Opracowanie metody i aparatury do oceny zagrożeń elektrostatycznych powodowanych przez wyładowania z naelektryzowanego ciała pracownika

Celem zadania było opracowanie metod i narzędzi do oceny zagrożeń powodowanych przez elektryzację ciała pracownika na stanowisku pacy. W ramach zadania prowadzono badania i prace konstrukcyjne dotyczące dwóch zagadnień:

– zasady i narzędzia do oceny ekspozycji pracowników na pole elektrostatyczne (PES)

– metody i urządzenia do wykrywania nadmiernej elektryzacji pracowników w określonych pomieszczeniach zakładów pracy.

      W ramach pierwszego zagadnienia przeprowadzono biofizyczną analizę wnikania pola elektrostatycznego (PES), do którego zaliczono w pracy pole elektryczne z pasma 0 – 5 Hz, do różnych tkanek ciała osoby eksponowanej. Uwzględniono przewodność powietrza spowodowaną obecnością lekkich aerojonów klastrowych. Wykazano, że analizowane pole jest silnie tłumione przez wszystkie tkanki ciała.

Zadanie 2.Z.31. Natężenie pola elektrycznego o częstotliwości 0 Hz i 5 Hz indukowanego w różnych tkankach w czasie ekspozycji ciała człowieka na pole elektryczne o szczytowej wartości natężenia 1 MV/m

           Wykazano, że w czasie ekspozycji, przy braku wyładowań elektrycznych, nie jest możliwe pobudzenie tkanek elektro-pobudliwych przez PES indukowane w ciele przez PES zewnętrzne, ani wpływ tego pola na przepuszczalność błon komórkowych. Wykazano, że w warunkach ekspozycji na PES podstawowym zagrożeniem są rażenia elektrostatyczne, czyli wyładowania elektryczne między ciałem eksponowanego pracownika (naelektryzowanego przez indukcję) a obiektami przewodzącymi w czasie ich dotykania. Rażenia mogą być przyczyną niekontrolowanych ruchów unikowych, które mogą powodować wypadki (np. upadek, uderzenie, kontakt z ruchoma częścią maszyny). Na podstawie analizy literatury reakcji psychofizjologicznych na rażenia elektrostatyczne określono progowe wartości energii wyładowania, ładunku transferowanego w czasie wyładowania i natężenia PES indukującego progowe wartości ładunku, odpowiadające poszczególnych reakcjom na rażenia.

Zadanie 2.Z.31. Zestawienie parametrów ekspozycji, wyładowań i skutków rażeń elektrostatycznych spowodowanych wyładowaniami między ciałem człowieka eksponowanego na pole elektrostatyczne a uziemionym obiektem przewodzącym

         Na podstawie przeprowadzonej analizy opracowano kryteria oceny narażenia pracowników. Zostały one włączone do przepisów transponujących dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2013/35/UE w sprawie minimalnych wymagań w zakresie ochrony pracowników przed zagrożeniami spowodowanymi czynnikami fizycznymi (polami elektromagnetycznymi) do prawa polskiego (Rozporządzenie Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 27 czerwca 2016 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. Dz.U. poz. 952).

Zadanie 2.Z.31. Wartości graniczne IPN dotyczące ładunku indukowanego na powierzchni ciała osoby eksponowanej na pole elektryczne o częstotliwości z zakresu 0 – 5 Hz

         W celu umożliwienia oceny narażenia pracowników eksponowanych na PES, na podstawie ww. przepisów, zaprojektowano i wykonano model miernika ładunku indukowanego na powierzchni ciała pracownika przez PES oraz dwa kondensatory do gromadzenia i wyzwalania w czasie wyładowania elektrostatycznego wzorcowego ładunku elektrycznego, przeznaczone do wzorcowania wymienionego miernika.

Zadanie 2.Z.31. Model miernika ładunku elektrostatycznego zaindukowanego na powierzchni ciała pracownika; zakres pomiarowy – 0-10 000 nC, rozdzielczość – 1 nC, niepewność wartości zmierzonego ładunku – 3 nC, zasilanie bateryjne, pojemność pamięci 1 mln rekordów (wartość ładunku, data, czas, nr pomiaru)

Zadanie 2.Z.31. Kondensatory do wytwarzania elektrycznego ładunku wzorcowego, z elektrodą wyładowczą do inicjowania wyładowań iskrowych. Pojemności wzorców: 1,042 ± 0,001 nF i 127,8 ± 0,1 pF, stałe czasowe τ > 10 000 s i τ > 1 278 s, maksymalne wartości ładunku – 30

      Opracowano metodę wykonywania pomiaru ładunku na stanowiska pracy, z użyciem wymienionego miernika.

      W ramach drugiego zagadnienia opracowano i wykonano model czujnika elektrostatycznego do wykrywania elektryzowania się pracowników chodzących po podłodze w nadzorowanym obszarze (małym pomieszczeniu, korytarzach, przejściach, bramkach itp.). Zasięg działania czujnika wynosi do 3 m. Na opracowany czujnik przygotowano zgłoszenie patentowe.

Zadanie 2.Z.31. Model czujnika elektrostatycznego wykrywającego ruch naelektryzowanej osoby na podstawie rejestracji zmian potencjału elektrostatycznego powierzchni podłogi

      W celu oszacowania możliwego zasięgu czujnika, przeprowadzono matematyczną analizę propagacji zmian potencjału elektrostatycznego po powierzchni podłogi, z której wynika, że możliwy zasięg nie przekracza 5 m w przypadku podłóg jednorodnych.

      Na podstawie konstrukcji czujnika, zaprojektowano i wykonano model mikroprocesorowego miernika stałej czasu rozpraszania ładunku elektrostatycznego przez naelektryzowaną (np. na skutek ruchu pracowników lub transportu wewnątrzzakładowego) podłogę. Zasada działania miernika jest oparta na analizie szybkości zmian potencjału podłóg antystatycznych o zakresie do 1 kV. Przeprowadzono badania miernika dla modelu podłogi o własnościach elektrostatycznie rozpraszających. Metoda ta umożliwiła wykonanie pomiaru z błędem stałej czasu ok. 10 do 26%, określonym w odniesieniu do wartości średniej z 10 niezależnych pomiarów.

Zadanie 2.Z.31. Model mikroprocesorowego miernika potencjału powierzchni podłogi. Model składa się z modułu mikroprocesora i modułu czujnika elektrostatycznego

      Wyniki badań przedstawiono w 2 referatach na dwóch sympozjach naukowo-technicznych Polskiego Towarzystwa Zastosowań Elektromagnetyzmu, w 5 publikacjach, na 2 szkoleniach z zakresu zasad i metod oceny ekspozycji pracowników na pole elektrostatyczne. Łącznie przeszkolono 121 osób, w tym 47 osób z akredytowanych laboratoriów badawczych i 20 osób z Wojewódzkich Stacji Sanitarno – Epidemiologicznych.