Державний департамент промислової безпеки, охорони праці та гірничого нагляду МНС України

Національний науково-дослідний інститут охорони праці

(ННДІОП)

Глива Валентин Анатолійович

УДК 538 69: 331. 45

МЕТОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ БЕЗПЕКИ

КОРИСТУВАЧІВ ПЕРСОНАЛЬНИХ КОМП’ЮТЕРІВ

Спеціальність 05.26.01 – Охорона праці

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Київському національному університеті будівництва і архітектури (КНУБА)

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник – кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, доцент

Вільсон Олександр Георгійович,

Київський національний університет будівництва і архітектури, доцент кафедри охорони праці і навколишнього середовища

Офіційні опоненти: доктор медичних наук, професор

Думанський Юрій Данилович,

Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзеєва АМН України,

завідувач лабораторією гігієни електромагнітних випромінювань.

доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Подольцев Олександр Дмитрович

Інститут електродинаміки НАН України,

провідний науковий співробітник

Провідна установа – Національний авіаційний університет,

кафедра безпеки життєдіяльності, м. Київ.

Захист відбудеться „19” жовтня 2006 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .802.01 при Національному науково – дослідному інституті охорони праці за адресою:

04060, Київ-60, вул. Вавілових, 13.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного науково - дослідного інституту охорони праці за адресою: 04060, Київ-60, вул. Вавілових, 13.

Автореферат розісланий „6” вересня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук Ковтун І. М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На виконання Законів України „Про Національну програму інформатизації” від 04.02.1998 № 74/98 - ВР і „Про електронні документи та електронний документообіг” від 22.05.2003 № 851 - IV в Україні відбувається масовий перехід на безпаперові технології, внаслідок чого спостерігається постійне зростання насиченості персональною обчислювальною технікою адміністративних структур, виробничих підприємств, фінансово-кредитних установ та навчальних закладів усіх рівнів навчання.

В таких умовах постійно збільшується кількість користувачів персональних комп’ютерів (далі – користувачів), які значну частину робочого часу проводять біля екранів відеомоніторів, а також підвищується цінність інформації, якою вони оперують. Ця тенденція висуває в число першочергових задачу пошуку адекватних і доцільних шляхів зниження професійних ризиків, розроблення та наукове обґрунтування шляхів і методів підвищення ефективності праці та зменшення впливу на користувачів персональних комп’ютерів шкідливих фізичних чинників, основними з яких є електромагнітні поля та випромінювання.

Більшість досліджень із захисту користувачів персональних комп’ютерів від впливу електромагнітних полів та випромінювань присвячується встановленню кореляції між частотними та часовими характеристиками полів і випромінювань та виникненням тих чи інших захворювань у користувачів, або регламентації часу та періодичності перебування операторів на робочих місцях, тобто розглядаються суто медичний аспект. Рекомендації технічного характеру зводяться, в основному, до необхідності оновлення технічних засобів без детального аналізу можливостей зменшення рівнів електромагнітних полів за допомогою конкретних інженерних рішень.

Підвищення електромагнітної безпеки користувачів персональних комп’ютерів при застосуванні комплексного підходу до дослідження дії на оператора електромагнітних полів та випромінювань за рахунок максимально можливого зменшення їх впливу є актуальною науково-прикладною задачею.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до реалізації Національної програми поліпшення стану безпеки, гігієни праці та виробничого середовища на 1996 – 2005 роки (Постанови Кабінету Міністрів України від 2 листопада 1996 р. № 1345 та від 10 жовтня 2001 р. № 1320) та Постанови Кабінету Міністрів України від 2 серпня 1996р. №898 „Про створення Єдиної державної автоматизованої паспортної системи”, в рамках яких виконувались науково-дослідні роботи „Розроблення та впровадження організаційно-технічних заходів щодо створення нормативно-правової бази Єдиної державної автоматизованої паспортної системи” (№ ДР. 0100U003797) та „Створення навчального центру Єдиної державної автоматизованої паспортної системи” (№ ДР. 0101U006025), в яких автор брав участь виконавцем.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розроблення методів підвищення електромагнітної безпеки користувачів персональних комп’ютерів.

Для досягнення поставленої мети визначені такі задачі досліджень:

1. Аналіз чинної нормативно-правової бази з охорони праці користувачів персональних комп’ютерів і визначення джерел прямого та опосередкованого впливів електромагнітних полів і випромінювань на користувачів персональних комп’ютерів.

2. Розроблення методики високоточних вимірювань рівнів електромагнітних полів малих інтенсивностей на робочих місцях користувачів персональних комп’ютерів.

3. Комплексні дослідження просторових розподілів електромагнітних полів навколо відеомоніторів персональних комп’ютерів, взаємодії цих полів та умов їх мінімізації на робочих місцях користувачів.

4. Виявлення найбільш прийнятних, з точки зору електромагнітної безпеки користувачів персональних комп’ютерів, компоновок комп’ютеризованих робочих місць та вимог до обладнання приміщень їх розташування.

5. Розроблення оптимальних, найбільш безпечних для користувачів схем взаємного розташування персональних комп’ютерів у робочих приміщеннях з урахуванням взаємодії електромагнітних полів окремих джерел.

Об’єктом досліджень є розподіл та взаємодія електромагнітних полів та випромінювань, які впливають на користувачів персональних комп’ютерів під час їх перебування на робочих місцях.

Предметом досліджень є чисельні значення напруженостей електричних та індукцій магнітних складових електромагнітних полів та випромінювань, що впливають на користувачів персональних комп’ютерів, просторові розподіли електромагнітних полів навкруги відеомоніторів, взаємодія цих полів між собою та заходи і засоби зменшення їх рівнів до технічно досяжних.

Методи досліджень. При виконанні роботи використовувались такі методи досліджень: порівняльний аналіз вимог чинних національних та міжнародних нормативно-правових актів з охорони праці користувачів персональних комп’ютерів; інструментальні вимірювання рівнів електромагнітних полів, що впливають на користувачів; статистичне оброблення експериментальних даних з використанням регресійного аналізу; аналітичний метод розрахунків рівнів електромагнітних полів та метод техніко-економічного аналізу на базі комплексного підходу до забезпечення електромагнітної безпеки користувачів персональних комп’ютерів.

Основні наукові положення, що виносяться на захист, полягають у наступному:

1. Забезпечення електромагнітної безпеки користувачів персональних комп’ютерів можливе тільки на основі комплексного підходу до зниження рівнів електромагнітних полів та випромінювань на робочих місцях користувачів, в окремих приміщеннях та будівлі в цілому.

2. Підвищення електромагнітної безпеки користувачів досягається за рахунок виконання додаткових вимог до обладнання приміщень: виконання систем електроживлення й заземлення за променевими схемами, відмови від люмінесцентних систем освітлення, заземлення масивних металевих предметів, уникнення використання обладнання з замкненими провідними контурами, винос блоків безперебійного живлення на відстань 0,8 – 1,0 м від робочих місць.

3. Зменшення опосередкованого впливу електромагнітних полів та випромінювань на користувачів персональних комп’ютерів досягається забезпеченням у робочих приміщеннях рівнів магнітних полів промислової частоти нижче 500 нТл, просторовим розносом силових та інформаційних кабелів, використанням екранованих інформаційних кабелів та прокладанням їх на відстанях 2 – 3 м поза зонами впливу джерел високочастотних випромінювань.

4. Відеомонітори персональних комп’ютерів можна розташовувати на відстанях до 0,5м один від одного без погіршення електромагнітної обстановки на робочих місцях користувачів персональних комп’ютерів. Поліпшення електромагнітної обстановки (на 5 – 8 %) відбувається за умови розташування відеомоніторів суміжних робочих місць симетрично, тильними боками на відстані 0,3 – 0,8 м один від одного.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше:

· визначені чинники опосередкованого негативного впливу електромагнітних полів та випромінювань на користувачів персональних комп’ютерів через нестабільність функціонування засобів обчислювальної техніки та розроблені заходи з його зниження;

· враховано взаємодії електромагнітних полів відеомоніторів для підвищення рівня безпеки праці користувачів персональних комп’ютерів шляхом зниження рівнів полів на їх робочих місцях та розроблено методику розрахунків рівнів електромагнітних полів при груповому розміщенні персональних комп’ютерів;

· розроблені додаткові вимоги до систем електроживлення та освітлення приміщень для експлуатації персональних комп’ютерів, що сприяють підвищенню електромагнітної безпеки користувачів;

· розроблені оптимальні з точки зору забезпечення безпеки праці схеми взаємного розташування відеомоніторів персональних комп’ютерів, найбільш безпечні компоновки окремих робочих місць, а також виявлені кількісні критерії, які забезпечують підвищення електромагнітної безпеки користувачів персональних комп’ютерів до технічно досяжного рівня.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані результати дозволяють підвищити захист користувачів персональних комп’ютерів від дії електромагнітних полів та випромінювань, оптимізувати розміщення персональних комп’ютерів у робочих приміщеннях і підвищити стабільність роботи обчислювальної техніки та комп’ютерних мереж, а також більш раціонально використовувати виробничі площі. Результати досліджень використано при розробці нормативних документів МВС України „Вимоги до приміщень вузлів Єдиної державної автоматизованої паспортної системи всіх рівнів” (№ ДР 0201U008505) та „Навчальний центр Єдиної державної автоматизованої паспортної системи” (№ ДР 0101U006025), а також при проектуванні, облаштуванні та введенню в дію вузлів Єдиної державної автоматизованої паспортної системи України в Печерському, Подільському, Голосіївському відділах громадянства, паспортної та імміграційної служб ГУ МВС України в м.Києві, при модернізації комп’ютерної мережі ТОВ „Кард – Сістемс” у м. Києві.

Особистий внесок здобувача. Автором сформульовано ідею і наукові положення роботи [5, 8, 11], розроблено методики досліджень [3, 7, 11, 13], сформульовано основи комплексного підходу до забезпечення електромагнітної безпеки користувачів ПК [1, 4, 8, 13] і визначено джерела прямого та опосередкованого впливу електромагнітних полів та випромінювань на користувачів ПК [6, 10, 11, 12, 15]. Визначено чисельні критерії при розміщенні персональних комп’ютерів у робочих приміщеннях [1, 5, 9], визначено кількісні орієнтири групового розміщення ПК у робочих приміщеннях [3, 5, 9]. Проаналізовано існуючі невідповідності чинної нормативної бази з охорони праці користувачів ПК [2, 9, 16].

Апробація результатів роботи. Основні результати досліджень доповідалися на міжнародній науково-практичній конференції “Проблемы и перспективы международного сотрудничества столиц” (м. Київ, НТУУ “КПІ”, 2003р.); міжнародній конференції „Экология и безопасность жизнедеятельности” (м. Дніпропетровськ, ПДАБА, 2004 р.); 64-й, 65-й та 66-й науково-практичних конференціях Київського Національного університету будівництва і архітектури (м. Київ, 2004, 2005, 2006 р.р.), науково-технічному семінарі ННДІОП (м.Київ, 2004р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 15 друкованих робіт, у тому числі 12 статей у фахових виданнях, дві з них написано одноосібно, три тези доповідей за матеріалами наукових конференцій, отримано 1 патент України.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів і висновків. Вона містить 139 сторінок машинописного тексту, включаючи 43 рисунки та 11 таблиць, список використаних джерел з 102 найменувань та додатки на 9 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У розділі 1 досліджено сучасний стан заходів та засобів з електромагнітної безпеки користувачів ПК. Визначено основні джерела електромагнітних полів та випромінювань, що впливають на операторів ПК під час їх перебування на робочих місцях. Встановлено, що крім електромагнітних полів, джерелами яких є відеомонітори на електронно-променевих трубках, на користувачів ПК впливають аналогічні поля та випромінювання сторонніх джерел, що достатньою мірою досі не враховувалося. Крім того, існує опосередкований вплив таких полів на операторів через нестабільність роботи технічних засобів, дія яких не досліджувалася.

Проаналізовано чинну нормативно-правову базу з електромагнітної безпеки. Визначені деякі невідповідності чисельних значень гранично допустимих рівнів електромагнітних полів у різних нормативних актах. Чинні в Україні нормативні акти встановлюють два критерії - гранично допустимі рівні електромагнітних полів від окремого монітора і відстані між моніторами суміжних робочих місць. Згідно міжнародними актам єдиним критерієм є фактичні рівні полів на робочих місцях. Не регламентується і не враховується розташування допоміжного електронного обладнання та кабелів комп’ютерної мережі.

Проаналізовано існуючі підходи до підвищення електромагнітної безпеки користувачів ПК. Основними напрямками такої роботи є вдосконалення технічних засобів (в основному відеомоніторів) та регламентація часу перебування користувача на робочому місці. Зі зростанням кількості працівників, основним робочим інструментом яких є персональний комп’ютер, такий підхід не можна вважати цілком правильним. Оновлення засобів обчислювальної техніки не завжди можливе як з технічних, так і з економічних міркувань.

Результати проведеного аналізу свідчать, що забезпечення електромагнітної безпеки користувачів можливе тільки на основі комплексного підходу, який ґрунтується на низці заходів, основними з яких є врахування взаємодії електромагнітних полів окремих технічних засобів та прямого і опосередкованого впливу електромагнітних полів сторонніх джерел на користувачів ПК.

Розділ 2 присвячений методам і методикам контролю електромагнітних полів та випромінювань комп’ютерної техніки. Зазначено, що вимірювання електромагнітних полів, генерованих компонентами ПК (в основному – відеомоніторів) здійснюється у двох частотних діапазонах – 5 Гц - 2 кГц та 2 кГц - 400 кГц, регламентованих національними і міжнародними стандартами. Для отримання достовірних характеристик технічного засобу необхідні спеціальні методики і високоточні методи вимірювань, що накладає обмеження на використання апаратних засобів вимірювань для комп’ютерної техніки. Було проведено дослідження великої кількості відеомоніторів за традиційними, регламентованими міжнародними стандартами методиками, і проведений їх відбір для подальших досліджень. Такі випробування виконуються на фіксованих відстанях від окремих моніторів у горизонтальній площині в лабораторних умовах, що не дає уявлення про фактичні рівні електромагнітних полів на робочих місцях користувачів у реальних умовах експлуатації, а також про просторові розподіли цих полів навкруги відеомоніторів і придатні, в основному, для сертифікаційних випробувань засобів обчислювальної техніки.

Для визначення реальних випромінювальних властивостей відеомоніторів персональних комп’ютерів та просторових розподілів полів навколо них, а також дослідження взаємодії електромагнітних полів групи моніторів було виготовлено спеціальні датчики і розроблено методику вимірювань. Ферорезонансні датчики являють собою двоконтурні котушки, намотані на феритові стержні заданих властивостей. Намотки здійснювались у двох протилежних напрямках. Датчики калібрувалися за допомогою котушок Гельмгольца, генераторів імпульсів Г5-60 та Г3-36А, кільцевої рамки з розрахованими значеннями параметрів полів та вимірювача магнітної індукції Ш1-8. Реєстрація сигналів здійснювалась за допомогою широкосмугового підсилювача У2-7, який разом з перетворювачем напруги В9-2 дозволяв здійснювати селектування частот отримуваних сигналів. Похибка вимірювань не перевищувала 2,5 %. Для реєстрації параметрів електромагнітних полів промислової частоти 50 Гц використовувався серійний прилад П3-50В. Здійснювалося селектування вимірюваних сигналів джерел електромагнітних полів у загальний електромагнітний фон на робочих місцях користувачів ПК. Було розроблено і реалізовано пристрій динамічного (безперервного) контролю електромагнітних полів з використанням одного з ПК, розташованих у робочому приміщенні (Патент України № 6951), який дозволяє визначати спектральний склад та чисельні рівні полів з використанням програми аналізу частотного спектра Spectrogram 12.7.

Вимірювання чисельних значень напруженостей електричних складових та індукцій магнітних складових електромагнітних полів виконувалося згідно з міжнародним стандартом ТСО’03 (з лицевого боку), національним нормативним актом ДНАОП 0.00-3.31-99 та середньою відстанню перебування оператора перед відеомонітором - 0,3; 0,5 та 0,8 м від лицевих, тильних, бічних та верхніх поверхонь відеомоніторів. Статистичне оброблення експериментальних даних здійснювалося методом регресійного аналізу з використанням засобів Excel та пакету програм Approximator 1.21.

Використана методика дозволила отримати достовірні результати щодо просторових розподілів електромагнітних полів як навколо окремих моніторів, так і моніторів, розташованих на суміжних робочих місцях.

У розділі 3 наведено результати досліджень просторових розподілів електромагнітних полів навколо відеомоніторів ПК у робочих приміщеннях. Вимірювання рівнів електромагнітних полів навколо відеомоніторів різних типів (з діагоналями екранів 15, 17 і 19 дюймів) показали, що просторові розподіли цих полів суттєво відрізняються. Це не враховується при нормуванні відстаней між моніторами сусідніх (суміжних) робочих місць. У моніторів з діагоналями екранів 19 дюймів найнижчі рівні полів з їх тильних боків, а найвищі (у горизонтальній площині) перед екраном. П’ятнадцятидюймові і сімнадцятидюймові монітори однієї моделі відрізняються за захисними властивостями, причому ці відмінності носять системний характер, що треба враховувати при їх розміщенні у приміщеннях. Статистичне оброблення результатів вимірювань показало, що відповідні функціональні залежності Е=f(L) та B=f(L) визначалися за коефіцієнтами кореляції R=0,97 – 0,99.

Попередньо обстежені відеомонітори розміщувалися поряд, під прямим кутом один до одного і навпроти – тильними боками, що давало змогу дослідити взаємодію електромагнітних полів і вплив такої взаємодії на електромагнітну обстановку на робочих місцях користувачів ПК.

При розміщенні відеомоніторів поряд, на відстані 0,3 м між бічними поверхнями, електромагнітна обстановка на кожному робочому місці, в основному, не погіршувалась у порівнянні з обстановкою біля кожного окремо розташованого монітора. Це обумовлюється умовою додавання змінних електромагнітних полів:

, , де Ii – інтенсивність електромагнітних хвиль окремих джерел.

Розташування поряд трьох, чотирьох і більше моніторів суттєво не впливало на рівні полів (відхилення у межах похибки вимірювань). Розташування моніторів під прямим кутом (мінімальна відстань 0,3 м) призвело до зростання рівнів електромагнітних полів на робочих місцях користувачів ПК, хоча без перевищення гранично допустимих рівнів. За розташування моніторів тильними боками один до одного на відстані 0,3 – 0,8 м електромагнітна обстановка принаймні біля одного з моніторів суттєво поліпшується (на 5 – 8 %) відносно окремого розташування тих самих моніторів (рис.1).

Рис. 1. Напруженості електричного поля Е та індукції магнітного поля В частотного діапазону 2 кГц – 400 кГц перед екранами відеомоніторів, розташованих на відстані 0,3 м.

1 – працюють обидва монітора, 2 – характеристики моніторів при окремому розташуванні.

Отримані експериментальні дані відповідають функціональним залежностям E=A1Ln та B=A2Ln , де показники n знаходяться у межах 2,6 – 2,8, а коефіцієнт кореляції R?0,99.

Найбільший ефект спостерігався за умови розташування чотирьох відеомоніторів, розташованих у двох перпендикулярних напрямках тильними боками. Отримані результати теоретично обґрунтовуються на основі дипольної моделі. При розгляданні монітора як еквівалентного диполя, за наявності з тильного боку іншого монітора з заземленим провідним захисним покриттям, його можна замінити провідним екраном. За методом дзеркального відбиття напруженість поля у довільній точці дорівнює сумі полів двох диполів і , спрямованих у протилежні боки. За відстані між моніторами 0,5 м, відстані від екрану монітора до точки визначення напруженості поля 0,5 м і середній довжині монітора 0,45 м зменшення напруженості електричного поля ?E складає

,

що добре узгоджується з даними, отриманими в експерименті. Результати досліджень свідчать, що можливе розташування відеомоніторів на менших відстанях, ніж вимагають чинні нормативи без погіршення, та з поліпшенням електромагнітної обстановки на кожному робочому місці. Найбільший ефект досягається при симетричному взаємному розташуванні відеомоніторів суміжних робочих місць.

Досліджено вплив електромагнітних полів та випромінювань на загальний електромагнітний фон і стабільність функціонування персональної обчислювальної техніки та інформаційних мереж. Виявлено, що крім електромагнітних полів відеомоніторів на користувачів ПК впливають поля сторонніх джерел, основним з яких є системи електроживлення та освітлення і потужні електроприлади (рис.2).

Рис. 2. Спектральний склад фону магнітного поля у приміщенні; - вимкнені усі енергоспоживачі; - - ввімкнуто чотири персональні комп’ютери, освітлення та кондиціонер.

При цьому чисельні рівні фонових полів залежать від конструктивних особливостей виконання електромереж, розташування та потужності споживачів тощо. Основною причиною підвищення рівнів електричних і магнітних складових електромагнітних полів є виникнення контурів зі струмом. Такі контури утворюються при розмежуванні фазного і нульового провідників, появі додаткових шляхів протікання струму по нульовому провіднику, гальванічний зв’язок нульових провідників і фактично існуючих кіл заземлення, незбалансованість по фазам струмів у трифазній мережі. Особливістю електромагнітних полів такого походження є їх часова нестабільність, пов’язана з циклічністю роботи електрообладнання. Крім електромагнітного фону частотою 50 Гц та її гармонік на користувачів впливають електромагнітні поля інших частот. Люмінесцентні лампи штучного освітлення, рекомендовані національними санітарними нормами, є джерелами електромагнітних полів частотою 150 - 200 кГц та створюють оптичні завади на екранах моніторів. Ці частоти, як і частота 50 Гц та її гармоніки входять до контрольованих діапазонів полів відеомоніторів, тому зниження таких полів є особливо важливим.

Підвищення рівнів електромагнітних полів на робочих місцях операторів можливе при наявності у зоні дії електромагнітних полів моніторів замкнених провідних контурів. При використанні комп’ютерних столів з металевою (металізованою) окантовкою або металевим каркасом у цих контурах виникають вихрові струми частотного діапазону 2 – 400 кГц, які можуть підсилювати поле монітора (рис.3).

Рис.3. Зміна рівня магнітного поля частотного діапазону 2 – 400 кГц перед екраном відеомонітора: 1 – у конструкції стола відсутні замкнені провідні контури, 2 – стіл має провідну металізовану замкнену окантовку.

Ступінь підсилення залежить від геометрії провідних контурів, а його відносно великі значення обумовлені когерентністю первинних і вторинних полів. Сумарні значення Ес і Вс визначаються як: , де Еi, Bi – складові окремих джерел, щ0 –кутова частота випромінювань, ці – початкові фази.

Для уникнення підсилення полів провідні контури необхідно розірвати, а провідні конструкції заземлити.

Значний внесок у електромагнітний фон дають радіо- і стільникові телефони, інтенсивності випромінювань яких складають 0,15 – 2,0 Вт/м2.

Напруженість полів Е таких джерел розраховується зі співвідношення: , де u – об’ємна густина енергії електромагнітного поля, е, м – відносні діелектрична та магнітна проникності середовища, е0, м0 – електрична і магнітна сталі. Відповідно E= , а об’ємна густина енергії визначається зі співвідношення: , де: г – модуль вектора Пойнтінга, u – об’ємна густина енергії електромагнітного поля, V - швидкість хвилі, T – період коливань, I – інтенсивність електромагнітної хвилі. Миттєві напруженості електричних полів цих джерел складають 8 – 27 В/м.

Негативний опосередкований вплив електромагнітних полів та випромінювань на користувачів ПК проявляється, в основному, у нестабільності роботи відеомоніторів, спотворенні або втраті в кабельних мережах інформації, якою вони оперують, що призводить до підвищеної втомлюваності операторів та негативно впливає на його емоційний та психологічний стан (рис.4).

Рис.4. Механізм опосередкованого впливу електромагнітних полів та випромінювань на користувачів

Тремтіння зображення на екрані монітора (іноді непомітне для ока) може з’являтися при індукціях зовнішнього магнітного поля 200 нТл, у той час як чинні нормативи допускають наявність у приміщеннях фону в 10 мкТл. Порогові значення індукції зовнішнього магнітного поля, при якому виникає тремтіння зображення на екрані залежить від частоти оновлення зображення (рис. 5).

Випробування інформаційних мереж згідно з EN 55022 показали, що за умови напруженості електричних складових полів 3 - 5 В/м при опроміненні сегментів довжиною більше 7 м електромагнітними випромінюваннями 30 - 300 МГц та 900 МГц у неекранованих кабелях спостерігалися переривання трафіка. Екрановані системи зберігали роботоспроможність до рівнів 20 В/м. Найбільший вплив зовнішні електромагнітні поля проявляють на мережах, в яких використовуються високошвидкісні протоколи передачі даних. Максимальну стійкість мають добре збалансовані кабельні мережі. Опосередкованому впливу електромагнітних полів та випромінювань піддаються також користувачі рідкокристалічних відеомоніторів. Спотворення інформації в кабельних мережах відбувається при паралельному прокладанні цих мереж поряд з силовими кабелями, якщо паралельні сегменти складають більше 20 м. Такий же ефект викликають атмосферні розряди (без ушкодження кабелів). Мінімізація впливу високочастотних випромінювачів на інформаційні мережі досягається за умови їх просторового рознесення на відстань 5 – 7 м для неекранованих кабелів і 2 – 3 м – для екранованих. Необхідним є надійне заземлення екрану в одній точці. У загальному випадку стійкість кабельних інформаційних мереж до зовнішніх електромагнітних полів та випромінювань залежить від топології мережі, характеристик сигналів, що передаються кабелем, інтенсивності та розподілу енергетичного спектру зовнішніх полів та випромінювань.

У розділі 4 розглянуто принципи розміщення персональної обчислювальної техніки у виробничих приміщеннях із забезпеченням електромагнітної безпеки користувачів ПК на базі впровадження отриманих результатів досліджень. Сформульовано додаткові вимоги до обладнання виробничих приміщень, призначених для експлуатації персональної обчислювальної техніки та периферійних пристроїв. Основним з них є зниження електромагнітного фону за рахунок максимального віддалення приміщень від потужних електроспоживачів і джерел електромагнітних полів та випромінювань, прокладання кабелів інформаційних мереж з уникненням зон дії таких чинників, виконання заземлення за променевими схемами, уникання створення у приміщенні контурів незкомпенсованих струмів. Це досягається за рахунок мінімізації просторових розмежувань фазових і нульових провідників, унеможливленням виникнення додаткових шляхів протікання електрострумів, збалансованості по окремим фазам електроживлення. При цьому усі масивні металеві предмети, що розміщені у виробничих приміщеннях, повинні бути надійно заземлені, а кількість електричних приладів, не задіяних у виробничому процесі, повинна бути мінімальною.

При облаштуванні окремих робочих місць користувачів ПК особливу увагу потребує забезпечення максимального віддалення самого користувача і компонентів комп’ютера від елементів систем електроживлення. Крім того, робоче місце оператора не повинні огинати контури зі струмом (рис.6).

Рис. 6. Найбільш прийнятна схема облаштування робочого місця користувача ПК:

1 – системний блок, 2 – відеомонітор, 3 – клавіатура, 4 – принтер (або інший периферійний пристрій), 5 – джерело безперебійного живлення, 6 – кабелі електроживлення, 7 – точка підключення до силової мережі, 8 – кабель інформаційної мережі, 9 – робоче крісло.

Конкретні відстані між робочим місцем, джерелом безперебійного живлення та місцями підключення до силової мережі визначаються характеристиками використовуваного обладнання.

Доцільним є використання блоків безперебійного живлення з розривом гальванічного зв’язку з мережею електроживлення і периферійного обладнання з використанням інтерфейсу USB.

При розміщенні у приміщенні великої кількості ПК найбільш оптимальними є схеми групового розташування відеомоніторів зі взаємним екрануванням електромагнітних полів (рис. 7).

Рис. 7. Найбільш оптимальні схеми розташування відеомоніторів: 1 – системний блок, 2 – відеомонітор, 3 – клавіатура, 4 – принтер (або інший периферійний пристрій), 5 – джерело безперебійного живлення, 6 – кабелі електроживлення, 7 – точка підключення до силової мережі,

8 – кабель інформаційної мережі, 9 – робоче крісло.

Такі розташування сприяють поліпшенню електромагнітної обстановки на робочих місцях користувачів і оптимальному використанню виробничих площ. Джерело безперебійного живлення виноситься на максимально можливу відстань, але не менше, ніж 0,8 – 1 м. Кількість місць підключення до силової мережі повинна бути мінімальною. Силова та інформаційна мережі розносяться на відстань 0,7 м по висоті. Бажаним є використання одного мережного принтера. Відстані між моніторами визначаються їхніми індивідуальними властивостями – рівнями та розподілами електромагнітного поля. Попередні орієнтири для оптимізації відстаней між тильними боками відеомоніторів визначаються розрахунками. Якщо розглядати монітор як еквівалентний диполь, що цілком коректно, то потенціал цього поля в будь-якій точці визначається співвідношенням: ц=pcosб/4ре0r3, де - електричний дипольний момент, - кут між лінією диполя і напрямком до точки визначення потенціалу, - відстань від середини диполя до точки визначення потенціалу.

Якщо розглядати площину XZ, де Z – напрямок, що співпадає з лінією диполя, а X – перпендикулярний йому, то

,

У напрямку , який співпадає з віссю монітора .

За умови зворотної кубічної залежності зниження функції до незначних значень (малого градієнту) відбувається приблизно при трикратному зростанню аргументу . Таким чином відстань, на якій повинні розташовуватися монітори для зменшення рівнів електромагнітних полів на робочих місцях користувачів ПК, приблизно дорівнює розміру одного монітора. Цей параметр складає, в середньому, 0,5 м. Проте через вплив інших електричних компонентів моніторів ефект зниження рівнів полів зберігається до відстані приблизно 0,8 м.

Симетричне розміщення персональних комп’ютерів з близькими характеристиками та розташування їх однотипними групами дозволило здійснювати динамічний контроль електромагнітної обстановки на робочих місцях операторів, у приміщеннях в цілому, а також місцях пролягання кабелів інформаційної мережі. Інформація про параметри полів передається на комп’ютер, який виконує функції автоматизованого робочого місця з охорони праці (АРМ ОП). Схему передачі інформації наведено на рис.8. При цьому на екрані відображається спектральний склад відстежуваних сигналів, що полегшує пошуки джерела електромагнітного поля (рис.9). Крім амплітуди поля обраної частоти на екрані відображається місце і час проведення контролю електромагнітної обстановки.

Використання АРМ ОП надає змогу розширити перелік відстежуваних параметрів – чинників виробничого середовища (температури, рівнів шуму тощо) та автоматизувати увесь комплекс робіт документування заходів з охорони праці на підприємстві. Використання оптимальних схем розміщення значної кількості персональних комп’ютерів разом з відповідним обладнанням або переобладнанням приміщень їх розташування та облаштуванням окремих комп’ютеризованих робочих місць і надійною системою контролю електромагнітної обстановки дозволяє знизити вплив електромагнітних полів та випромінювань на користувачів ПК до технічно досяжних рівнів.

Рис.8. Схема передачі інформації про рівні електромагнітних полів у робочих приміщеннях та у місцях прокладання кабелів комп’ютерної мережі: 1 – робочі приміщення, 2 – персональні комп’ютери, 3 – датчики, 4 – кабелі інформаційної мережі.

Результати досліджень втілено у нормативних документах МВД України „Вимоги до вузлів ЄДАПС всіх рівнів”, „Навчальний центр ЄДАПС” та затверджено Міністерством юстиції України. Розробки з підвищення електромагнітної безпеки користувачів ПК використані при організації Печерського, Голосіївського та Подільського районних відділів громадянства, паспортної та імміграційної служб ГУ МВС України у м. Києві, а також при модернізації комп’ютерної мережі ТОВ „Кард-Сістемс” (м.Київ).

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій поставлено і вирішено актуальну науково-практичну задачу забезпечення електромагнітної безпеки користувачів персональних комп’ютерів.

Основні наукові та практичні результати роботи полягають у наступному:

1. Запропоновано комплексний підхід до забезпечення електромагнітної безпеки користувачів персональних комп’ютерів з урахуванням опосередкованої дії електромагнітних полів та випромінювань на користувачів.

2. Обґрунтовано, що вибір, обладнання та переобладнання приміщень для експлуатації засобів обчислювальної техніки повинні виконуватися з урахуванням додаткових, порівняно з існуючими нормативними актами, вимог з електромагнітної безпеки користувачів персональних комп’ютерів, основними з яких є віддаленість приміщень від потужних джерел електромагнітних полів, забезпечення рівнів магнітного фону меншого за 500 нТл; уникнення створення контурів зі струмом у виробничих приміщеннях; монтаж силової мережі та заземлення за променевими схемами; заземлення усіх масивних металевих конструкцій; мінімізація кількості електричних і електронних пристроїв, не задіяних у виробничому процесі; відмова від використання люмінесцентних систем освітлення.

3. Показано, що комп’ютеризовані робочі місця повинні бути автономними, не знаходитися в оточенні контурів зі струмом, а технічні засоби - максимально дистаційовані від елементів мережі електроживлення і гальванічно розділені з ними. Компоненти інформаційної мережі повинні бути просторово рознесені з силовою мережею на максимально можливу відстань (не менше 0,7 м) і не повинні знаходитися на відстанях менших за 2 – 3 м від джерел високочастотних випромінювань (для екранованих кабелів) і 5 – 7 м – для неекранованих. Екрани інформаційних кабелів повинні бути заземлені в одній точці.

4. Доведено, що розміщення відеомоніторів персональних комп’ютерів можливе на відстанях 0,3 – 0,8 м, тобто менших, ніж вимагають чинні нормативні акти (1,2 – 2,0 м) без погіршення електромагнітної обстановки, а симетричне розташування відеомоніторів з близькими випромінювальними спроможностями дозволяє знизити рівні електромагнітних полів на робочих місцях користувачів на 5 - 8 %.

5. Визначення оптимальних і максимально безпечних схем та відстаней між відеомоніторами при їх груповому розміщенні можливе лише після інструментальних тестувань використовуваного обладнання та обстеження приміщень, призначених для його розташування.

6. Оптимізація групового розміщення персональних комп’ютерів дозволяє отримати економічний ефект за рахунок більш раціонального використання площ адміністративних і виробничих приміщень, сприяє підвищенню продуктивності праці персоналу за рахунок зниження втомлюваності та поліпшення візуальних характеристик моніторів.

7. Забезпечення електромагнітної безпеки користувачів персональних комп’ютерів в Україні потребує розроблення та впровадження у виробництво високоточного (з відносною похибкою вимірювань до 2,5–3 %) мобільного приладу для оперативного контролю низькочастотних електромагнітних полів.

8. Отримані результати дозволяють визначити напрямки подальшого удосконалення національних нормативно-правових актів з охорони праці користувачів персональних комп’ютерів.

Основні положення і результати дисертації опубліковано в роботах:

У наукових фахових виданнях:

1. Глива В.А. Методичні засади електромагнітної безпеки користувачів персональних комп’ютерів // Вісник Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”. Серія „Гірництво”: Зб. наук. пр. – К.: НТУУ „КПІ”, ЗАТ „Техновибух”. – 2005. – Вип.12. - С.129 - 133.

2. Григор’єв С.Ф., Глива В.А., Яценко В.В. Актуальні проблеми вдосконалення нормативної бази з експлуатації обчислювальної техніки // Науково-технічна інформація. – 2005. – № 3. – С.28 – 30.

3. Вільсон О.Г., Глива В. А., Потапенко Г.Д., Григор’єв С.Ф., Левченко Л.О. Підвищення рівня охорони праці при експлуатації автоматизованих систем // Вісник Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”. Серія „Гірництво”: Зб. наук. пр. – К.: НТУУ „КПІ”, ЗАТ „Техновибух”. – 2004. – Вип.11. - С.103-108.

4. Вильсон А.Г., Глыва В.А., Левченко Л.А. Системный подход к повышению электромагнитной безопасности пользователей персональных компьютеров в энергонасыщенных зданиях и сооружениях // Строительство, материаловедение, машиностроение. – Сб. научн. тр. – Днепропетровск.: ПГАСА. – 2004.- Вып. 28.- С. 195 - 201.

5. Воробйов В.Д., Глива В.А., Левченко Л.О. Підвищення електромагнітної безпеки користувачів персональних комп’ютерів при груповому розміщенні відеомоніторів // Проблеми охорони праці в Україні: Зб.наук.пр. – К.: ННДІОП. – 2004. – Вип. 8. – С. 44 – 49.

6. Воробйов В.Д., Глива В.А., Левченко Л.О. Критерії вибору відеомоніторів і безпека користувачів персональних комп’ютерів // Вісник Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”. Серія „Гірництво”: Зб. наук. пр. – К.: НТУУ „КПІ”, ЗАТ „Техновибух”. – 2004. – Вип.10. - С.124-128.

7. Глива В.А. Розміщення персональних комп’ютерів у робочих приміщеннях // Науково-технічна інформація. -2004.- №1. – С. 27 – 29.

8. Вільсон О.Г., Глива В.А. Загальні принципи підвищення електромагнітної безпеки користувачів персональних комп’ютерів // Вісник Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”. Серія „Гірництво”. – Зб. наук. пр. – К.: НТТУ „КПІ”, ЗАТ „Техновибух”. – 2003.- Вип. 9. – С. 138 – 141.

9. Вільсон О.Г., Глива В.А., Григор’єв С.Ф., Потапенко Г.Д. Електромагнітна безпека користувачів персональних комп’ютерів та чинна нормативна база з охорони праці // Проблеми охорони праці в Україні. – Зб. наук. пр. – К.: ННДІОП, 2003. – Вип. 7. – С. 124 – 129.

10. Вільсон О.Г., Глива В.А., Григор’єв С.Ф., Потапенко Г.Д. Джерела електромагнітних випромінювань і електромагнітна безпека користувачів персональних комп’ютерів // Вісник Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”. Серія „Гірництво”. – Зб. наук. пр. – К.: НТУУ „КПІ”, ЗАТ „Техновибух”. – 2003.- Вип. 8. – С. 158 – 163.

11. Вільсон О.Г., Глива В.А., Григор’єв С.Ф. Деякі аспекти підвищення ефективності використання інформаційних технологій в умовах переходу на інноваційний шлях розвитку // Проблеми науки. – 2003. - № 4. – С. 53 – 57.

12. Глива В.А., Григор’єв С.Ф., Яценко В.В. Збереженість інформації від випадкових викривлень // Науково – технічна інформація. – 2003. - № 1. – С. 44 – 45.

13. Патент України 6951, МПК 7 G01R 29/08. Пристрій динамічного контролю електромагнітних полів персональних комп’ютерів/ Григор’єв С.Ф., Глива В.А, Яценко В.В. та ін.// Опубл. 16.05.05. Бюл.№5

В інших виданнях:

14. Вильсон А.Г., Глыва В.А., Потапенко Г.Д. Электромагнитная безопасность пользователей персональных компьютеров в условиях современного мегаполиса // Труды Междунар. конф. „Проблемы и перспективы международного сотрудничества столиц”. – К.: НТУУ „КПИ”. – 2003. – С. 108 - 112.

15. Глива В.А., Потапенко Г.Д. Використання КПК для зчитування інформації та вимірювання фізичних величин // Тези доповідей 65-ї науково-практичної конференції. Секція VII.- К.: КНУБА. – 2004. - С. 129 - 130.

16. Вільсон О.Г., Глива В.А. Порівняльний аналіз технічних характеристик відеомоніторів різних конструкцій з точки зору електромагнітної безпеки користувачів // Тези доповідей 65-ї науково-практичної конференції: Секція V.-К.: КНУБА.-2004. - С.86 - 87.

АНОТАЦІЯ

Глива В.А. Методи забезпечення електромагнітної безпеки користувачів персональних комп’ютерів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01 – Охорона праці. – Національний науково-дослідний інститут охорони праці. – Київ, 2006.

Дисертацію присвячено вирішенню задачі підвищення електромагнітної безпеки користувачів ПК.

Визначено джерела електромагнітних полів та випромінювань, які прямо або опосередковано впливають на користувачів ПК на робочих місцях.

Розроблено методику та проведені дослідження просторових розподілів електромагнітних полів навкруги окремих відеомоніторів на електронно-променевих трубках.

Досліджено взаємодію електромагнітних полів відеомоніторів ПК при їх груповому розміщенні. Визначено умови підвищення електромагнітної безпеки користувачів ПК за рахунок оптимального взаємного розташування відеомоніторів.

Сформульовано додаткові вимоги до приміщень, призначених для експлуатації персональної обчислювальної техніки та допоміжних пристроїв. Запропоновано найбільш безпечні схеми обладнання окремих робочих місць користувачів ПК.

Розроблено оптимальні загальні схеми групового розміщення ПК у робочих приміщеннях, використання яких дозволяє підвищити електромагнітну безпеку користувачів до технічно досяжного рівня.

Ключові слова: безпека праці, відеомонітор, охорона праці, персональний комп’ютер, користувач, електромагнітні поля, випромінювання, ефективність.

Глыва В.А. Методы обеспечения электромагнитной безопасности пользователей персональных компьютеров. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01. – Охрана труда. – Национальный научно-исследовательский институт охраны труда. – Киев, 2006.

Диссертация посвящена решению научно-технической задачи повышения электромагнитной безопасности пользователей ПК. Определены источники электромагнитных полей и излучений, которые прямо или опосредованно (через нестабильность работы технических средств) влияют на пользователей ПК на рабочих местах.

Разработана методика и проведены исследования пространственных распределений электромагнитных полей вокруг видеомониторов на электронно-лучевых трубках. Определены особенности таких распределений для мониторов различных типов.

Исследовано взаимодействие электромагнитных полей видеомониторов ПК при их групповом размещении. Определены условия повышения электромагнитной безопасности