Pola elektromagnetyczne.pdf

Krzysztof Stefaniszyn

Pola elektromagnetyczne w spawalnictwie a wymagania bezpieczeństwa pracy

1 Wstęp

Pole i promieniowanie elektromagnetyczne są czynnikami środowiska naturalnego. Rozwój

współczesnej cywilizacji wiąże się jednak z przetwarzaniem coraz większych ilości energii

do form użytecznych a jedną z form energii zużywanej we wszystkich dziedzinach jest

energia pól elektromagnetycznych. W środowisku pracy pola elektromagnetyczne występują

więc jako sztuczny wytwór działalności człowieka. Wszystkie urządzenia zasilane z sieci

elektroenergetycznej prądu przemiennego i przetwarzające energię elektryczną tworzą wokół

siebie pole elektromagnetyczne. Pole elektromagnetyczne oddziałuje z obiektami

biologicznymi, w tym z organizmem człowieka, i może powodować szkodliwe skutki

związane m.in. z indukowaniem prądów elektrycznych płynących wewnątrz ciała człowieka

lub wzrostem temperatury eksponowanych tkanek. Oddziaływanie na ludzi uzależnione jest

od natężenia tego pola i charakterystyki jego zmienności w czasie, m.in. częstotliwości pól

zmiennych okresowo oraz od warunków i efektywnego czasu trwania ekspozycji danego

człowieka. Z tego powodu pole elektromagnetyczne uznano za jeden z wielu szczególnie

niebezpiecznych i szkodliwych czynników środowiska pracy.

Z polami elektromagnetycznymi związane jest także pojęcie kompatybilności

elektromagnetycznej, która jest definiowana jako zdolność urządzeń lub systemów do

zadawalającego działania w określonym środowisku elektromagnetycznym jednocześnie bez

wprowadzania do tego środowiska własnych niedopuszczalnych zakłóceń

elektromagnetycznych.

Występowanie pól elektromagnetycznych można więc rozpatrywać w dwóch aspektach:

zagrożeń zdrowia w wyniku bezpośredniego działania pola oraz zagrożeń związanych z

bezpieczeństwem i zdrowiem w wyniku wpływu pola na urządzenia techniczne.

Takie podejście spowodowało konieczność urzędowego wprowadzenia środków technicznych

i sposobów działania chroniących ludzi przed działaniem pól elektromagnetycznych, którymi

są:

• ustalenie dopuszczalnych natężeń pól, w których może przebywać pracownik;

• ustalenie standardów dotyczących pracy urządzeń w środowisku

elektromagnetycznym;

• ustalenie metod pomiaru i oceny zagrożenia;

• opracowanie aparatury pomiarowej i niezbędnych technik zabezpieczeń;

• popularyzacja wiedzy o istniejących zagrożeniach i zasadach ich ograniczania.

Wspólnota Europejska, której jednym z podstawowych elementów jest jednolity rynek

opierający się na eliminacji wszelkich przeszkód o charakterze technicznym w swobodnym

przepływie towarów, wprowadziła regulacje dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej.

Od połowy lat 80-tych wprowadzono tzw. "nowe podejście" (new approach) w ocenie

zgodności wyrobów rozróżniające jasno rolę podstawowych wymagań zawartych w

dyrektywach nowego podejścia i norm dobrowolnych, podkreślając, że wyrób

wyprodukowany zgodnie ze zharmonizowanymi normami jest traktowany jako

odpowiadający podstawowym wymaganiom. Całość tych działań nazwano systemem oceny

zgodności.

Jedną z Dyrektyw „nowego podejścia” jest tzw. dyrektywa kompatybilności

elektromagnetycznej (EMC) – Dyrektywa o ujednoliceniu w państwach członkowskich praw

dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej (89/336/EEC). Właśnie te przepisy

regulują zagadnienia związane z ochroną przed wpływem pól elektromagnetycznych na

urządzenia co jest pośrednio związane z bezpieczeństwem pracowników.

Podstawowa ochrona przed następstwami bezpośredniego działania pól

elektromagnetycznych opiera się na określeniu ekspozycji tzn. określeniu czasu i wartości

pola na jakie jest narażony człowiek w trakcie wykonywania pracy. Parametry te porównuje

się z wartościami dopuszczalnymi w środowisku pracy. Zarówno w kraju jak i na świecie

opracowano akty prawne lub normy zawierające te wartości. Aby jednak mierzyć i uzyskiwać

porównywalne wyniki należy stosować ujednolicone metody badawcze.

Powszechnie stosuje się metody pomiarowe oparte na bezpośrednim pomiarze przy pomocy

mierników natężeń pól, w punktach wyznaczonych na podstawie charakterystyki stanowiska

pracy. Podstawowym punktem pomiarów jest miejsce przebywania pracownika. Czasami

wykonuje się pomiary rozkładu pola na ciele pracownika. Pomiary obejmują także miejsca

przebywania innych osób, pracujących w sąsiedztwie badanego stanowiska oraz pomiary w

miejscu przejść i dróg transportowych.

2. Pola elektromagnetyczne w spawalnictwie w aspekcie ochrony zdrowia.

Według zaleceń Międzynarodowej Organizacji Pracy pracodawca powinien:

- identyfikować źródła pól elektrycznych i magnetycznych,

- zbierać okresowo i przechowywać informacje o ekspozycji, jakiej podlegają pracownicy,

- oceniać ryzyko wynikające z ekspozycji, opierając się na ustalonych w kraju wartościach

dopuszczalnych, na podstawie rzeczywistej wielkości ekspozycji z uwzględnieniem

wyników pomiarów wykonanych przez ekspertów, a także zgodnie z aktualną wiedzą

krajową i międzynarodową,

- uwzględniać przeciwdziałanie wypadkom powodowanym przez eksponowanie na pola

elektryczne i magnetyczne pracowników ze stymulatorami serca lub podobnymi

implantami medycznymi oraz zapewniać pracownikom specjalną ochronę, wynikającą z

ich stanu zdrowia, np. w przypadku kobiet w ciąży,

- zapewnić ochronę przez: przeciwdziałanie ekspozycji niebezpiecznej, ostrzeganie i

rozsądne unikanie narażenia, oznakowanie źródeł pól oraz działania techniczne zalecone

przez ekspertów, zmniejszające nadmierną ekspozycję na silne pola, przede wszystkim

przez stosowanie ekranowania i środków ochrony indywidualnej.

Jeżeli nie można zastosować ekranowania, pracodawca powinien ograniczyć dostęp personelu

do obszaru, w którym mogą być przekroczone wartości dopuszczalne, i zapewnić:

- ustalenie kontrolowanego dostępu,

- skrócenie czasu ekspozycji,

- ogrodzenie i oznaczenie znakami ostrzegawczymi bezpośredniego sąsiedztwa źródeł

silnych pól,

- wyraźne oznakowanie miejsc w których występują pola na tyle silne, że mogą zakłócać

pracę stymulatorów serca lub implantów medycznych.

Krajowe zasady ochrony przed polami elektromagnetycznymi opierają się na unikatowej (w

skali światowej) koncepcji stref ochronnych, która została opracowana w Centralnym

Instytucie Ochrony Pracy [21].

Zgodnie z tą koncepcją w otoczeniu źródeł pól wyróżnia się:

- obszar bardzo silnych pól elektromagnetycznych, w których nie wolno przebywać

zarówno pracownikom jak i osobom postronnym. Obszar ten jest nazywany strefą pól

niebezpiecznych, które mogą wywoływać niebezpieczne nagrzewanie tkanek,

- obszar pól elektromagnetycznych ekspozycji zawodowej, w którym mogą przebywać

jedynie pracownicy związani z obsługą źródeł pól, po przejściu specjalistycznego

przeszkolenia i badań lekarskich wykazujących brak przeciwwskazań do zatrudnienia w

zasięgu pól ekspozycji zawodowej. Obszar pól ekspozycji zawodowej został podzielony

(w zakresie częstotliwości większych niż 100 kHz) na dwie strefy: strefę zagrożenia i

strefę pośrednią. W strefie zagrożenia można przebywać przez czas ograniczony, krótszy

niż 8 h na dobę. Czas przebywania zależy od natężenia pola na stanowisku pracy. W

strefie pośredniej czas przebywania nie podlega ograniczeniom w ramach zmiany

roboczej,

- obszar bezpiecznych pól elektromagnetycznych, które są słabsze niż pola ekspozycji

zawodowej i przy bezpośrednim, długotrwałym oddziaływaniu na organizm ludzki (ogółu

ludności) nie powodują zmian w stanie zdrowia. Są to pola dla człowieka bezpieczne.

Obszar, w którym te pola występują, nazywa się strefą pól bezpiecznych.

Wydane przepisy stały się podstawą do stworzenia sprawnie funkcjonującego systemu

nadzoru nad warunkami pracy w polach elektromagnetycznych. Przyjęte w polskich

przepisach ograniczenia w zakresie dopuszczalnych wartości granicznych należą do jednych z

najbardziej rygorystycznych na świecie.

Źródło

pola

Pomocniczy pion

pomiarowy

Strefa

niebezpieczna

Podstawowy pion pomiarowy

(stanowisko pracy)

Strefa

zagrożenia

Biurko

2 m

Strefa

pośrednia

Rysunek 1 Przykład oznakowania pionów pomiarowych i stref ochronnych w otoczeniu źródła

pola elektromagnetycznego

Spawacze są często narażeni na najwyższą intensywność pola elektromagnetycznego, w

szczególności pola magnetycznego. Spawanie łukowe niejednokrotnie wymaga stosowania

dużych prądów. Sprzęt i wyposażenie spawalnicze, szczególnie przewody znajdują się często

w bezpośrednim kontakcie z ciałem spawacza. Duża część procesów spawalniczych

wykonywana jest prądem stałym, który w mniejszym stopniu wpływa na ryzyko zagrożenia.

W chwili obecnej coraz większe znaczenie w procesach spawalniczych zdobywają metody

wykorzystujące prądy przemienne i stałe pulsacyjne, kształtowane przez urządzenia z

wewnętrzną przemianą częstotliwości. Pojawiają się wtedy pola impulsowe, pola o szerokim

zakresie częstotliwości oraz zagadnienia elektromagnetyczne związane ze stanami

przejściowymi (dynamicznymi).

W przemyśle szeroko stosuje się zgrzewanie elektryczne. Dla każdego rodzaju zgrzewania

stworzono całe serie uniwersalnych lub specjalizowanych zgrzewarek wyróżniających się

różnym stopniem automatyzacji i mechanizacji. Wyposażenie zgrzewarek jest zależne od ich

technologicznego przeznaczenia i konstrukcji elektrod. Miejsce pracy operatora (zgrzewacza)

jest położone w bezpośredniej bliskości elementu wykonawczego (elektrod), przewodzącego

prądy w zakresie 1-50 kA i emitującego pola magnetyczne rzędu 0,5-40 kA/m. Głównymi

źródłami pola magnetycznego w strefie roboczej zgrzewarki są szyny prądowe, elektrody,

kable i przyłącza podwieszanych kleszczy. Natężenie pola magnetycznego w strefie roboczej

zależy jednak od odległości od elementów przewodzących prąd zgrzewania.

Potencjalna szkodliwość pola w tym procesie jest uzależniona dodatkowo od czasu

wykonywania jednej zgrzeiny i od intensywności pracy zgrzewarki (ilości wykonywanych

zgrzein w czasie zmiany roboczej).

Jeśli przy procesach spawalniczych stwierdzimy występowanie zagrożeń

elektromagnetycznych, niezbędne jest podjęcie kroków zaradczych. Głównym sposobem

ochrony pracowników jest prowadzenie pomiarów i ocena narażenia przez wyznaczanie dozy

całkowitej dla zmiany roboczej. Jeśli doza całkowita dla danego stanowiska pracy jest

przekroczona, należy ją zmniejszyć obniżając natężenie pola na stanowisku pracy (np. przez

jego oddalenie od źródła pola) lub skracając czas narażenia na wpływ pola (np. przez

obniżenie ilości wykonywanych zgrzein w trakcie zmiany roboczej).

Ochrona pracownika przy zgrzewaniu rezystancyjnym może iść w trzech kierunkach:

• automatyzacja pełna lub częściowa - tam gdzie to możliwe, np. w przemyśle

motoryzacyjnym, gdzie zgrzewa się duże ilości takich samych elementów, wprowadza się

w pełni zautomatyzowane linie produkcyjne, wyposażone w roboty zgrzewalnicze

i odpowiednie manipulatory;

• ekranowanie - wszędzie tam gdzie produkcja jest małoseryjna lub jest duże zróżnicowanie

zgrzewanych detali, wpływ pola magnetycznego jest skutecznie zmniejszany przez

ekranowanie szyn prądowych i elektrod;

• stosowanie kabli bezindukcyjnych przy zgrzewarkach z podwieszanymi kleszczami.

Instytut Spawalnictwa od kilku lat prowadzi prace zmierzające do określenia potencjalnych

zagrożeń występujących w procesach spawalniczych, także zagrożeń wynikających z

obecności pól elektromagnetycznych. W ramach tych prac wykonano pomiary rozkładu pól

na typowych stanowiskach spawalniczych, zgrzewalniczych i stanowiskach technologicznych

z piecami indukcyjnymi. Wybrane wyniki przedstawiono poniżej.

Należy tutaj zaznaczyć, że przedstawione wyniki odnoszą się tylko i wyłącznie do

konkretnych przebadanych stanowisk. Pozwalają one jednak na pewne uogólnienia i na

wyciągnięcie wniosków dotyczących możliwości wystąpienia szkodliwych narażeń przy złej

organizacji stanowisk spawalniczych.

Stanowisko do spawania elektrodą nietopliwą w osłonie gazów (TIG)

Plan sytuacyjny stanowiska z naniesionymi pionami pomiarowymi przedstawiono na

rysunku 2. Źródłem prądu spawania było urządzenie do spawania metodą TIG składające się

ze źródła prądu spawania (urządzenie inwertorowe) oraz przystawki do spawania metodą

TIG.

Wartości natężenia pola elektrycznego w całym obszarze pomiarowym nie przekraczały

dolnej granicy zakresów pomiarowych dla poszczególnych sond pomiarowych.

Wyniki pomiarów pola magnetycznego w podstawowym pionie pomiarowym (1) dla

maksymalnego natężenia prądu spawania wynoszącego 350 A, przedstawiono w tablicy 1.

stół spawalniczy

kurtyna ochronna

12 13

spawalnicze

źródło energii

Rysunek 2 Stanowisko do spawania elektrodą nietopliwą w osłonie gazów (TIG)

Tablica 1 Wyniki pomiarów natężeń pola magnetycznego w pionie nr 1

Miejsce

Wartości natężenia pola magnetycznego

pomiaru

50 Hz – 1 kHz

1-100 kHz

głowa

< 50 A/m

< 4 A/m

prawy bark

< 50 A/m

5,6 A/m

lewy bark

< 50 A/m

5,4 A/m

łokieć

< 50 A/m

8,6 A/m

brzuch

< 50 A/m

25 A/m

biodra

< 50 A/m

26 A/m

Wartości natężenia pola magnetycznego w pionie nr 6 oraz w odległości 7 cm (pion nr 10) od

przewodów spawalniczych dla pola o częstotliwości z zakresu 1-100 kHz podano w tablicy

Dla pozostałych pionów pomiarowych i zakresów częstotliwości wartości natężenia pola

magnetycznego nie przekraczały dolnej granicy zakresów pomiarowych dla poszczególnych

sond pomiarowych.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: