И шапочка из фольги…
Чем электромобили вредят здоровью и жизни их пассажиров
В Сети ходит немало постов и статей на тему вреда и даже опасности электромобилей нашему здоровью. Большинство написано в стиле «мы все умрем», другие — ровно в противоположном ключе. Пора обратиться к науке, к исследованиям и посмотреть на факты и цифры.
Разговоры о том, что электромобили могут представлять большую угрозу для здоровья людей — в том числе и для тех, кто ими не пользуется — ведутся уже лет двадцать и до сих пор продолжают вызывать жаркие споры. Нам эта тема тоже далеко не безразлична, поэтому мы, не становясь на чью-либо сторону, попробуем опираться только на физику, здравый смысл, принятые нормы и объективные данные.
О чем речь?
Любой электроприбор — и электротранспорт в том числе — имеет в себе элементы, которые хранят или передают электрические заряды. А они, как нас учили в школе, создают вокруг себя поля — электрическое и магнитное. Напряженность (Е) первого исчисляется в В/м и означает перепад потенциала зарядов, выраженного в вольтах, в точках, разнесенных на метр. Индукцию (B) второго выражает специальная единица «тесла» (международное обозначение T, а по-нашему Тл) — она показывает плотность магнитного потока, проходящего через единицу площади.
Электромагнитное (ЭМ) воздействие полей довольно точно измеряется спецприборами. А величину магнитной индукции может показать даже обычный смартфон через приложение, которое детектируют сигналы с датчиков девайса.
Еще немного базы. Поля могут быть постоянными и переменными. В сети электропитания ток меняется с частотой 50 раз в секунду (50 Гц). Поля в работающих электромоторах могут достигать частот в несколько сотен герц, в блоках управления и преобразователях напряжения (инверторах) нескольких десятков килогерц, в зарядных устройствах и БП — сотен килогерц. Радиопередающие устройства транслируют сигналы с помощью электромагнитных волн частотой от сотен килогерц до сотен мегагерц, а сети Wi-Fi и Bluetooth — в несколько гигагерц.
Частота влияет на то, как воздействует электромагнитная волна. Потенциально более опасны высокие частоты, но всегда надо принимать в расчет мощность. Так, обычная СВЧ-печь греет вам пищу за счет индукции тока при помощи электромагнитных волн той же частоты, на которой работает и ваш домашний роутер. Но СВЧ концентрирует всю мощность в 500-1000 Вт внутрь экранированной камеры, а роутер излучает всего 0,1 ватт, которая рассеивается в окружающем пространстве, и поэтому он считается безопасным.
ЭМ-волны частотой от 300 ГГц до 400 ТГц уже способны передавать в себе и тепловую энергию — это и есть то самое инфракрасное излучение, которое исходит от нагревательных приборов. ЭМ в диапазоне 400-790 ТГц человек вообще воспринимает глазами как видимый спектр. Ну, а как воздействует еще более высокий по частоте ультрафиолет — знает каждый любитель солярия и пляжного загара.
Самое жесткое — гамма-излучение, несущее в себе столько энергии, что оно способно вызывать ионизацию и разрушать атомы. В силу чего гамма-излучение обособлено во всех регламентах: на него распространяются нормы не по обычной ЭМ-безопасности, а специальные, по радиоактивной.
Про них мы вспомним, когда на электромобилях появятся ядерные реакторы, а пока вернемся в мир привычного.
Среда обитания
Самый животрепещущий вопрос: электромагнитные поля какого характера и интенсивности комфортны для человека, а какие — смертельно опасны?
Ответить на первую часть вопроса довольно просто. На каждый квадратный метр поверхности Земли падает примерно киловатт мощности солнечной энергии, пришедшей в виде радиочастотного, инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения. Самое опасное гамма-излучение поглощается атмосферой, но в остальном потоке энергии мы буквально все и живем, причем при дефиците этой энергии погружаемся во мрак и холод.
А вот на вторую часть вопроса точного ответа не дает даже наука. Но можно предположить, что речь может идти о крайне высоких величинах, так как на нашей планете есть источники ЭМ-воздействия огромной силы.
Например, между поверхностью Земли и грозовым облаком перед разрядом образуется электрическая напряженность в миллионы вольт на метр. Но чувствуете ли вы эту чудовищную наэлектризованность до того, пока не сверкнет первая молния?
Естественное магнитное поле Земли создает индукцию величиной в 25-60 мкТл. Но некоторые виды магнитных руд под ногами могут формировать поля-аномалии плотностью в сотни раз больше земного. А крошечные неодимовые магнитики в слуховых аппаратах и наушниках-«затычках» локально формируют поля в сотни раз сильнее магнитных железняков.
Теперь ответьте — ощущали ли вы это воздействие хотя бы каким-то образом? Если хотите почувствовать его, то отправляйтесь на томографию, где вас просканируют в магнитном поле силой чуть ли не в одну теслу, да еще в придачу с небольшой дозой гамма-облучения.
Короче, сама природа позаботилась о том, чтобы люди могли легко переносить гигантские электромагнитные экспозиции. Помните, как долго муссировалась тема о потенциальном вреде излучения мобильных телефонов? Медики выражали озабоченность тем, что сигнал от антенн может вызывать микротоки, локальный нагрев тканей и все прочее — головные боли, звон в ушах, потерю аппетита... Но все попытки зафиксировать хотя бы какой-то фактический вред именно от излучения так и закончились провалом. Смартфоны слишком маломощны и низкочастотны по сравнению с теми ЭМ-воздействиями, которые предлагает наша естественная среда обитания.
Безопасно — это сколько?
Обратимся к действующим ограничениям — к СанПин 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях». Цифр и формул в документе много, поэтому возьмем лишь некоторые.
Вот что говорится о предельно допустимых уровнях напряженности электрического поля (Е):
- для электростатики на поверхности полимерных материалов в жилых и общественных зданиях — не более 15 кВ/м;
- для переменного электрического поля частотой 50 Гц — не более 5 кВ/м, частотой 10-30 кГц — не более 500 В/м, частотой 0,03-300 МГц — не более 80 В/м.
- Аналогичные ПДУ, но уже для магнитной индукции (B):
- постоянное магнитное поле — до 10 мТл при общем воздействии (все тело) и не более 15 мТл при локальном (конечности);
- для переменного магнитного поля частотой 50 Гц — не более 100/1000 мкТл, частотой 10-30 кГц — не более 65 мкТл.
Для примеров мы взяли самые строгие лимиты постоянного ЭМ-воздействия в течение всего рабочего дня. Кратковременные «дозы» в том же документе порой на порядок-два выше.
Нормы Международной комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) практически такие же. Например, ЭМ-поля частотой 50 Гц, воздействующие на население, не должны иметь напряженность выше 5 кВ/м, а магнитная составляющая не должна быть выше 200 мкТл.
А теперь для понимания насколько это много (или мало) приведем типовые величины ЭМ-полей вокруг различных работающих бытовых приборов (замерено на расстоянии 30 см):
- электрический утюг — 120 В/м (поле Е), 0,12-0,3 мкТл (поле B);
- фен для сушки волос — 70 В/м и 0,01-7 мкТл;
- пылесос — 8 В/м и 20 мкТл;
- микроволновая печь — до 1,5 В/м и 4-8 мкТл.
Внутри электромобиля
Одно из самых глубоких и детальных исследований распределения ЭМ-полей в электромобиле было проведено пару лет назад в китайском университете Ланьчжоу Цзяотун в лаборатории оптоэлектронных технологий и интеллектуального управления.
Самый мощный источник ЭМ-излучения на борту любого электромобиля — инвертор, который трансформирует и регулирует электроэнергию от батареи к моторам. Ученые взяли за образец для исследований характеристики немецкого инвертора Semikron, который представляет из себя закрытый блок размером 320249234 мм, работающий на частоте 5400 Гц с максимальным входным напряжением по постоянному току 650 В и максимальным выходным переменным током силой 60 А.
Параллельно ученые создали виртуального «водителя», наделив его всеми причитающимися «органами» с характеристиками проводимости и магнитной проницаемости как у настоящих. А затем поместили его в цифровую модель электромобиля с указанным инвертором и численными методами смоделировали ЭМ-воздействие от него на 440 000 точек кузова и 180 000 элементов манекена.
За базовый режим китайские ученые взяли движение с постоянной скоростью, при котором на электромоторы подавалась мощность 15 кВт. Моделирование показало максимальную напряженность электрического поля в туловище водителя на уровне 1,04 мВ/м, а в его ЦНС — на уровне 0,06 мВ/м, что в тысячи раз ниже допустимых 83 В/м по нормам ICNIRP для полосы частот от 3 кГц до 10 МГц и в миллионы раз слабее ПДУ для частот до 50 Гц. А максимальная индукция магнитного поля внутри электромобиля составила всего 0,03 мкТл, что вообще ничто даже по сравнению с полем Земли.
Конечно, во время разгона на максимальной мощности или при рекуперативном торможении ЭМ-излучение внутри электромобиля может кратковременно увеличиться в десятки или даже в сотни раз. Но даже при таком допущении оно окажется не сильнее того, что исходит от домашнего утюга или микроволновки.
Однако выводы китайских ученых не означают, что весь электротранспорт идеален. Четыре года назад в России было проведено экспериментальное исследование ЭМП в ряде новых электровозов (2ЭС-5, 2ЭС4К, ЭД4М). И выяснилось, что в некоторых переходных режимах в кабине машиниста наблюдались всплески напряженности и магнитной индукции до значений в 8,5 кВ/м и 400 мкТл.
Интересно, какой же силы поля создавали в движении троллейбусы и трамваи, электрички и тяговые вагоны метро прежних поколений? Заодно появляются вопросы и ко всем бензиновым автомобилям, у которых на борту есть мощный источник импульсных электромагнитных помех — высоковольтная (напряжением в 20-30 кВ) система искрообразования.
И все-таки в шапочке?
Как видите, однозначных выводов сделать невозможно. Потенциальную ЭМ-опасность электротранспорта отрицать нельзя — особенно высокомощного. И следуя этой логике пилоты гибридной Формулы 1 и электрической Формулы Е вообще должны облачаться в некие свинцовые комбинезоны.
С другой стороны, все электрооборудование проектируется под соответствие нормам на допустимое электромагнитное воздействие, а значит — не может серьёзно навредить человеку.
Наверное, нужна просто новая единая методика замеров ЭМ-полей, которая будет фиксировать средние значения и максимумы в разных режимах работы, в разных точках (в том числе и снаружи) и на разных частотах. И применять её не только для чистых электромобилей, но и для гибридов, электробусов, зарядных станций постоянного тока с инверторами большой мощности и т.д. Фактические цифры, отраженные в сертификатах ЭМ-безопасности, могли бы снять все вопросы на эту тему.