Ảnh hưởng của trường điện từ ở tần số cao, tần số công nghiệp

1. Trường điện từ ở tần số cao

Hiện nay, trong nhiều ngành kinh tế, quốc phòng, trong các phòng nghiên cứu chúng ta sử dụng nhiều thiết bị máy móc liên quan đến điện trường tần số cao, siêu cao như rada trong quốc phòng và các sân bay,… lò trung tần, cao tần trong luyện kim, các thiết bị phát sóng truyền hình,…

Việc sử dụng dòng điện tần số cao cho phép tiến hành quá trình công nghệ nhanh chóng hơn, đảm bảo chất lượng gia công cao hơn, đồng thời tạo điều kiện để ứng dụng rộng rãi các thiết bị cơ khí và tự động hóa. Sự thay thế các lò đúc, lò sấy đốt nóng bằng nhiên liệu, bằng các lò dùng điện tần số cao đã làm giảm hẳn độ bụi bẩn của không khí trong sản xuất, rút ngắn thời gian và giảm cường độ bức xạ của các nguồn nhiệt đến công nhân.

Các thiết bị nhiệt luyện bằng điện cao tần phát ra năng lượng điện từ, các năng lượng này biến thành công có ích. Song khi đó trong vùng làm việc có một trường điện từ có thể gây tác hại đối với cơ thể con người.

1.1. Sự hình thành trường điện từ trong một số thiết bị công nghiệp

Như ta đã biết rằng xung quanh dây dẫn điện xuất hiện đồng thời điện trường và từ trường. Các trường này sẽ không có liên hệ với nhau nếu dòng điện không thay đổi theo thời gian (dòng điện một chiều). Khi dòng điện thay đổi (dòng điện xoay chiều) từ trường và điện trường có liên hệ với nhau nên khi nghiên cứu chúng ta cần phải tiến hành đồng thời và coi chúng như một trường điện từ thống nhất.

Trường điện từ tần số cao có khả năng lan tỏa ra không gian không cần dây dẫn điện với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng. Sự lan tỏa trường điện từ trong không gian mang theo năng lượng của nó.

1.2. Tác hại của điện từ trường

Không gian quanh vùng các thiết bị cao tần, siêu cao tần tạo ra điện từ trường có tác dụng rất bất lợi cho cơ thể con người.

Đáng ngại ở chỗ là cơ thể con người không có cảm giác gì khi có tác dụng của điện từ trường.

– Tác hại của điện từ trường lên cơ thể con người:

  • Xung quanh các nguồn trường điện từ cao tần hình thành một vùng cảm ứng và vùng bức xạ.
  • Cách nguồn phát không quá 1/6 bước sóng sẽ là vùng có ưu thế cảm ứng, được gọi là vùng cảm ứng, bên ngoài vùng này là vùng bức xạ.
  • Nếu ở trong vùng cảm ứng con người sẽ chịu tác dụng các trường từ và trường điện thay đổi theo chu kỳ, còn ở vùng bức xạ thì con người chịu tác dụng một điện từ trường với các thành phần điện từ bằng nhau đồng thời thay đổi.
  • Cường độ điện từ trường nơi làm việc có thể thay đổi phụ thuộc vào công suất máy phát sóng, khoảng cách tới nguồn và sự phản xạ của các bề mặt xung quanh.
  • Mức độ tác dụng của trường điện từ lên cơ thể con người phụ thuộc vào độ dài bước sóng, tính chất công tác của nguồn (xung hay liên tục), cường độ bức xạ, thời gian tác dụng, khoảng cách từ nguồn đến cơ thể và sự cảm thụ riêng của từng người.

Mức độ hấp thụ năng lượng điện từ phụ thuộc vào tần số:

  • Tần số cao: 20%
  • Tần số siêu cao: 25%
  • Tần số cực cao: 50%

Tác hại của sóng điện từ không chỉ phụ thuộc vào năng lượng bức xạ bị hấp thụ, mà còn phụ thuộc vào độ thấm sâu của sóng bức xạ và cơ thể. Độ thấm sâu càng cao tác hại càng nhiều. Độ thấm sâu và bảng năng lượng hấp thụ nên trên có thể làm rõ các đặc tính sau đây của sóng điện từ: sóng decimetre gây biến đổi lớn nhất đôi với cơ thể so với song centimetre và sóng metre. Sóng milimetre gây tác dụng bệnh lý rất ít so với sóng centimetre và sóng decimetre.

– Tác hại của sóng điện từ

Bước sóng

Độ thấm sâu

Loại milimetre

Bề mặt lớp da

Loại centimetre

Da và các tổ chức dưới da

Loại decimetre

Vào sâu trong các tổ chức khoảng 10 – 15 cm

Loại metre

Vào sâu hơn 15 cm

Dưới tác dụng của các trường điện từ tần số cao, các ion của các tổ chức cơ thể sẽ chuyển động. Trong các tổ chức này sẽ xuất hiện một dòng điện cao tần. Do đó mà một phần năng lượng của trường bị thấm hút.

Trị số độ truyền dẫn của tổ chức cơ thể tỉ lệ với thành phần chất lỏng có trong tổ chức đó. Độ truyền dẫn mạnh nhất là ở máu và các bắp thịt, còn yếu nhất là ở các mô mỡ. Chiều dày lớp mỡ ở nơi bị bức xạ có ảnh hưởng đến mức độ phản xạ sóng bức xạ ra ngoài cơ thể. Đại não, tủy xương sống có lớp mỡ mỏng, còn mắt thì hoàn toàn không có nên các bộ phận này chịu tác dụng nhiều hơn cả.

Chức năng của cơ thể, trước hết là hệ thống thần kinh trung ương, mà chủ yếu là làm rối loạn hệ thần kinh thực vật và làm rối loạn hệ thần kinh tim mạch. Sự thay đổi đó có thể làm nhức đầu, dễ mệt mỏi, khó ngủ hoặc buồn ngủ nhiều, suy yếu toàn thân, sinh ra nóng nảy và hàng loạt triệu chứng khác. Ngoài ra, nó có thể làm chậm mạch, giảm áp lực máu, đau tim, khó thở, làm biến đổi gan và lá lách.

Tác dụng của năng lượng điện từ tần số siêu cao có thể làm biến đổi máu, giảm sự thính mũi, biến đổi nhân mắt.

Sóng vô tuyến còn có thể gây rối loạn chu kỳ kinh nguyệt ở phụ nữ. Nói chúng phụ nữ chịu tác dụng của sóng điện từ mạnh hơn nam giới. Tỷ lệ mắc bệnh tăng theo thời gian công tác.

Căn cứ để đánh giá tác hại của điện trường có thể là cường độ tác dụng của trường, biểu thị bằng vôn/mét. Trị số điện áp giới hạn cho phép của trường ứng với các tầng số này quy định là 5 V/m ở chỗ làm việc, còn đối với lò đúc cảm ứng và các thiết bị cảm ứng nung nóng, vì có khó khăn về kỹ thuật, không thể bao che kín được nên tạm thời cho phép điện áp của trường đến 10 V/m.

Trị số cường độ bức xạ giới hạn cho phép của trường điện từ có tần số cực cao tại chỗ làm việc được xác định như sau: khi chịu tác dụng của cả ngày làm việc thì không lớn hơn 100 W/cm2, khi chịu tác dụng không quá 15 – 20 phút trong một ngày thì không lớn hơn 1 mW/cm2 và khi đó nhất định phải đeo kính để bảo vệ mắt.

1.3. Các biện pháp phòng chống

  • Các máy phát tần số cao, siêu cao và cực cao, tùy điều kiện của quá trình công nghệ, có thể đặt trong gian nhà sản xuất chung nhưng cần che kín luống công nghệ của nó: tốt nhất là đặt chúng trong các phòng riêng biệt. Dù đặt máy ở đâu cũng nhất thiết phải chấp hình nghiêm chỉnh “Nội quy vệ sinh tạm thời khi làm việc với các máy phát sóng centimetre”.
  • Khi làm việc, các mạch điện của các máy nhiệt luyện cao tần xuất hiện điện áp tới hàng chục kilovolt. Bởi vậy, các tần số cao, siêu cao và cực cao là những thiết bị có điện áp cao, cần áp dụng đầy đủ các quy phạm an toàn điện đã được Nhà nước ban hành.
  • Khi đặt các thiết bị này trên dây chuyền trong cùng một gian nhà sản xuất chung thì khoảng cách giữa chúng và các trang bị khác không được nhỏ hơn 2 m. Khi đặt các thiết bị này trong phòng riêng biệt thì mỗi thiết bị công suất nhỏ hơn 30 kW cần có diện tích không nhỏ hơn 25 m2, công suất lớn hơn 30 kW thì không nhỏ hơn 40 m2. Trong phòng đặt thiết bị thì không nên để những vật bằng kim loại không cần thiết. Sở dĩ có quy định như vậy vì kim loại phản xạ sóng vô tuyến điện (sóng điện từ) rất tốt và chính chúng có thể trở thành nguồn dao động điện từ thứ hai.
  • Kích thước chỗ làm việc của các công nhân sản xuất hoặc nhân viên phục vụ các thiết bị cao tần được xác định theo các điều kiện của quá trình công nghệ và kích thước sản phẩm. Tuy vậy, chỗ làm việc bên cạnh các bảng điều khiển không được hẹp hơn 1,2 m và không được hẹp hơn 0,8 m ở cạnh các thiết bị đốt nóng (như lò đúc, lò đốt cảm ứng, các tụ điện làm việc,..).
  • Các thiết bị nung nóng, các đèn phát, các máy liên hợp khác, trong lúc làm việc và ngay cả các đối tượng gia công sẽ phát ra một lượng nhiệt rất lớn. Không khí trong các phòng làm việc này sẽ bị bẩn do hơi của các dung dịch, do hơi khí sinh ra khi dầu mỡ trên các thiết bị gia công này bị đốt cháy. Vì vậy, ở các phòng có thiết bị cao tần cần phải có thông gió nhân tạo.
  • Trong trường hợp, khi có một thiết bị gia công nào đó tỏa ra nhiều bụi bẩn thì cần hút gió cục bộ. Chụp hút đặt trên các lò đúc cảm ứng có độ cao không lớn 0,8m. Vận tốc hút không khí ở miệng chụp không được nhỏ hơn 1,5 m/s. Ở các lò nung cảm ứng, người ta thường đặt các bộ phận hút không khí ở bên cạnh với vận tốc hút khoảng 2 – 4 m/s. Vật liệu làm chụp hút và các ống nối với chúng thường dùng vật liệu phi kim loại, có tính chịu nhiệt cao như xi-măng amiathus, hetinắc (một loại nhựa cách điện), tectolit,… Không cho phép dùng kim loại làm các bộ phận hút khí đặt gần các lò cảm ứng vì kim loại sẽ bị đốt nóng bởi các dòng điện cảm ứng.
  • Hệ thống hút gió trong các buồng sấy để sấy gỗ phải đảm bảo việc hút gió đầy đủ để ngăn ngừa các hơi khí sinh ra trong quá trình sấy dưới áp lực nhiệt tràn vào phòng làm việc.
  • Chiếu sáng trên các thiết bị cao tần cần đảm bảo độ rọi trên phương thẳng đứng tại các bảng điều khiển không nhỏ hơn 150 lux, trên các chỗ làm việc tại thiết bị nung không nhỏ hơn 130 lux.
  • Bảng điều khiển có thể đặt trên tấm chắn bảo vệ hoặc lấp ngoài phòng đặt máy phát, hướng về phía người thợ làm việc. Trên bảng điều khiển này thường đặt các tay quay, nút bấm, nút vặn, công tắc điện, cầu dao cần thiết để điều khiển thiết bị. Các bộ phận điều khiển trên nằm ra ngoài vỏ bảo vệ cũng cần phải trang bị sao cho chúng không bị nhiễm từ của từ trường.
  • Trong trường hợp, khi một máy phát phục vụ cho nhiều chỗ làm việc thì bảng điều khiển có thể làm chung, nhưng trên mỗi chỗ làm việc cần phải có công tắc an toàn để cắt rời thiết bị đó ra khỏi nguồn.
  • Trên bảng điều khiển của mỗi thiết bị cao tần cần nó đèn tín hiệu. Đèn xanh biểu thị sự chuẩn bị sơ đồ, thiết bị để nạp điện và mở máy biến áp. Còn đèn đỏ là biểu thị máy biến áp đang làm việc.
  • Toàn bộ thiết bị cần có bao che kín để tránh trường điện từ tỏa ra lan vào phòng làm việc. Vỏ bao che thường được chế tạo ngay ở nhà máy chế tạo thiết bị, song trong trường hợp vỏ bao che đó không đáp ứng yêu cầu cần thiết thì cần phải có biện pháp phụ thêm. Vỏ bảo che cần phải chế tạo bằng các tấm kim loại có độ dẫn điện cao và độ dày không mỏng hơn 0,5 mm.
  • Trên bỏ bao che có những lỗ nhỏ để lắp công tắc, nút bấm, tay quay,… Tại những chỗ đó cần bọc những lưới sắt mắt dày (mắt không quá 4×4 mm). Mỗi tấm che riêng biệt nhất thiết phải nối đất. Vỏ bao che cần làm nhiều lớp: vỏ che xung quanh máy phát, vỏ che xung quanh chỗ làm việc ( chỗ đúc, sấy, nung,…) và vỏ che cho toàn thiết bị.
  • Để đảm bảo an toàn về điện và tránh bị điện giật khi tiếp xúc với các bộ phận bằng kim loại của thiết bị khi xảy ra sự cố, tất cả các bộ phận đó phải nối đất.
  • Các dây nối đất cần phải bố trí sao cho có chiều dài nhỏ nhất. Các dây nối đất ở gần các khu vực phát sóng thì không nên làm thành một vòng tròng kín vì vòng tròn kín như thế có thể bị đốt nóng bởi dòng điện cảm ứng và dẫn đến làm tăng điện trở của dây tiếp đất.
  • Các thiết bị cao tần cần phải có các công nhân chuyên môn phục vụ. Thợ điện để điều chỉnh, theo dõi tình trạng làm việc của máy có trình độ chuyên môn không thấp hơn 4 bậc, còn thợ đúc, thợ nhiệt luyện thì không thấp hơn bậc 2.

Các đài phát sóng vô tuyến cần phải thực hiện các nguyên tắc lồng Faraday ở các phòng làm việc để bảo vệ nhân viên vì nguồn sóng vô uyến lớn đặt rất gần.

2. Trường điện từ ở tần số công nghiệp

Con người nằm trong trường điện từ, có thể coi như vật dẫn điện, đóng vai trò như một điện dung. Dòng điện qua người phụ thuộc vào điện trường và giá trị điện dung tương đương. Một số nước đã ban hành tiêu chuẩn quy định giới hạn cho phép về cường độ điện trường làm việc lâu dài. Tiêu chuẩn của Đức là 10 kV/m và một số nước khác là 5 kV/m.

Kết quả nghiên cứu của một số nước cho thấy: con người làm trong điện trường tần số công nghiệp có thể ảnh hưởng đến hệ thần kinh, hệ tuần hoàn, hệ hô hấp,… và mức độ ảnh hưởng này phụ thuộc vào cường độ làm việc và thời gian chịu tác động.

Tiêu chuẩn của một số nước Đông Âu quy định mức cho phép của cường độ điện trường phụ thuộc vào thời gian làm việc trong một ngày là:

Bảng 1. Thời gian làm việc theo quy định.

Cường độ điện trường (kW/m)

5

10

15

20

25

Thời gian làm việc cho phép trong ngày

8 giờ

3 giờ

1,5 giờ

10 phút

5 phút

Theo quy định để thiết kế đường dây 500 kV của ta thì khoảng cách từ dây dẫn đến mặt đất ở khu đông dân là 14 m, tức là cường độ điện trường của người đứng trên mặt đất là nhỏ hơn 5 kV/m. Cần chú ý:

2.1. Ở các khu vực ít dân

Cột có thể thấp hơn, khoảng cách cột có thể xa hơn nên dâ dẫn bị võng hơn, do đó đường dây có thể thấp hơn trị số nên trên, cường độ điện trường có thể cao hơn giá trị 5 kV/m nên yêu cầu phải hạn chế người qua lại cũng như làm việc dưới đường dây.

Đối với trạm điện có điện áp siêu cao, ở vị trí công nhân đi đến kiểm tra, sửa chữa, thao tác,…có thể cường độ điện trường sẽ cao và đạt đến 10 18 kV/m; do đó phải hạn chế thời gian làm việc hoặc có biện pháp làm giảm cường độ điện trường xuống mức điện áp quy định.

2.2. Đường dây thông tin, đường dây trung thế, đường dây hạ thế

Các loại cáp và kết cấu kim loại ở gần đường dây siêu cao thế 500 kV/m sẽ xuất hiện dòng điện suất điện động cảm ứng. Trong trường họp sự cố ngăn mạch, sức điện động cảm ứng có thể đạt đến 1 kV và gây nguy hiểm cho người và thiết bị. Do đó cần chuyển các thiết bị thông tin, đường dây trung và hạ áp ra xa khỏi đường dây và trạm siêu cao thế 500kV và đặt che chắc hoặc thiết bị bảo vệ.

2.3. Ảnh hưởng nhiễu của trường điện từ và hồ quang.

Phóng điện qua các khe hở, phóng điện hồ quang, phóng điện do tĩnh điện, cảm ứng điện từ là các nguyên nhân gây nhiễu cho các thiết bị vô tuyến viễn thông, điều khiển, đo lường,… gần đấy. Do vậy cần truyền các thiết bị thông tin, đường dây thông tin và các thiết bị đo lường ra xa khỏi đường dây và trạm 500 kV, dùng che chắn bằng lưới kim loại hay lồng Faraday.

2.4. Ảnh hưởng nguy hiểm do lan tràn điện thế nối đất

Khi có sự cố ngắn mạch trên đường dây hoặc các thiết bị trong trạm sẽ xuất hiện điện áp bước và điện áp tiếp xúc nguy hiểm đối với người; vì vậy cần phải nối đất vỏ thiết bị và các phần kết cấu kim loại trong trạm để giảm điện áp tiếp xúc và điện áp bước.

error: Real Group - Efficiency Projects