Журнал «Безопасность и охрана труда» №1, 2008

Оценка электромагнитных излучений от персональных компьютеров

Л. О. Мырова, ученый секретарь, начальник отдела ФГУП Московский научно-исследовательский радиотехнический институт

Электромагнитное излучение, создаваемое персональным компьютером, имеет сложный спектральный состав в диапазоне частот от 0 Гц до 1000 МГц: электрическую (Е) и магнитную (Н) составляющие, и их оценка производится раздельно. Пример спектральной характеристики излучений ПК в диапазоне 10 Гц — 400 кГц приведен на диагр. 1.

Излучающие устройства в дисплеях

Основными источниками электромагнитного излучения видеодисплейного терминала являются электронно-лучевая трубка, узлы разверток, импульсный источник питания, видеоусилитель. При соударении электронов с передней стенкой электронно-лучевой трубки (экрана) в результате торможения электронов возникают различные излучения. Кроме этого, для разгона электронов используется высокое — порядка десятков киловольт — напряжение, и вокруг монитора присутствует электростатическое поле, наиболее активное за его корпусом и по бокам.
В обычных — и всё еще достаточно широко используемых на рабочих местах — терминалах с применением электронно-лучевых трубок (далее — ЭЛТ), имеют место три различных процесса, которые дают вклад в увеличение переменных электрических излучений:

Результаты измерений электромагнитного поля дисплеев

Авторы книги [2] отмечают факт наличия зоны выхода за пределы норм и сложную форму распределения электромагнитных излучений, которая в ряде случаев может приводить к большей опасности облучения соседей по рабочему помещению, нежели пользователей данного ПК. Авторами обращается внимание на тот факт, что на одной из моделей испытанных мониторов имеются знаки соответствия требованиям MPRII и подтверждения параметров, проставленные испытательной фирмой TUF (Германия). Однако, как видно из рисунка 1 и 2, нормы MPRII в первом диапазоне (5 Гц… 2 кГц) и по электрической, и по магнитной составляющей превышены в десятки раз.

Сегодня на рынке представлено огромное количество персональных компьютеров и защитных фильтров, но по данным Центра по электромагнитной безопасности, среди компьютеров, которые находятся в эксплуатации в различных организациях, лишь 10 – 15% полностью удовлетворяют требованиям шведского стандарта 1990 года. Безусловно, каждое изделие должно иметь сертификат безопасности.

Даже среди самых дорогих выпускаемых за рубежом 17“ дисплеев далеко не все имеют ЭЛТ с противобликовой обработкой. Единичные типы имеют покрытие AGRAS (антиблик, антистатик, контрастирование), чуть больше дисплеев с покрытием ARAS (антиблик, антистатик) и ARAG (антиблик, контрастирование).

Некоторые фирмы, например NEC в модели Multi-Sync 5 Fge, не наносят антиблик, а рекомендуют устанавливать защитный фильтр. Чтобы не было заметно мельканий, в соответствии с рекомендацией VESA (Ассоциация стандартов по видеоэлектронике) эргономичный современный дисплей должен иметь частоту кадров не менее 75 Гц при всех диапазонах разрешающей способности от 640х480 до 1280х1024.

Поэтому в настоящее время потребителю приходится изыскивать пути, с помощью которых он мог бы получить сведения о реальных значениях излучательных характеристик оборудования. Ситуация осложняется тем, что большинство помещений, и особенно в домах старой постройки, спроектировано без учета требований по разводке электрических проводов. В связи с этим необходимо проводить замеры и фоновых электромагнитных излучений.

В табл. 1 представлены данные Государственного комитета по санитарно-эпидемиологическому надзору по излучательным характеристикам некоторых моделей персональных компьютеров.

Как видно из таблицы, ряд представленных в ней мониторов не удовлетворяет требованиям международных стандартов (MPR 1990:08), что еще раз указывает на необходимость повсеместного контроля за излучательными характеристиками оборудования, которым укомплектованы рабочие места операторов.

В течение 1994 — 1996 годов сотрудниками Центра электромагнитной безопасности при участии сотрудников Лаборатории измерения параметров электромагнитной совместимости ВНИИФТРИ и Лаборатории электромагнитных волн НИИ медицины труда РАМН проводились измерения электромагнитных излучений непосредственно на рабочих местах пользователей.

Всего были проведены измерения на 474 рабочих местах, оснащенных мониторами 72 типов 1990 — 1996 годов выпуска. Своеобразные «рекорды» — максимальные значения излучений, зафиксированные на рабочих местах пользователей ПК, — приведены в табл. 2.

В 1998 году Северо-Западным научным центром гигиены и общественного здоровья Министерства здравоохранения выполнена работа по контролю соответствия уровней ЭМИ на рабочем месте пользователя требованиям гигиенических норм РФ. Данные о зафиксированных значениях излучений при обследовании более 120 рабочих мест пользователей ПК приведены в табл. 3.

Шведский институт защиты от излучений, соразработчик спецификаций стандарта безопасности MPR II, в своем отчете приводит результаты измерений электромагнитных излучений 150 моделей мониторов (табл. 4).

Средства защиты от излучений персональных компьютеров

Спектр излучения компьютера включает в себя рентгеновскую, ультрафиолетовую и инфракрасную области спектра, а также широкий диапазон электромагнитных волн других частот. Опасность рентгеновских лучей считается сейчас специалистами пренебрежимо малой, поскольку этот вид лучей поглощается веществом экрана.

В отличие от ионизирующего излучения низкочастотные излучения не могут расщеплять или ионизировать атомы, и раньше считалось, что неионизирующее излучение не может вредно влиять на организм, если оно недостаточно сильно, чтобы вызвать тепловые эффекты или электрический шок.

Однако результаты лабораторных экспериментов говорят о другом. В исследованиях было обнаружено, что электромагнитные излучения частотой 50 Гц могут инициировать биологические сдвиги (вплоть до нарушения синтеза ДНК) в клетках животных. Эпидемиологические исследования и работы другого рода показали, что существует связь между нахождением в местах, где проходят линии электропередач, и возникновением опухоли у детей. Особенно поразил тот факт, что электромагнитные волны обладают необычным свойством: опасность их воздействия совсем не уменьшается при снижении интенсивности излучения, а некоторые электромагнитные излучения действуют на клетки лишь при малых интенсивностях излучения или на конкретных частотах.

Используется и полезное действие дозированных УВЧ излучений, но, как уже говорилось, низкочастотные поля при продолжительном облучении сидящих у ПК людей могут привести к нарушениям самых различных физиологических процессов.

Антибликовые, контрастирующие фильтры на экранах дисплеев могут одновременно защищать от электростатического потенциала и в определенной степени — от электрической составляющей переменного электромагнитного излучения.

У современных дисплеев экран покрывается почти прозрачным слоем металла, который заземляется. Это делается для того, чтобы уменьшить излучения от монитора. Но экран все же излучает, и излучение можно ослабить с помощью внешнего защитного фильтра, обязательно с заземляемым проводящим покрытием.

К настоящему времени испытано очень много образцов различных типов защитных фильтров. К сожалению, многие из проверенных защитных фильтров либо мало эффективны, либо вовсе ни от чего не защищают. В литературе известно несколько названий фирм, которым выданы сертификаты соответствия: «Эргон», «Русский щит» (Россия) и фирм OCLI и 3М (США). Однако, без сомнения, таких фирм намного больше, но услышьте специалистов: «…не все фильтры одинаково полезны!»

Установка даже самого хорошего защитного фильтра на ЭЛТ лишь в 2 — 4 раза может снизить уровень облучения сидящего перед экраном ПК человека, уменьшая электрическую составляющую ЭМИ в непосредственной близости от экрана, и вовсе не снизит, а может даже увеличить интенсивность поля в стороны от экрана по оси ЭЛТ на расстояниях более 1 — 1,5 м.

Указываемые в рекламных материалах и в документации на защитные фильтры значения по ослаблению переменного электрического излучения в 95…99% относятся к стендовым испытаниям этих фильтров и никогда не достигаются в реальных условиях на рабочих местах. С результатами стендовых испытаний совпадает на рабочих местах только величина ослабления фильтром электростатического потенциала экрана дисплея. Это означает необходимость комплексной оценки электромагнитной обстановки в рабочих помещениях с компьютерами (в дисплейных классах, в операторских залах вычислительных центров и т. п.) с учетом взаимного расположения рабочих мест.

Для снижения потенциально опасного излучения видеотерминалов целесообразно предпринимать специальные меры защиты от низкочастотных полей. Поскольку источник высокого напряжения дисплея — строчный трансформатор — помещается в задней или боковой части терминала, уровень излучения со стороны задней панели дисплея выше, причем стенки корпуса не экранируют излучение. Поэтому пользователям следует находиться не ближе чем на 1,2 метра от задних или боковых поверхностей соседних терминалов.

К сожалению, на защитные фильтры не существует никаких общегосударственных нормативных документов. Известна только шведская методика испытаний фильтров, которой пользуются и в России. Планируется подготовка проекта государственного стандарта России на защитные фильтры.

Как уже было сказано, уровень ЭМИ в значительной степени зависит от типа и качества электропроводки. В рабочих помещениях ВЦ и дисплейных классах может отсутствовать общее заземление и третий контакт вилки. В этом случае ПК оказывается «висящим» в воздухе, что существенно увеличивает уровень ЭМИ. Кроме того, низкочастотные поля излучаются и электроприборами, и люминесцентными лампами, и жгутами проводов, которые нередко оплетают рабочие места.

Уровни электрических излучений, создаваемых мониторами некоторых типов, изменяются до пяти раз в зависимости от ориентации вилки питания монитора (системного блока при питании монитора через системный блок) в сетевой розетке. И используемые в настоящее время методики испытаний мониторов на электромагнитную безопасность (при их сертификации) не предусматривают проверку уровня излучений при различной ориентации вилки питания. Таким образом, не исключено, что прошедший сертификацию монитор будет излучать с уровнем, который превышает экологически безопасные санитарные нормы.

Конструкции экранов

Способы снижения уровней излучений, воздействующих на человека, разрабатываются в следующих направлениях:

способы крепления сетки в оправе экрана.

Первая проблема связана с решением таких частных задач, как эффективность экранирования просветного электромагнитного экрана от электромагнитного излучения ЭЛТ, способность электромагнитного экрана снимать электростатическое поле с экрана электронно-лучевой трубки, снижение деионизации воздуха в зоне дыхания оператора, влияние электромагнитного экрана на разрешающую способность изображения, изменение координат цветности и контраста изображения и т. д. Исследование второй проблемы связано с решением задач отработки способов нанесения покрытий на поверхности защитного экрана с целью уменьшения интегрального коэффициента отражения (для увеличения яркостного контраста изображения), а также нанесения антибликовых покрытий на стеклянную подложку защитного экрана.

Третья проблема возникает при наложении двух или нескольких дискретных структур на поверхность экрана электронно-лучевой трубки, что приводит к появлению муара на изображении. Глаз человека воспринимает муаровые волны при достаточно заметной их интенсивности и сравнительно большом периоде их повторения (от 2 до 20 строк растра электронно-лучевой трубки), что часто встречается на практике. В табл. 5 приведены параметры исследованных просветных электромагнитных экранов.



На рис. 4 показана зависимость затухания электромагнитного излучения (SЕ) от частоты (f) при использовании различных типов электромагнитных экранов (типы и характеристики экранов см. в табл. 5).



У всех указанных сеточных металлических материалов эффективность экранирования не уменьшается с увеличением частоты, как это происходит у сетки с полиэфирными нитями, а остается практически на высоком уровне.

Лучшие экранирующие свойства демонстрирует сетка с меньшим коэффициентом пропускания (первая строка таблицы). Однако недостатком, и довольно значительным, является ее низкое светопропускание, приводящее к сильному понижению яркости экрана электронно-лучевой трубки.

По сравнению с экранами из силикатного стекла с токопроводящим покрытием на основе SnO2, у которых эффективность по электрической составляющей резко падает из-за уменьшения толщины скин-слоя, сеточные металлические экраны имеют больше преимуществ.

Деионизирующий эффект работающего видеомонитора частично устраняется установкой перед экраном электронно-лучевой трубки защитного экрана с заземленным контуром. При этом экран создает как бы защитный заслон для воздушной среды в зоне дыхания оператора. Таким образом, установленный перед экраном видеомонитора защитный экран позволяет эффективно решать задачу защиты оператора персонального компьютера от электромагнитного излучения экрана электронно-лучевой трубки.

Что касается способов крепления и уменьшения количества отрицательных ионов в зоне дыхания оператора, стоит упомянуть о следующем. Один сотрудник предприятия «Циклон-тест» сконструировал экран, который крепился специальным резиновым кожухом с металлическими порошковыми включениями так, что не оставалось вообще никакого зазора между поверхностью монитора и защитного экрана. А в стандартных конструкциях защитных экранов в зазоры поле затягивает отрицательные ионы (табл. 6).



Это позволяет использовать более дешевые, практически снятые с производства, мониторы и продолжать эксплуатировать еще работающие видеодисплейные терминалы с высоким уровнем электромагнитных излучений. Но следует учитывать, что защитный экран изменяет картину электромагнитного поля, что может привести к возникновению недопустимых значений напряженности электромагнитного излучения на соседних рабочих местах. Применение защитных фильтров, как уже отмечалось выше, может существенно улучшить многие визуальные параметры дисплеев и, кроме того, защитить пользователя от электростатического и переменного электромагнитного излучения.

Эффективным оказывается применение фильтров новых конструкций с дополнительным экранированием боковых сторон корпуса, а также использование разработанных в России поглощающих устройств (рис. 5).


Экранирующий корпус

Электрические излучения цепей внутри устройства видеодисплейного терминала могут быть заэкранированы с помощью металлического кожуха, но он обладает множеством недостатков, например высокой стоимостью и нетехнологичностью изготовления. Поэтому в последние годы ведутся исследования формовочных материалов, состоящих из полимерных смол, таких как полипропилен и др., с наполнителями из алюминиевых чешуек, латунных волокон и других металлических наполнителей для использования их в качестве материала для изготовления кожухов видеодисплеев.

Этот метод экранирования признан наиболее перспективным. Далее указаны некоторые характерные особенности композитных материалов на основе полимерных смол, применяемых для экранирования электромагнитного излучения.

Формовка металлизированных смол позволяет производить защитные кожухи с эффективностью экранирования от электромагнитного излучения 30 — 60 дБ.

Цена материала достаточно высока. В качестве наполнителей для полимерных смол применяются следующие проводящие материалы:

металлизированные стекловолокна, металлизированные углеродные волокна и другие композитные материалы.

оказывает также их форма. В последовательности увеличения электропроводности идут: длинные волокна, короткие, чешуйки круглой формы, порошок.

Способ экранирования с использованием в качестве наполнителя алюминиевых волокон и чешуек был разработан в США. Данный наполнитель характеризуется низкой стоимостью изготовления при повышенной эффективности экранирования, а особенность заключается в том, что по сравнению с другими металлическими частицами они имеют небольшую удельную массу и при высокой наполняемости удельная масса смолы не так уж и велика.

Исследовательским институтом по промышленной технике Токийского университета предложен способ экранирования с помощью латунных волокон с диаметром 40…60 мкм и длиной 3 мм. Особенность этих волокон по сравнению с другими состоит в низкой стоимости их изготовления. Однако ввиду весьма большого их диаметра при низкой наполняемости не достигается требуемая эффективность экранирования. Для получения удовлетворительной степени экранирования следует доводить наполняемость смол такими волокнами до величины 15…25% по объему. Вследствие этого смола имеет большую удельную массу, а внешний вид изделия ухудшается.

В последнее время в качестве наполнителя для материалов, из которых производят кожухи-корпуса для экранирования от электромагнитного излучения, рассматриваются волокна из нержавеющей стали. Перспективность этого направления объясняется сравнительной дешевизной их изготовления, обусловленной малым диаметром волокон (менее 10 мкм), а прочность на растяжение достаточна для получения сравнительно длинных волокон. Следует отметить, что при наполняемости около 1% по объему достигается достаточная эффективность экранирования. Материалы, изготовленные с применением таких волокон, также обладают и повышенной стойкостью к воспламенению.

Для приготовления полимерных смол с целью экранирования электромагнитного излучения в качестве других наполнителей применяется сажа. Однако ее, как правило, требуется слишком много для достижения достаточного эффекта экранирования, поэтому для улучшения формовочных характеристик сажу применяют вместе с другими металлическими наполнителями. С краткой сводкой характеристик наполнительных субстанций можно ознакомиться в табл. 7.



Размещение оборудования

При рассмотрении вопроса о размещении рабочих мест операторов персональных компьютеров в помещении необходимо учитывать, что в этом случае на оператора может оказывать негативное воздействие не только непосредственно тот компьютер, за которым он работает, но и другие ПК в помещении. Для исключения такого влияния следует руководствоваться следующими правилами.

Видеодисплейные терминалы должны по возможности размещаться в один ряд на расстоянии более одного метра от стен. Рабочие места операторов ПК должны быть удалены один от другого более чем на 1,5 метра.

Допускается также размещение видеодисплейных терминалов в форме «ромашки». Однако следует учитывать, что каким бы ни было расположение компьютеров, задняя стенка компьютера не должна быть направлена в сторону других рабочих мест. Если этого невозможно достичь с помощью рациональной планировки помещения, то в конструкции рабочего стола необходимо предусмотреть возможность монтирования магнитного экрана со стороны, к которой обращена тыльная часть видеомонитора. Возможные варианты расположения рабочих мест представлен на рис. 6 и 7, а на рис. 8 представлены нерекомендуемые варианты расположения рабочих мест с ПК.



Рекомендации для пользователей. Выбор компьютера

При выборе и покупке компьютера следует придерживаться следующих правил:

1. Не приобретать компьютеры без сертификата соответствия Госстандарта России.
2. При наличии сертификата неплохо бы убедиться в его подлинности.
3. По возможности следует ознакомиться с протоколами испытаний для получения информации о реальных характеристиках персонального компьютера.
4. С вопросами, связанными с подлинностью сертификата, или какими-либо другими следует обращаться за разъяснениями в орган по сертификации.
5. По возможности следует получить информацию обо всех мерах, принятых для снижения электромагнитного излучения компьютера.
6. Следует отдавать предпочтение мониторам, корпус которых изготовлен из композитных материалов с применением металлических включений (волокна, чешуйки). При этом наполнители из алюминия и нержавеющей стали представляются наиболее предпочтительными с точки зрения эффективности экранирования электромагнитного излучения.

Выбор защитного экрана

Чтобы сделать рациональный выбор защитного экрана, необходимо иметь полную информацию об излучательных характеристиках персонального компьютера. Если электромагнитное излучение от компьютера удовлетворяет требованиям международных стандартов, то нет необходимости в приобретении фильтра, снижающего электромагнитное излучение, а необходимы антибликовый фильтр и фильтр, снимающий электростатический потенциал.

Если невозможно получить точную информацию о реальных излучательных характеристиках компьютера, то даже при наличии сертификата соответствия Госстандарта России необходимо использование защитного экрана для снижения электромагнитного излучения компьютера до безопасных значений. При этом визуальные характеристики экрана должны соответствовать условиям работы конкретного оператора.

Желательно проведение добровольной сертификации экрана на соответствие техническим условиям. Следует, однако, проводить испытания экранов в комплексе с монитором, на котором будет установлен данный экран.

«Безопасность» ноутбуков

Несколько лет назад существовало мнение, что портативные компьютеры типа ноутбуков безопасны для пользователей и не нуждаются в таких дополнительных мерах защиты, как приэкранные фильтры. В основе подобных представлений лежал тот факт, что в портативных компьютерах используются экраны на основе жидких кристаллов, которые не генерируют вредных излучений, присущих обычным мониторам с электронно-лучевой трубкой.

Электростатическое поле и рентгеновское излучение у жидкокристаллических (далее — ЖК) экранов действительно отсутствуют, но что касается электромагнитных излучений, то исследования показали: во многих портативных компьютерах оно значительно превышает экологические нормативы.

Нормативы шведского стандарта MPR II, рекомендованные Советом Европейского экономического сообщества для стран ЕЭС, распространяются на дисплеи, содержащие электронно-лучевые трубки. Однако если уровни излучения от дисплеев с ЭЛТ нормируются исходя из требований безопасности, то логично оценить соответствие этим нормам и аппаратуры с ЖК-экранами. Ведь эти ПК обычно располагаются ближе к пользователю и, следовательно, источники излучения будут с большей вероятностью воздействовать на области жизненно важных органов человека, тем более что зачастую пользователи ноутбуков имеют привычку располагать свой компьютер на коленях. Электронно-лучевая трубка — не единственный источник излучения. Поля могут генерироваться преобразователем напряжения питания (при работе от электросети), схемами управления и формирования информации на дискретных ЖК-экранах и другими элементы аппаратуры.

Для ПК с ЖК-экранами свойственны два режима электропитания — от встроенного аккумулятора или от сети. В первом случае, как показали измерения, излучения, естественно, меньше, но они существуют, причем в диапазонах частот, упомянутых в MPR II. В режиме электропитания от сети портативный компьютер излучает электрическую составляющую переменного электромагнитного поля, мало отличающуюся по интенсивности от ПК с дисплеями на ЭЛТ.

На рис. 11 приведены напряженности переменного электрического поля ноутбука фирмы Epson на двух расстояниях от центра клавиатуры — 30 см (реальное расстояние при работе с ЖК-экраном с диагональю порядка 10») и 50 см (по методике MPR II). Как видно на рисунках, излучения существенно превышают нормы и в первом, и во втором диапазонах и имеют своеобразную конфигурацию.



При питании от аккумулятора у большинства портативных ПК напряженность поля в первом диапазоне заметно превышает норму, а во втором превышение отмечено только справа и сзади от экрана. В качестве примера на рис. 12 приведены картины поля ноутбука фирмы Samsung в двух режимах питания.



Не только самому пользователю ноутбука, но и его соседям по самолетным креслам или по салону автомобиля есть над чем задуматься. Особую заботу о своем здоровье следует проявить человеку, сидящему впереди справа от пользователя, работающего у компьютера. Именно в этом направлении все исследованные образцы излучали наиболее сильно.

Результаты измерений в другом эксперименте показатели, что в первом диапазоне частот при питании ПК и от сети, и от аккумулятора ни в одном направлении нормы MPR II не выполняются в большинстве испытанных образцов. Были исследованы пять типов портативных компьютеров типа ноутбук, произведенных известными зарубежными фирмами.

Измерения проводились на расстояниях, отсчитываемых от центра клавиатуры, поскольку она, как правило, неотделима от экрана. С учетом особенностей использования портативных ПК дополнительно были оценены уровни излучений на меньших расстояниях, чем это предусмотрено стандартом MPR II. Излучение измерялось по восьми направлениям от портативного компьютера. Лишь один — Epson —при питании от аккумулятора соответствовал нормам. В диапазоне высоких частот положение пользователя несколько лучше, и лишь один компьютер — Samsung — соответствовал экологическому стандарту при обоих режимах электропитания.

Уровни электромагнитного излучения портативных компьютеров превышают нормативные параметры для многих компьютеров с мониторами на ЭЛТ. Для повышения электромагнитной безопасности мониторов с ЭЛТ фирмами были предприняты специальные меры, ведь продать такой компьютер без сертификата безопасности по визуальным и эмиссионным параметрам трудно. Что касается портативных компьютеров, то на все предложения провести испытания торгующие организации отвечают до боли просто: «Берут и так!»