Промышленная экология

4. Промышленная экология

Последние несколько лет характеризуются интенсивным развитием системы сотовой телефонной радиосвязи. Широкий выбор и качество предлагаемых телекоммуникационных услуг, а также доступная цена, привели к тому, что на сегодняшний день в мире насчитывается порядка 300 миллионов пользователей сотовой связью, из них более 8 миллионов – в России. Как следствие, широкое распространение получили новые функциональные источники электромагнитного поля радиочастотного диапазона (ЭМП) – базовые станции (БС) и мобильные (переносные и ручные) радиотелефоны (РТ), способные генерировать ЭМП гигиенически значимые уровни. Всё вышесказанное делает проблему санитарно-гигиенического надзора за объектами системы сотовой радиосвязи особенно актуальной и социально важной.

Электромагнитное поле – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.

Электрическое поле – создается электрическими зарядами и заряженными частицами в пространстве.

Магнитное поле – создается при движении электрических зарядов по проводнику. Физической причиной существования электромагнитного поля является то, что изменяющееся во времени электрическое поле возбуждает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле – вихревое электрическое поле.

Для населения санитарные нормы допустимых уровней напряженности ЭМП и плотности потока электромагнитной энергии регламентированы Санитарными Правилами и Нормами Республики Казахстан №3.01.002-96 "Санитарные правила и нормы по защите населения от воздействия электромагнитных полей, создаваемых радиотехническими объектами", не зависят от времени воздействия и составляют 0,025 Вт/м² при непрерывном воздействии. Нормы повышаются до 10 раз при импульсивном воздействии электромагнитного потока в зависимости от типа импульсивности.

Работа этой системы основана на принципе деления некоторой территории на зоны (соты) радиусом обычно 0,5-2 километра (в условиях городской застройки), в центре или в узлах которых расположены БС, которые обслуживают РТ, находящиеся в зоне их действия. Эффективное использование выделяемого для функционирования системы частотного спектра - многократное использование одних и тех же частот, применение различных методов доступа – делает возможным обеспечение телефонной связью значительного числа пользователей в рамках одной сети. Базовые станции системы сотовой радиосвязи. БС являются приемо-передающими радиотехническими объектами, излучающими электромагнитную энергию в УВЧ диапазоне (300-3000 МГц). Кроме того, каждая БС дополнительно оснащена комплектом приемо-передающего оборудования радиорелейной связи, работающим в диапазоне 3-40 ГГц, отвечающим за интеграцию данной БС в сеть в целом. Мощность передатчиков БС обычно не превышает 5-10 Вт на несущую. В основном применяются два типа передающих (приемо-передающих) антенн БС:

- слабонаправленные с круговой диаграммой направленности (ДН) в горизонтальной плоскости – тип "Omni"; - направленные (секторные), с углом раствора основного лепестка ДН в горизонтальной плоскости 60 или 120 градусов, в соответствии с рисунком 4.1.

Значение коэффициента усиления по мощности антенн БС относительно изотропного излучателя обычно находится в пределах 8-18 дБ.

Антенны БС устанавливаются на высоте 15-100 метров от поверхности земли на уже существующих постройках: общественных, служебных, производственных и жилых зданиях, дымовых трубах промышленных предприятий и т. д., или на специально сооруженных мачтах в соответствии с рисунком.

Рисунок 4.1 – Диаграмма направленности секторной антенны (ДН 60⁰)

К особенностям БС как объектов санитарно-эпидемиологического контроля можно отнести следующее:

- мощность излучения БС (загрузка) непостоянна во времени и зависит от количества абонентов, обслуживаемых БС в данный момент, количество абонентов в свою очередь связано с местоположением БС, временем суток и днем недели. Типичный график загрузки БС соответствует рисунку 4.2;

- благодаря относительно большой высоте размещения и характеристикам ДН передающих антенн в подавляющем большинстве случаев у БС отсутствует санитарно-защитная зона, т. е. интенсивность ЭМП, создаваемого БС, на селитебной территории на "уровне земли" не превышает предельно допустимых значений;

- гигиенически значимые уровни ЭМП могут наблюдаться только в непосредственной близости, на расстоянии до 3-5 метров от передающих антенн БС и от антенн радиорелейной связи. Из-за многолучевого распространения ЭМП (переотражения) существует гипотетическая возможность обнаружения таковых в помещениях и на балконах последних этажей зданий, на которых расположены антенны БС, и в помещениях последних этажей зданий первой линии застройки в радиусе 200-300 метров вокруг БС; - приемопередающие оборудование БС (кроме антенн) не является источником, потенциально опасным с точки биоэлектромагнитной совместимости. Рисунок 4.2 – Типичный график почасовой загрузки базовой станции сотовой Мобильные радиотелефоны. Радиотелефон представляет собой миниатюрный приемопередатчик, работающий в УВЧ диапазоне, выходная мощность которого в большой степени зависит от качества связи с обслуживающей его БС. Максимальная средняя мощность радиотелефона стандарта GSM900 составляет 0,25 мВт.

Реальная выходная мощность радиотелефона может быть на порядок меньше. Кроме того, в радиотелефонах стандарта GSM-900/-1800 имеется режим DTX (Discontinuous Transmission), при котором в целях экономии заряда батареи радиотелефона в момент молчания пользователя выходная мощность телефона падает в несколько раз.

Антенны радиотелефонов имеют ДН типа "Omni", форма которой в значительной мере может искажаться при приближении телефона к телу человека.

Особенностями радиотелефона с точки зрения санитарно-эпидемиологического надзора являются:

- максимальное приближение достаточно мощного источника ЭМП к жизненно важным органам человека, прежде всего к головному мозгу;

- при оценке интенсивности ЭМП, создаваемого радиотелефоном, необходимо рассматривать единую систему "радиотелефон - пользователь", так как присутствие последнего существенно меняет картину распределения и поглощения поля;

- выходная мощность радиотелефона и, следовательно, условия воздействия ЭМП, зависят от качества связи с БС.

Радиотелефоны цифровых стандартов являются источниками импульсно модулированного ЭМП УВЧ диапазона и магнитного поля СНЧ диапазона (30 300 Гц).

Далее приведен санитарный паспорт на радиотехнический объект (РТО) ТОО "GSM Казахстан".

Санитарный паспорт на РТО выполнен в соответствии с ниже перечисленными документами:

- "Санитарные правила и нормы защиты населения от воздействия электромагнитных полей, создаваемых радиотехническими объектами" от 12 июня 1996 г. № 3-01.002-96 (с изменениями от 12.05.2000 г.);

- "Методика расчетов биологически-опасных зон радиотехнических объектов" от 10 сентября 2001 г. № 41-2/2-2938. Письмо Главного врача РСЭС в обл. УГСЭН, УГСЭН городов Алматы и Астаны, ЦСЭС на транспорте.

Технические данные по базовой станции:

- тип станции – ERICSSON RBS;

- мощность станции – 25 Вт;\

- тип антенны – K739684;

- коэффициент усиления антенны – 15,0 дБ;

- количество секторных антенн базовой станции – 3 шт;

- рабочий диапазон частот – 890,2-901,8 / 935,2-946,8 МГц;

- высота подвеса антенн над уровнем земли – 19 м;

- коэффициент потерь в антенно-фидерном тракте базовой станции –

3 дБ;

- тип модуляции – GMSK.

Технические данные по радио релейной станции:

- тип станции – Ericsson Mini-Link E;

- мощность станции – 0,1 Вт;

- тип антенны – Andrew;

- коэффициент усиления антенны – 39,5 дБ;

- количество антенн радиорелейной станции – 3 шт;

- рабочий диапазон частот – 21,6-23,6 ГГц;

- высота подвеса антенн над уровнем земли – 19 м;

- коэффициент потерь в антенно-фидерном тракте радиорелейной станции – 1,0 дБ;

- тип модуляции – QPSK;

- время и режим работы на излучение – постоянное.

Расчет биологически опасной зоны для базовой станции приведен ниже.

Для определения санитарно- защитной зоны и зоны ограничения застройки плотность потока электромагнитной энергии рассчитывается по формуле:

 (4.1)

где П – плотность потока электромагнитной энергии на расстоянии R, от центра излучения антенны, мкВт/см²;

Р– мощность, излучаемая антенной, Вт;

G– коэффициент усиления антенны, раз;

Ф₂ – множитель, учитывающий влияние земли, для данной ситуации примем равным 1.00;

 – коэффициент потерь в антенно-фидерном тракте, раз;

 – значение нормированной диаграммы направленности в направлении объекта облучения, раз;

 – значение нормированной диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, раз;

 – расстояние до точки наблюдения, м.

Рассчитаем биологически опасную зону по формуле:

 (4.2)

где  – максимальное значение радиуса биологически опасной зоны в направлении излучения, м;

– предельно- допустимое значение плотности потока электромагнитной энергии (для данного диапазона – 2.5 мкВт/см²).

Для расчета биологически опасной зоны в вертикальной плоскости . Для расчета биологически опасной зоны в горизонтальной плоскости .

Подставив постоянные значения, получим следующее выражение:

-  35,56,  – для вертикальной плоскости;

-  35,56,  – для горизонтальной плоскости.

Форму поперечного сечения биологически опасной зоны в вертикальной плоскости рассчитаем с помощью формулы:

, (4.3)

Расчеты значений  для вертикальной и горизонтальной плоскостей, а также значений ,  приведены в таблицах 4.1 и 4.2.
Таблица 4.1 – Расчёт биологически опасной зоны базовой станции в вертикальной плоскости

передний фронт диаграммы направленности
0	1.000	35.565	0.000	0.000	1.000	35.565
5	0.630	22.406	0.087	1.949	0.996	22.316
10	0.170	6.046	0.174	1.052	0.985	5.955
15	0.130	4.623	0.259	1.197	0.965	4.461
20	0.020	0.711	0.342	0.243	0.940	0.668
25	0.025	0.889	0.423	0.376	0.906	0.805
30	0.022	0.782	0.500	0.391	0.866	0.677
35	0.021	0.746	0.574	0.428	0.819	0.611
40	0.021	0.746	0.643	0.480	0.766	0.572
45	0.020	0.711	0.707	0.502	0.707	0.502
50	0.014	0.497	0.766	0.381	0.643	0.320
55	0.009	0.320	0.819	0.262	0.574	0.183
60	0.009	0.320	0.866	0.277	0.500	0.160
65	0.009	0.320	0.906	0.290	0.423	0.135
70	0.008	0.284	0.940	0.267	0.342	0.097
75	0.008	0.284	0.966	0.274	0.259	0.073
80	0.008	0.284	0.985	0.280	0.174	0.049
85	0.006	0.213	0.996	0.212	0.087	0.018
90	0.010	0.355	1.000	0.355	0.000	0.000
обратный фронт диаграммы направленности
100	0.009	0.320	0.985	0.315	-0.174	-0.055
110	0.008	0.284	0.940	0.267	-0.342	-0.097
120	0.007	0.248	0.866	0.215	-0.500	-0.124
130	0.006	0.213	0.766	0.163	-0.643	-0.137
140	0.006	0.213	0.643	0.137	-0.766	-0.163
150	0.006	0.213	0.500	0.106	-0.866	-0.184
160	0.006	0.213	0.342	0.072	-0.940	-0.200
170	0.006	0.213	0.174	0.037	-0.985	-0.210
180	0.006	0.213	0.000	0.000	-1.000	-0.213

Таблица 4.2 – Расчёт биологически опасной зоны базовой станции в горизонтальной плоскости

0	1.000	35.565
5	1.000	35.565
10	0.890	31.653
15	0.790	28.096
20	0.710	25.251
25	0.630	22.406
30	0.520	18.494
35	0.450	16.004
40	0.270	9.602
45	0.200	7.113
50	0.180	6.401
55	0.160	5.690
60	0.100	3.556
65	0.090	3.200
70	0.080	2.845
75	0.060	2.133
80	0.060	2.133
85	0.030	1.066
90	0.010	0.355

Далее приведен расчет биологически опасной зоны радиорелейной станции.

Расчет проводится по формуле:

(4.4)

где  – максимальная мощность излучения равная 0.1 Вт;

– коэффициент усиления антенны 39.5 дБ (8912.50 раз);

 – коэффициент потерь в антенно-фидерном тракте равный 1.0 дБ (1.25 раз);

– предельно допустимая плотность потока энергии в соответствии с СанПиН 3.01.002-96, равно значению 0.025 Вт/м².

Диаметр поперечного сечения биологически опасной зоны рассчитаем с помощью формулы:

(4.5)

Расчеты значений , , приведены в таблице 4.3. Таблица 4.3 – Расчеты значений , ,

передний фронт диаграммы направленности
0	8912.510	64.257	0.000	0.000	1.000	64.257
5	50.120	4.818	0.087	0.419	0.996	4.799
10	17.780	2.870	0.174	0.499	0.985	2.827
20	5.010	1.523	0.342	0.521	0.940	1.432
25	2.510	1.078	0.422	0.455	0.906	0.976
35	0.790	0.604	0.573	0.346	0.819	0.495
60	0.500	0.481	0.866	0.416	0.500	0.240
70	0.040	0.136	0.939	0.127	0.343	0.046
90	0.016	0.086	1.000	0.086	0.001	0.000
обратный фронт диаграммы направленности
95	0.005	0.048	0.996	0.047	-0.086	-0.004
180	0.005	0.048	0.002	0.000	-1.000	-0.048

На основании представленных расчётов плотности потока электромагнитной энергии от 3 секторных антенн базовой станции сотовой связи и 3 антенн РРС, принадлежащих ТОО "GSM Казахстан", санитарно-эпидемиологической экспертизой составлено заключение: - секторные антенны на высоте 19 м над уровнем земли, антенны работают по принципу временного разделения каналов, т.е. в каждый момент излучения работает только один канал; - максимальный радиус биологически-опасной зоны антенн в направлении излучения равен 35.565 м; - в вертикальном сечении максимальное расстояние от направления излучения равно 1.949 м на расстоянии 22.316 м от центра излучения; - радиус биологически-опасного излучения в направлении земли равен 0.355 м, от заднего лепестка антенны 0.213 м; - антенна РРС расположена там же, на высоте 19 м над уровнем земли; - максимальный радиус биологически-опасной зоны антенны РРС равен 64.257 м в направлении излучения. В вертикальном сечении БОЗ повторяет форму диаграммы направленности в вертикальной плоскости; - радиус биологически-опасного излучения антенны РРС в направлении земли равен 0.086 м, от заднего лепестка – 0.048 м; - суммарный уровень электромагнитной энергии от антенн базовой станции и РРС на высоте 19 м от уровня земли не превышает допустимого, регламентированного СанПиН № 3.01.002-96 для круглосуточного облучения населения (2.5 мкВт/см²). Таким образом, уровни электромагнитного поля от антенн ТОО "GSM Казахстан" в местах длительного пребывания людей не будут отрицательно воздействовать на здоровье населения.