MHz 3003000103MHz l射频电磁场频段不同，电磁场强弱采用不同 物理量表示 四、电磁辐射的量度单位 高频(100kHz30MHz) 甚高频(30300MHz) V/m、mV/m、V/m 或dB（分贝） 特高频微波 （300MHz) 单位：功率密度 W/cm2、mW/cm2或W/cm2 l表示电场干扰大 小时，常用dB（分 贝）来衡量 （三）复合场强 l定义：两个或两个以上频率的电磁波复合在 一起的场强。 l计算式 式中：E复合场强，V/m； E1，E2，En各频率对应的电磁场强。 四、电磁辐射的量度单位 一、电磁辐射评价标准 及相关计算方法 二、电磁辐射评价测量范围 第三节 电磁辐射防护标准 一、电磁辐射评价标准 及相关计算方法 （一）（一）我国电磁辐射标准 （二）（二）国际电磁辐射标准简介 分类 作业场所 电磁辐射安全卫生标准 电磁辐射环境安全卫生标准 干扰控制标准 （一）（一）我国电磁辐射标准 （一）（一）我国电磁辐射标准 1.电磁辐射防护规定（GB 8702-88） 2.环境电磁波卫生标准（GB 9174-3-88） 3.作业场所微波辐射卫生标准（GB 10436-89） 4.作业场所超短波辐射卫生标准（GB 10437-89） 5.作业场所工频电场卫生标准（GB 16203-1996） 6.工业企业设计卫生标准（GBZ 1-2002） 7.国家军用标准 v国家环保总局和国家技术监督局联合发布 v增加了SAR（比吸收率）剂量的内容 v规定在24h以内任意连续6min的平均SAR应小于 0.02W/kg。 v职业照射导出限值（表4-7） v公众照射导出限值（表4-8） 1.电磁辐射防护规定（GB 8702-88） Specific Absorption Rate 单位时间内单位质量的物质吸收的电磁辐射能量。 1.电磁辐射防护规定（GB 8702-88） 表4-7 职业照射导出限值 150/0.40（0.5（0.0015 频频率范围围 / MHz 电场电场 强度 /（Vm1） 磁场场强度 /（Am1 ） 功率密度 / （ Wm2 ） 0.10.3870.25（20） 330150/0.40(60/f） 303000（28）（0.075）0.4 300015000(0.5 ）(0.0015） f/1500 15 00030 000（61）（0.16）10 系平面波等效值，供对照参考。供对照参考，不作为限值； 表中f是频率，MHz；表中数据作了取整处理。 1.电磁辐射防护规定（GB 8702-88） 表4-8 公众照射导出限值 150/0.40（0.5（0.0015 频频率范围围 / MHz 电场电场 强度 /（Vm1） 磁场场强度 /（Am1 ） 功率密度 /（Wm2 ） 0.10.3400.1（40） 33067/0.17(12/f） 303000（12）（0.032）0.4 300015000(0.22 ）(0.001 ）f/7500 15 00030 000（27）（0.073）2 系平面波等效值，供对照参考。供对照参考，不作为限值； 表中f是频率，MHz；表中数据作了取整处理。 v本标准还规定 v对于一个辐射体发射几种频率或存在多个辐射体时，其 电磁辐射场的场量参数在任意连续6min内的平均值之和 ，应满足 式中： Ai，j 第i个辐射体在j频段辐射的辐射水平； Bi，j 对应于j 频段的电磁辐射所规定的照 射限值。 1.电磁辐射防护规定（GB 8702-88） （4-16） 例题 频频率范围围 / MHz 电电磁炉微波炉 导导出限值值 功率密度 /（Wm2 ） 0.10.310540 3030000.10.20.4 v适用范围：适用于一切人群经常居住和活动场所的 环境电磁辐射，不包括职业辐射和射频、微波治疗 需要的辐射。 v内容：二级容许限值（表4-9） vI级标准安全区：老弱病残孕婴儿公众在此区环境 中长期居住生活，不受电磁辐射影响的区域。 vII级中间区：长期居住生活在此区，有可能对易 感人群引起某些不良反应或影响，故必须加以限 制。 2.环境电磁波卫生标准（GB 9174-3-88） 表4-9 环境电磁波卫生标准（GB 9174-3-88） 频频率/MHz强度 单单位 容许许限值值 I级级（安全区）II级级（中间间区） 0.130Vm11025 30300Vm1512 300 300 000 Vcm11040 混合Vm1 按主要波段场场强，若各波段场场强分 散，则则按复合场场强加权权确定 v内容： v作业场所工频电场8小时容许量为50Wcm-2。 v因工作需要必须进入超过最高容许量的地点或延长 接触时间时，应采取有效防护措施。 v带电作业人员应该在“全封闭式”的屏蔽装置中操作 ，或应穿包括面部的屏蔽服。 5.作业场所工频电场卫生标准（GB 16203-1996） v超短波辐射作业区安全限值GJB 1002-90 辐辐射条件 日辐辐射时间时间 /h 容许许平均电场电场 强度 /(Vm-1) 容许许暴露电场电场 强度上限 /(Vm-1) 脉冲波81087 连续连续 波814123 7.国家军用标准 表4-14 超短波（30300MHz）辐射作业区安全限值（GJB1002-90） 当在脉冲条件下工作电场强度大于10V/m，在连续波条件下工作电场强度大于 14V/m时，都必须采取有效防护措施。如实测数据以平均功率密度表示时，须 将数据换算成场强的等效值。 v水面舰艇磁场对人体作用安全限值GJB2779-96 舱舱室 最大允许许磁 感应应强度/mT 允许许暴露时间时间 生活舱舱58小时时/日，每周5日，连续连续 不超过过4小时时 一般工作舱舱78小时时/日，每周5日，连续连续 不超过过4小时时 强磁场场 设备舱设备舱 40连续连续 不超过过4小时时 401小时时/日，每周5日，连续连续 不超过过4周 8030分钟钟/日，每周5日，连续连续 不超过过4周 20010分钟钟/日，每周5日，连续连续 不超过过4周 7.国家军用标准 生活舱，系包括居住舱、会议室、餐厅等生活与休息舱室； 一般工作舱，指除强磁场设备舱以外的各种作业舱室。 表4-15 水面舰艇磁场对人体作用安全限值（GJB2779-96） 表4-20 电磁辐射防护评价测量范围 电电磁辐辐射设备设备防护测护测 量范围围 功率P200kW的 发发射设备设备 以发发射天线为线为 中心，半径为为1km的范围围；若最大辐辐射场场强点处处于1km 外，则则范围扩围扩 大至最大场场强处处，直至场场强值值低于标标准限值值 功率200kWP 100kW的发发射设设 备备 以天线为线为 中心半 径为为1km的范围围 对对于有方向性的天线线，范围围可从天线辐线辐 射 主瓣的半功率角内扩扩大到0.5km；如有高层层 建筑的部分楼层进层进 入天线辐线辐 射主瓣的半功 率角内时时，应选择应选择 不同高度对这对这 些楼层进层进 行室内或室外的场场强测测量 功率P 100kW的 发发射设备设备 以天线为线为 中心半 径为为0.5km的范 围围 工业业、科教、医 疗电疗电 磁辐辐射设设 备备 以设备为设备为 中心，半径250m内 高压输电线压输电线 路 和电电气化铁铁道 以有代表性为为准，对对具体线线路作认认真详详尽分析后，确定其具 体范围围。 可移动动式电电磁 辐辐射设备设备 一般按移动设备载动设备载 体的移动动范围围来确定；对对于可能进进入人口稠密区 的陆陆上可移动设备动设备 ，需考虑对虑对 公众的影响，来确定其具体范围围 二、电磁辐射评价测量范围 一、电磁辐射防护基本原则 二、电磁辐射防治的基本方法 三、电磁辐射防治技术 四、电磁辐射控制应用实例 第四节 电磁辐射污染防治技术 一、电磁辐射防护基本原则 n目标：抑制电磁辐射源 n具体做法： n设备的合理设计； n加强电磁兼容性设计的审查与管理； n做好模拟预测和危害分析工作等。 主动防护 与治理 被动防护 与治理 n目标：防护被辐射方 n具体做法： n采用调频、编码等方法防干扰； n对特定区域和特定人群进行屏蔽 保护。 基本 原则 p在泄漏和辐射源层面采取防护措施 p特点：着眼于设备的电磁漏场和电磁漏能减少，使 泄漏到空间的电磁场强度和功率密度降低到最小程度。 v根据上述电磁辐射防护技术原则，电磁辐射 防护形式分为两大类： p在作业人员层面（包括其工作环境）采取 防护措施 p特点：着眼于增加电磁波在介质中的传播衰减，使 到达人体的场强和能量水平降低到电磁波照射卫生 标准以下。 （一）（一） 屏蔽 （二）二） 接地技术 （三）（三） 滤波 （四）（四） 其他措施 二、电磁辐射防治的基本方法 （一）（一）屏蔽 1.屏蔽的分类 2.电磁场屏蔽机理 3.电磁屏蔽室的设计制作 1.屏蔽的分类 v屏蔽： 采取一切可能的措施将电磁辐射 的作用与影响限定在一个特定的区域 内。 1.屏蔽的分类 屏蔽分类 （1）按照屏蔽的方法 （2）按照屏蔽的内容 主动场屏蔽 被动场屏蔽 电磁屏蔽 静电屏蔽 磁屏蔽 静电屏蔽 对静电场以及变化很慢的交变电场的屏蔽。 1. 静电感应现象。由于导体内电荷的重新分 布，这些电荷在与外电场相反的方向形成 另一电场。 2. 内电场、外电场方向相反，相互抵消，所 以内部合电场为零。 高压带电作业工人的作业服利用此原理研制 。 法拉第笼 美国魔术师大卫布莱恩挑 战百万伏特电击 磁屏蔽 对静磁场或变化很慢的磁场的屏蔽。 原理与静电屏蔽类似，要求材料是较高磁导 率的磁性材料。 高频电磁波屏蔽 依靠屏蔽体的反射和吸收起作用， 实现电磁场的屏蔽。 在屏蔽体表面部分电磁波被反射回空 气介质中； 部分穿透屏蔽体的电磁波因电损耗、 磁损耗及介质损耗而被吸收。 屏蔽室结构设计一般要求 v（1）屏蔽材料的选择 v必须选用导电性和透磁性高的材料； v铜、铝、铁均具有较好的屏蔽效能； v超短波和微波频段，一般采用屏蔽 材料与吸收材料制成复合材料。 p将场源屏蔽体或屏蔽体部件内感应电流加以迅速引 流以形成等电势分布，避免屏蔽体产生二次辐射。 射频接地 （二）二）接地技术 1.接地抑制电磁辐射的机理 2.接地系统的设计与实施 图4-5 接地系统结构组成 射频设备 接地线 接地极 2.接地系统的设计与实施 v（1）接地线 v设备的接地：原则上要求每台设备应当有各 自的接地连接，不应采用汇流排线，以避免引起干 扰的耦合效应的发生。 v屏蔽部件的接地：屏蔽部件应使用宽金属带 作接地线，多点接地，与接地极良好连接。 2.接地系统的设计与实施 v（2）接地极 接地极的结 构设计型式 埋置接地铜板 埋置接地格网铜板 埋置嵌入接地棒 （三）（三） 滤波 1. 滤波的机理 v机理：在电磁波的所有频谱中分离出 一定频率范围内的有用波段。 v作用：保证有用信号通过的同时阻截 无用信号通过，是抑制电磁干扰最有效的 手段之一。 （四）（四） 其他措施 v采用电磁辐射阻波抑制器，在一定程度上抑制无 用的电磁辐射； v新产品和新设备的设计制造时，尽可能使用低辐 射产品； v从规划着手，对各种电磁辐射设备进行合理安排 和布局，并采用机械化或自动化作业，减少作业人员 直接进入强电磁辐射区的次数或工作时间。 三、电磁辐射防治技术 （一）（一） 高频设备的电磁辐射防护 （二）（二） 广播、电视发射台的电磁辐射防护 （三）（三） 微波设备的电磁辐射防护 （四）（四） 静电防治 （一）（一） 高频设备的电磁辐射防护 v 高频范围:0.1300MHz v 防护技术: v 电磁屏蔽 v 接地技术 v 滤波 v（1）降低辐射强度 在条件许可的情况下，采取措施，减 少对人群密集居住方位的辐射，降低辐 射强度，如改变发射天线的结构和方向 角。 （二）（二） 广播、电视发射台的电磁辐射防护 v（