EMF-Expositionsbewertung gemäß DGUV Vorschrift 15 und der EMFV

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Oskar Kästner
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1 EMF-Expositionsbewertung gemäß DGUV Vorschrift 15 und der EMFV Messen, Simulieren und Bewerten des magnetischen Feldes an einer Induktionserwärmungsanlage Dr. Carsten Alteköster M.Sc. Claudine Neumann BAuA - Infoveranstaltung EMF an Arbeitsplätzen

2 Messaufgabe: Expositionsbewertung Betriebsparameter Induktionserwärmungsanlage Nennleistung Betriebsspannung Arbeitsfrequenz 360 kw 525 V 3,1 khz 2

3 Ermittlung der Exposition 3

4 Ermittlung der magnetischen Felder Vergleichen Berechnen Messen Quelle: IFA intern Quelle: EMF-Portal Quelle: DGUV 4

5 Messprinzip Niederfrequentes Magnetfeld: Induktionsspule Quelle: ~ Quelle: IFA intern Quelle: IFA intern 5

6 Ermittlung der magnetischen Felder Vergleichen Berechnen Messen Quelle: IFA intern Quelle: EMF-Portal Quelle: DGUV 6

7 Sim4Life (ZMT Zürich MedTech AG) Multiphysics-Simulationssoftware für Medizin und Life Science Evaluierung von elektromagnetischen Feldern in komplexen Umgebungen Einbinden detaillierter anatomischer Modelle des menschlichen Körpers (Phantoms) Virtual Population Berechnungen der körperinternen physikalischen Größen im Zusammenhang mit Betriebsmessungen Sicherheit von medizinischen Implantaten in elektromagnetischen Feldern Quelle: und 7

8 Anatomische Menschmodelle (Phantoms) (IT'IS - The Foundation for Research on Information Technologies in Society) Quelle: CAD Format erlaubt prinzipiell beliebige Auflösungen ohne Detailverlust umfangreiche Datenbank mit Gewebeeigenschaften Anzahl der Gewebearten: (ViP Version 3) Poser -Funktionalität 8

9 Bewertungsgrundlagen 9

10 DGUV Vorschrift 15 Unfallverhütungsvorschrift Elektromagnetische Felder 10

11 Zulässige Werte (DGUV Vorschrift 15) Basiswerte Effektivwert der elektrischen Stromdichte J eff [A/m 2 ] körperinterne physikalische Größe Berechnung, Sicherheitsfaktoren zulässige abgeleitete Werte Effektivwert der magnetischen Flussdichte B [T] bzw. magnetischen Feldstärke H [A/m] externe physikalische Größe direkt messbar Quelle: DGUV Vorschrift 15 11

12 Expositionsbereiche (DGUV Vorschrift 15) Zutritt untersagt kurzzeitige Überschreitung der zulässigen Werte des Expo 1 Zeitbegrenzung < 2h/Tag kontrollierte Bereiche nur vorübergehende Exposition < 8h/Tag Allgemein zugängliche Bereiche Büro- und Sozialräume KEINE Maßnahmen erforderlich (Ausnahme: Implantate) 12

13 Grenzwertkonzept EMF Verordnung 2016 Frequenzbereich bis 400 Hz Expositionsgrenzwert für gesundheitliche Wirkungen (E peak [V/m]; körperintern) obere Auslöseschwelle (B peak [T]; körperextern) keine Maßnahmen erforderlich Ausnahme: Implantate Expositionsgrenzwert für sensorische Wirkungen (E peak [V/m]; körperintern) untere Auslöseschwelle (B peak [T]; körperextern) 13

14 Grenzwertkonzept EMF Verordnung 2016 Frequenzbereich bis 10 MHz Expositionsgrenzwert für gesundheitliche Wirkungen (E peak [V/m]; körperintern) untere / obere Auslöseschwelle (B peak [T]; körperextern) keine Maßnahmen erforderlich Ausnahme: Implantate 14

15 Expositionsbewertung an einer Induktionserwärmungsanlage 15

16 Durchführung der Messung Arbeitsbereich 16

17 Durchführung der Messung Bedienpult 100 cm 50 cm 20 cm BAuA - Infoveranstaltung EMF an Arbeitsplätzen C.Alteköster, C.Neumann 17

18 Wahl der Messpunkte Induktionsspulen zur Presse Materialzulauf Spule #1 Spule #2 Spule #3 Spule #4 Spule #5 Spule #6 30 cm Horizontaler Messabstand zur Umhausung 100 cm 50 cm 20 cm Arbeitsbereich Bedienpult Metallgitter 18

19 Messergebnisse Materialzulauf Materialzulauf Materialzulauf Materialzulauf 19

20 Bewertung nach DGUV Vorschrift ,3 µt Gefahrbereich Materialzulauf Materialzulauf Bereich erhöhter Exposition 67,9 µt 21,2 µt Expositionsbereich 1 Materialzulauf Materialzulauf 20

21 Bewertung nach EMF-Verordnung Materialzulauf Materialzulauf 100 µt untere/obere Auslöseschwelle 21,2 µt Expositionsbereich 1 Materialzulauf Materialzulauf 21

22 Berechnungen zur Ermittlung der internen physikalischen Größen 22

23 Ablauf einer Simulationsrechnung 1. Erstellen der Modellgeometrie 2. Zuweisung von Materialeigenschaften 3. Randbedingungen definieren 4. Quellen und Anregungen 5. Frequenzbereich der Erregergröße 6. Zeitlicher Verlauf der Erregergröße 7. Diskretisierung (Meshing)/Voxelerstellung 8. Berechnungsmethode / Lösungsverfahren 9. Postprocessing, Visualisierung, Analyse 23

24 Modell der Induktionsspulen 344 mm 70 mm Anzahl der Windungen: 25 Spule 10 Spule 1 Anzahl Induktionsspulen: 10 Abstand Induktionsspulen: 100 mm Gesamtlänge: 4340 mm 24

25 Positionierung des Körpermodells Duke Spule 10 Abstände y-richtung Übergang Spule 4 zu Spule 5 z-richtung Spulenmittelpunkt Boden: z = 1,15m 1,15 m Spule 1 x-richtung Spulenmittelpunkt Duke 3 Abstände: x = 50 cm x = 80 cm x = 130 cm Hinweis: Abstand Metallgitter-Spulen =30 cm 25

26 Diskretisierung / Voxelling 64,412 mm 60,236 mm Größe des Gitters: 217 x 314 x 791 Zellen = 53,897 Mcells Min. Kantenlänge einer Gittterzelle : 0,3 mm Max. Kantenlänge einer Gitterzelle : 18 mm 118,081 mm 26

27 Diskretisierung / Voxelling 64,412 mm 60,236 mm Größe des Gitters: 217 x 314 x 791 Zellen = 53,897 Mcells Min. Kantenlänge einer Gittterzelle : 0,3 mm Max. Kantenlänge einer Gitterzelle : 18 mm 118,081 mm 26

28 Diskretisierung / Voxelling 64,412 mm 60,236 mm Größe des Gitters: 217 x 314 x 791 Zellen = 53,897 Mcells Min. Kantenlänge einer Gittterzelle : 0,3 mm Max. Kantenlänge einer Gitterzelle : 18 mm 118,081 mm 26

29 Simulation des magnetischen Feldes Umkehrung der Stromrichtung zwischen Spule 4 und Spule 5 Real (B) db-skala (0,412 T) 1-70 Angaben zur exakten Stromstärke waren nicht verfügbar Stromstärke pro Spule wurde auf 3 ka festgelegt 27

30 Auswertung nach DGUV Vorschrift 15 B [T] 0,01 j [A/m 2 ] 0,564 j eff [A/m 2 ] 0, magnetische Flussdichte Stromdichte effektive Stromdichte (Mittelung über 1cm 2 ) 28

31 Auswertung nach DGUV Vorschrift 15 j eff [A/m 2 ] 0,11 0 Basiswert für unmittelbare Wirkungen f = 3,1 khz j eff = 0,031 A/m 2 (Mittelung über 1cm 2 ) effektive Stromdichte 29

32 Auswertung nach EMF Verordnung E peak [V/m] 3 0 Expositionsgrenzwert für gesundheitliche Wirkungen f = 3,1 khz E peak = 1,178 V/m (Mittelung über 2 x 2 x 2 mm 3 ) elektrische Feldstärke 30

33 Ergebnis Simulationsberechnungen Abstand zum Schutzgitter Expositionsgrenzwert gesundheitliche Wirkung (EMFV) Basiswert (DGUV Vorschrift 15) 20 cm 50 cm 100 cm ZNS-Gewebe Kopf & Rückenmark ganzer Körper (ZNS/PNS) ZNS-Gewebe Kopf & Rückenmark ganzer Körper (ZNS/PNS) ZNS-Gewebe Kopf & Rückenmark ganzer Körper (ZNS/PNS) 31

34 Zusammenfassung / Maßnahmen 32

35 Zusammenfassung DGUV Vorschrift 15 EMF Verordnung 2016 Körperexterne Werte Körperinterne Werte Maßnahmen ab 100 cm Abstand min. Abstand 50 cm min. Abstand 50 cm Maßnahmen ab 60 cm Abstand min. Abstand 50 cm Die Anlage muss nicht neu bewertet werden! 33

36 34

37 Kontakt Tel.: Tel.: Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) Alte Heerstraße Sankt Augustin 35

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