Жилые мкщвшя, здания

Н, А/и

-¹

Рис. 7.1. Характерные напряженности электрических и магнитных полей

промышленной частоты

Здания экранируют постоянное электрическое поле Земли и электрическое поле промышленной частоты, созданное линиями электропередачи высокого напряжения и иными объектами. Внутри зданий постоянное электрическое поле как естественного, так и искусственного происхождения определяется, в основном, наличием электризующихся природных и синтетических материалов, являющихся основой для покрытий полов, мебели, одежды, обуви и т.д. Напряженность электростатического поля в помещении может достигать десятков и сотен кВ/м. При разрядах статического электричества наблюдаются электромагнитные импульсы с очень высокой крутизной. Возникают сильные электрические поля вблизи некоторых приборов, не имеющих специальной защиты и использующих высокое постоянное напряжение (телевизоры, мониторы, осциллографы и т.д.).

Постоянное магнитное поле Земли создается токами внутри нее. Оно ориентировано относительно магнитных полюсов. Напряженность магнитного поля зависит от географических координат и составляет 55,7 А/м у магнитных полюсов и 33,4 А/м у магнитного экватора, где вектор напряженности параллелен поверхности Земли. В средних широтах напряженность составляет примерно 40 А/м. Значения напряженности постоянного магнитного поля Земли лежат в пределах заштрихованной зоны в правой части рис. 7.1. На постоянное поле накладывается медленно из­меняющееся геомагнитное поле, порожденное токами в магнитосфере и ионосфере, содержащее широкий спектр частот, в том числе и низкочастотную (до 100 Гц) составляющую напряженности до 0,1 А/м. Во время магнитных бурь, причиной которых являются процессы усиления солнечной активности, амплитуда низкочастотной составляющей многократно возрастает.

Геомагнитные постоянные и низкочастотные поля, в отличие от электрических, не экранируются стенами зданий и другими объектами, за

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ

исключением изготовленных из ферромагнитных материалов. Внутри зданий, имеющих стальной каркас, напряженность геомагнитного поля снижается в несколько раз.

Представление о типичных напряженностях электрического и магнитного полей на объектах электроэнергетики дают рис. 7.1. и табл. 7.2. В таблице приведены граничные значения напряженностей, воспринимаемых человеком, вызывающих нарушение ритма сокращений сердечной мышцы; напряженность электрического поля, приводящая к пробою воздушных промежутков, а также некоторые нормированные напряженности по данным ВОЗ, IRPA и DIN VDE (немецкие индустриальные нормы Союза немецких электротехников).

Таблица 7.2. Электромагнитная обстановка на объектах электроэнергетики

Как видно из рис. 7.1 и табл. 7.2, сильные электрические поля промышленной частоты в основном создаются объектами электроэнергетики (линии электропередачи высокого напряжения, сборные шины подстанций, трансформаторы и аппараты высокого напряжения). В остальных случаях электрические поля имеют относительно невысокие напряженности. Некоторое представление о напряженности таких полей дает рис. 7.1, где приведены усредненные данные, полученные в результате анализа мно­гочисленных отечественных и зарубежных публикаций, а также непосредственных измерений под воздушными линиями электропередачи (ВЛ) и на открытых распределительных устройствах (ОРУ) 500 и 750 кВ.

Напряженность вблизи ВЛ 220 кВ и выше может достигать границы индивидуальной восприимчивости поля, когда человек по косвенным признакам (шевеление волос, ощущение покалывания при микроразрядах между телом и одеждой и т.д.) может установить наличие поля. Напряженность электрических полей, создаваемых бытовыми электроприборами, проводами систем электропитания, по амплитуде меньше, чем естественная напряженность постоянного поля Земли на открытой местности.

Таким образом, магнитная обстановка внутри помещений в основном определяется постоянным полем Земли, на которое накладываются переменные поля. Амплитуда этих полей может иметь такой же порядок

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 139

величин, что и переменная составляющая естественного магнитного поля Земли.

Напряженность магнитного поля промышленной частоты внутри помещений может быть достаточно высокой, если вблизи проходит ВЛ электропередачи, проложены сильноточные кабели или расположены мощные электротехнические устройства.

Напряженность поля, созданного ВЛ электропередачи, даже при расстоянии нескольких сотен метров от линии может составлять десятые доли А/м. Кабельные линии создают несколько большие напряженности вблизи них, чем воздушные, однако напряженность уменьшается сильнее при удалении от кабеля, и зона заметного поля (напряженность порядка десятых долей А/м) обычно не превышает нескольких десятков метров. Кабели и ВЛ среднего напряжения (6-10 кВ) из-за малого расстояния между фазами создают невысокие напряженности поля, и с их влиянием внутри помещений можно не считаться.

Поле трансформаторов системы электроснабжения изменяется обратно пропорционально расстоянию, и оно может быть заметным на расстоянии менее 10 м. Сети электроснабжения низкого напряжения создают поле, зависящее от несимметрии нагрузки фаз. Его напряженность обратно пропорциональна расстоянию и может быть заметной на расстоянии до 20 м.

В производственных условиях на рабочих местах напряженность магнитного поля промышленной частоты может быть гораздо большей, чем в жилых помещениях. В экстремальных случаях, например вблизи сварочного аппарата, электродуговой печи или непосредственно у проводов мощных ВЛ при выполнении работ под напряжением, персонал может подвергаться воздействию поля напряженностью 1-10 кА/м, что на два порядка и более превышает напряженность поля Земли.

Ориентировочные значения напряженности магнитных полей промышленной частоты, создаваемых различными устройствами, показаны в правой части рис. 7.1. Из этого рисунка видно, что напряженность полей, как правило, лежит много ниже порога восприимчивости (например, ощущение магнитного поля по появлению магнитосфенов в форме мерцаний на периферийных участках поля зрения).

Новым фактором, не свойственным естественной обстановке, является появление высокочастотных электромагнитных полей, создаваемых устройствами связи, телекоммуникаций, радиолокационной техники, микроволновыми аппаратами и т.д. Эти поля частично или полностью экранируются проводящими стенами. Обычно напряженности этих полей, воздействующих на человека, малы по сравнению с рассмотренными. Однако, несмотря на это, влияние высокочастотных полей на человека, создаваемых, например, устройствами радиотелефонной связи, в настоящее время является предметом исследований и дискуссий.

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 140

В жилых помещениях в зависимости от числа, мощности включенных приборов, схемы и исполнения электропроводки напряженность поля может меняться в широких пределах. При современном исполнении сети электропитания, отсутствии токовых петель, связанных с заземленными системами водопровода, отопления и т.д., она обычно не превышает десятых долей А/м.

Электромагнитная обстановка в жилых помещениях в основном определяется естественным магнитным полем. Напряженность магнитного поля промышленной частоты при включении электроприборов, как правило, не превышает одного процента от напряженности постоянного поля Земли. Напряженность магнитного поля промышленной частоты имеет тот же порядок, что и переменная составляющая естественного магнитного поля Земли. Исключение составляет лишь использование сравнительно мощных электроприборов, находящихся в непосредственной близости от организма (электроодеяло, утюг, фен, электроинструмент и т. д.).

Сказанное означает, что организм человека практически не испытывает неестественного воздействия, и типичное искажение электромагнитной обстановки в быту не может рассматриваться как электросмог.

Однако на рабочих местах и на объектах электроэнергетики на­пряженности электрического и магнитного полей могут достигать и даже в десятки раз превышать напряженности полей естественного происхождения. Поэтому рассмотрим возможное влияние таких полей на человека.

7.1.3. Механизмы воздействия электрических и магнитных полей на живые организмы

В настоящее время научно установлены два механизма влияния электрических, магнитных и электромагнитных полей на человека за счет индуктированных в теле токов:

- изменение разности потенциалов между наружными и внутренними
поверхностями мембран клеток (возникновение так называемого потенциала
действия);

- нагрев тканей.

Проявления этих механизмов при воздействии магнитного поля в зависимости от частоты показаны на рис. 7.2. Обстоятельства, связанные с проявлением первого механизма, рассмотрены в разделе 7.1.1. Кроме отмеченных там эффектов существуют более слабые эффекты воздействия электрических и магнитных полей на организм, обусловленные изменением потенциала действия, которые имеют место при меньших, чем указанные в разделе 7.1.1 (на несколько порядков), напряженностях полей. Одним из таких эффектов является восприимчивость поля человеком не только по косвенным признакам (шевелению волос или ощущениям покалывания при частичных разрядах между кожей и одеждой), но и по подсознательному ощущению наличия поля, а также появлению магнито- или электрофосфенов

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 141

(ощущению мерцаний на периферийных участках поля зрения) при наличии магнитного или электрического поля определенной напряженности. Воспри­имчивость полей исключительно индивидуальна. Примерно 5% людей чувствуют наличие электрического поля промышленной частоты, начиная с напряженности 7 кВ/м, а 60% не ощущают поле напряженностью до 20 кВ/м. Усредненные границы восприимчивости электрических и магнитных полей промышленной частоты приведены на рис. 7.1, а граница ощущения наличия магнитного поля в зависимости от частоты дана на рис. 7.2 (кривая 2). Объективно регистрируемые нарушения зрения, недомогание, головные боли наблюдаются при напряженностях около 10⁵ А/м (рис. 7.2, кривая 3). У некоторых людей магнитофосфены появляются при напряженностях, соответствующих кривой 1.

Как видно из рис. 7.2, кривые 1 и 2 имеют минимум в области промышленных частот. Возрастание кривых с увеличением частоты объясняется инерционностью системы открытия каналов в стенках клеточных мембран, а с уменьшением частоты - снижением индуктированных токов.

Значения напряженности магнитного и электрического полей, воспринимаемых человеком, лежат, как правило, выше встречающихся в быту и на производстве (рис. 7.1). Если напряженность электрического поля частотой 50 Гц, воспринимаемая человеком, может встречаться на практике, например, под проводами линий электропередачи или на территории ОРУ сверхвысокого напряжения, то соответствующая напряженность магнитного поля может быть получена только в специальных условиях.

Вторым, научно установленным механизмом воздействия полей на организм человека, является нагрев тканей при протекании в них емкостных или индуктированных токов. Считается безопасным для организма нагрев тканей на 1°С, чему соответствует удельная мощность 4 Вт, приходящаяся на 1 кг массы тела. При этой мощности система терморегулирования организма способна обеспечить отвод тепла в окружающее пространство без опасного повышения температуры внутренних органов человека. При частоте 50 Гц напряженность внешнего электрического поля, способная обеспечить тепловую удельную мощность 4 Вт/кг, составляет около 4 МВ/м, т. е. превышает электрическую прочность воздуха. Напряженность магнитного поля, необходимая для выделения указанного тепла в организме, равна ~50 МА/м. Таким образом, напряженности электрического или магнитного полей промышленной частоты, способные повысить температуру на безопасное значение, равное примерно 1°С, на много порядков превышают пороговые значения восприимчивости полей человеком и встречающиеся на практике. Ситуация меняется при высоких частотах, так как индуктированные токи с увеличением частоты возрастают. Количественные данные о зависимости напряженности магнитного поля от частоты, при которой удельная мощность

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 142

тепла, выделенного внутри организма человека, составляет 4 Вт/кг, приве­дены на рис. 7.2 (кривая б).

Рис. 7.2. Эффекты воздействия магнитного поля разной частоты на человека:

1- появление мерцания на
периферийных участках поля зрения;
2 - ощущение наличия поля; 3 -
объективно регистрируемые

нарушения зрения, недомогание, головные боли; 4 - нарушение работы сердца; 5 - нарушения работы нервной системы; 6 - джоулев нагрев тканей при мощности 4 Вт/кг

7.2. Нормирование безопасных для человека напряженностей электрических

и магнитных полей

14.2.1. Нормативная база за рубежом и в РФ

Во многих странах, включая Россию, идет процесс совершенствования нормирования безопасных для здоровья людей напряженностей электрического и магнитного полей, а также потока мощности высокочастотных полей.

Обоснование норм в последние годы становится все более актуальным. При этом все отчетливее проявляются две тенденции: стремление установить более жесткие нормы, закладывая в них большие коэффициенты запаса и возможности проявления пока научно не установленных механизмов влияния на здоровье, например слабых, но длительно действующих полей промышленной частоты, и стремление оценить реальную опасность полей для здоровья человека и на этой базе пересмотреть существующие и обосновать новые нормы по допустимым напряженностям полей и ограничениям пребывания человека в них.

Проявление этих тенденций тесно связано с экономическими аспектами, так как соблюдение санитарных и строительных норм по допустимым напряженностям полей, обеспечение нормированных зон отчуждения для линий электропередачи высокого напряжения и т.д. сопряжено с большими затратами или экономическими потерями.

Следует заметить, что процесс пересмотра норм по воздействию электрических, магнитных и электромагнитных полей на человека в настоящее время является чрезвычайно динамичным. Нормативные документы за рубежом часто пересматриваются и изменяются, становится иным их правовой статус.

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 143

В настоящее время в основу нормирования допустимых напряженностей магнитных и электрических полей положены научно установленные механизмы влияния на организм человека: изменение разности потенциалов на мембранах клеток при частотах ниже 10 кГц и нагрев тканей при более высоких частотах. Соответственно базовыми величинами являются безопасные плотность тока в тканях организма в диапазоне частот 4 - 1000 Гц 10 мА/м², а при частотах выше 10 кГц -удельная энергия 4 Вт/кг. При частоте 50 Гц указанной плотности тока соответствуют напряженности внешних полей 20 кВ/м и 4 кА/м.

При нормировании допустимой напряженности полей и времени их воздействия на рабочих местах и для населения в настоящее время вводят коэффициенты запаса. Так, при тепловом воздействии высокочастотных полей нормы устанавливаются по удельной энергии, в 10 раз меньшей безопасной, т. е. по энергии 0,4 Вт/кг. При низких частотах также устанавливаются коэффициенты запаса от 2,5 до 10 и выше. В нашей стране гигиенические нормы внутри зданий составляют 0,5 кВ/м, напряженность электрического поля на границе отчуждения линий электропередачи не должна превышать 1 кВ/м. Близки к этим значениям и нормы других стран. В США, например, нормированы напряженности электрического поля на границе зоны отчуждения в пределах от 1 кВ/м до 3 кВ/м для различных штатов. В некоторых странах, например в Австралии, в исключительных случаях для линии 500 кВ допускается напряженность на границе зоны отчуждения 5 кВ/м.

Аналогичная ситуация и с нормированием допустимой напряженности магнитного поля промышленной частоты на рабочих местах и для населения. Рекомендации и нормы различных международных организаций и стран, как правило, не согласованы между собой, а приводимые в них значения напряженностей могут отличаться в несколько раз. В некоторых странах, в том числе и в России, нормы для населения по допустимым напряженностям магнитного поля промышленной частоты отсутствуют.

В настоящее время наиболее обоснованными и полными пред­ставляются временные нормы ENV50166, предложенные Техническим комитетом CENELEC и действующие с 1995 г. Срок действия этих норм определен в три года, по прошествии которых они должны стать основными нормами EN-50166 или должны быть отозваны.

Остановимся кратко на содержании норм ENV50166. За базисное значение напряженности электрического поля при длительном воздействии приняты: постоянное поле — 42 кВ/м, переменное с частотой (0,1 - 4) Гц - 30 кВ/м (критерий воздействия поля на человека — ощущение поля по косвенным признакам). В диапазоне частот А—1000 Гц базисным значением считается плотность тока в 10 мА/м , которому соответствуют уже приводимые значения напряженности 20 кВ/м и 4 кА/м. С учетом специфики механизмов изменения разности потенциалов на мембранах клеток при более

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 144

низких частотах берется базовая плотность тока, обратно пропорциональная, а при более высоких — прямо пропорциональная частоте.

Базисным значением напряженности постоянного магнитного поля принято значение 1,6 МА/м. Впервые нормирован ток, протекающий через человека при контакте с объектами, находящимися в электрическом поле промышленной частоты: 3,5 мА на рабочих местах и 1,5 мА для населения.

Нормы по напряженности полей промышленной частоты на рабочих местах подразделяются на три категории. Первая категория - 6,1 кВ/м и 159 А/м - обязательна информация персонала о поле; вторая - 12,3 кВ/м, 320 А/м и выше - обязательны мероприятия по ограничению пребывания в поле; третья - 19,6 кВ/м и 480 А/м - обязательно, помимо ограничения пребывания в поле, предупреждение: «опасная работа». Для населения базисные значения берутся в 2,5 раза меньшими, чем на рабочих местах.

Следует отметить, что в области низких частот нормы ENV50166 дают более высокие напряженности полей на рабочих местах, чем прежние нормы IRPA. Вероятно, тенденция ослабления ограничений по напряженностям при нормировании может сохраниться и в дальнейшем, если будет доказано, что опасность вредного влияния полей на человека преувеличена.

Следует остановиться на последних отечественных санитарно-эпидемиологических правилах и нормативах СанПиН 2.2.4.11910S. В них установлены предельно допустимые уровни электромагнитных полей на рабочих местах.

Впервые установлены временные (сроком на 3 года) допустимые уровни ослабления геомагнитного поля в два раза в течение смены.

Предельно допустимые уровни постоянного магнитного поля составляют: при времени воздействия за рабочий день до 10 мин — 24 кА/м; при времени 11-60 мин - 16 кА/м; при времени воздействия 61- 480 мин - 8 кА/м. Уровень допустимого локально воздействующего поля повышается примерно в 1,5 раза.

Напряженность электрического поля частотой 50 Гц в течение всей смены может составлять 5 кВ/м. При сокращении времени воздействия допустимая напряженность увеличивается (до 20 кВ/м). При напряженности 20 - 25 кВ/м допустимое время пребывания человека в поле составляет 10 мин, а при напряженности выше 25 пребывание человека без применения средств защиты не допускается.

Предельно допустимые уровни напряженностей магнитного поля промышленной частоты, действующего на все тело человека, следующие: при времени пребывания до 1 часа за смену - 1600 А/м; до 2 час - 800 А/м; до 4 час - 400 А/м; до 8 час - 80 А/м.

При локальном воздействии (на конечности) предельно допустимые напряженности увеличиваются в 4-10 раз в зависимости от времени

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 145

пребывания в поле. Импульсные поля частоты 50 Гц могут иметь напряженность в зависимости от режима генерации и времени воздействия, от 6000 А/м до 1400 А/м, то есть в несколько раз большую, чем при непрерывном воздействии.

В СанПиН 2.2.4.1191-03 нормированы допустимые напряженности, потоки мощности, экспозиции высокочастотных электромагнитных полей.

7.2.2. Нормирование условий работы персонала и проживания людей в зоне влияния ПС и ВЛ СВН

Исследования показали, что для персонала подстанций и линий СВН, длительно и регулярно находящегося под воздействием электрического поля, допустимые напряженности поля и длительности их воздействия не должны превышать значений, приведенных в табл. 7.3.

При выполнении этих условий обеспечивается самовосстановление физиологического состояния организма в течение суток без остаточных реакций и функциональных или патологических изменений.

Нормативные данные табл. 7.3 действительны, если остальное время рабочего дня человек находится в местах, где напряженность электрического поля меньше 5 кВ/м и исключена возможность воздействия на него электрических разрядов. При этом напряженность определяется на уровне головы человека (1,8 м над уровнем земли).

Следует отметить, что данные табл. 7.3 получены для периодического и длительного пребывания человека в электрическом поле, когда у него через 1-2 месяца выработался динамический стереотип восприятия поля. Единовременно допускаются и большие кратковременные воздействия электрического поля.

При проектировании подстанций СВН определяются маршруты обхода, виды оперативных переключений при производстве ремонтов и других работ; на моделях или по программе на ЭВМ рассчитывается напряженность электрического поля в этих местах и возможная длительность работ, что сравнивается с данными табл. 7.3.

Таблица 7.3.

Допустимая продолжительность работы персонала в электрическом

поле промышленной частоты

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 146

При невыполнении условий табл. 7.3 применяются меры по экранированию рабочих мест, тросовые экраны над дорогами, экранирующие козырьки и навесы над шкафами управления, вертикальные экраны между фазами и др.

Для ОРУ подстанции СВН наряду с расчетами, после ее пуска в эксплуатацию проводят измерения напряженности поля в различных точках, после чего при необходимости экранная защита усиливается. При ремонтных работах применяют съемные экраны. Предъявляются определенные требования к компоновке ОРУ, например не допускается расположение ошиновки над выключателями, чтобы обеспечить возможность их безопасного ремонта и др.

Для линий СВН, вблизи которых возможно нахождение персонала посторонних организаций и местного населения, на основании специально проведенных исследований установлены следующие нормативы по допустимой напряженности под линией без определения допустимой длительности пребывания: 20 кВ/м - для труднодоступной местности (болота, горные склоны и т. п.); 15 кВ/м - для ненаселенной местности; 10 кВ/м - для пересечений с дорогами; 5 кВ/м - для населенной местности.

Кроме того, нормируется допустимая напряженность на границах жилых застроек - 0,5 кВ/м, что допускает пребывание человека в электрическом поле неограниченное время в течение всей жизни.

Если, согласно расчетам, при расстоянии проводов до земли, определяемом перенапряжениями, напряженности под линиями 330 кВ не превышают 8,5 кВ/м, а под линиями 500 кВ - 14 кВ/м и не возникают затруднения при их сооружении в ненаселенной местности, то для линий более высокого класса напряжений расстояние до земли в той же местности определяется допустимой напряженностью - 5 кВ/м.

Напряженность поля имеет наибольшее значение под линией и по мере удаления от нее быстро уменьшается. Соответственно зона наибольшего влияния поля из-за провисания проводов находится в середине пролета, а наименьшего - у опор, где высота подвеса проводов наибольшая и, кроме того, сказывается экранирующее действие самих опор. Поэтому дороги, трассы прогона скота, пешеходные дорожки, линии связи и линии более низкого напряжения рекомендуется размещать вблизи опор.

В охранной зоне линии (ее границы параллельны линии и внутри нее напряженность поля превышает 1 кВ/м, для линий 500 кВ - это 25 м, а 750 кВ - 40 м от крайних фаз) не разрешается размещение постоянных и временных жилых и производственных сооружений, регламентируется режим работы ремонтного персонала.

Если при пересечении линией дороги необходимо снизить на­пряженность, линия экранируется тросовыми экранами, выполненными из

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 147

одного или двух тросов под каждой фазой, натянутых на железобетонных стойках и заземленных по концам.

Тросовые экраны могут применяться и для снижения напряженности электрического поля на границах жилых застроек (у стен жилых зданий).

Напряженности поля под линией при принимаемых обычно расстояниях проводов до земли для всех линий СВН значительно превышают допустимое для населенной местности значение - 5 кВ/м. Ввиду того, что этот норматив распространяется только на вновь строящиеся линии, в перспективе станет затруднительным вывод таких линий от крупных ТЭС и АЭС, которые расположены в городах или поселках, так как при этом расстояния от проводов линии до земли должны быть не менее 12 м для ЛЭП 330 кВ; 16,5 м для ЛЭП 500 кВ; 22 м для ЛЭП 750 кВ. Учитывая наличие на шинах станций и выводах линий более низких напряжений, в ряде случаев может оказаться экономичным осуществление таких выводов в виде комбинированных линий, у которых под цепью более высокого напряжения расположена цепь более низкого напряжения со сдвигом систем напряжений цепей на 120° за счет изменения фазировки нижней цепи (например, 330/110, 500/220, 750/330). Возможно также использование линий с сильным сбли­жением фаз, экранировка линий и др.

В густонаселенной местности такие решения могут быть приняты и для всей линии электропередачи СВН, так как они не только снижают напряженность поля, но и повышают пропускную способность.

Вторичным фактором, оказывающим существенное влияние на условия работы в охранной зоне, является ток, стекающий с проводящего, но изолированного объекта при прикосновении к нему. Величина этого тока должна быть безопасна для местного населения, причем необходимо учитывать возможность соприкосновения с этими объектами не только мужчин, но также женщин и детей. В этих случаях используются американские данные, согласно которым безопасным для мужчин является ток 9 мА, для женщин - 6,5 мА, для детей - 4,5 мА (как уже отмечалось, ENV50166 устанавливает более жесткие нормы - 3,5 мА на рабочих местах и 1,5 мА для населения).

Стекающий ток при прикосновении человека определяется напряжением линии, емкостью объекта относительно линии, определяемой объемными параметрами объекта и активным сопротивлением человека. Этот ток эмпирически можно выразить как

Где К_ф - коэффициент формы объекта; V - объем объекта; Е -

напряженность поля на уровне 1,8 м над землей

Таким образом, стекающий ток пропорционален напряженности поля и объему объекта. Например, при напряженности поля 15 кВ/м комбайн СК-4 с

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 148

прицепом дает стекающий ток 6—6,5 мА, крупные автобусы - 5 - 6 мА и т. д., т. е. этот ток может быть опасен для женщин и детей.

Вышесказанное регламентирует условия труда и нахождения местного населения в охранной зоне линии 750 кв и выше, в частности, все сельскохозяйственные машины и механизмы должны быть оборудованы двумя заземляющими цепями с утяжеленными грузами на концах для обеспечения постоянного контакта с землей и сбрасываемыми заглубляемыми заземлителями.

Следует отметить, что эффективным средством ограничения на­пряженности поля под воздушными линиями электропередачи являются растительные массивы. Выполненные измерения показали, что в зоне сплошных растительных массивов высотой 3-4 м напряженность поля под линиями не отличается от напряженности поля земли ясного дня. В зоне фруктовых садов (яблони, вишни) с расстояниями между деревьями 6-8 м напряженность поля под ВЛ в междурядьях снижается в 2-3 раза по сравнению со случаем прохождения линии в полевых условиях. В кронах деревьев напряженность поля не отличается от напряженности поля земли ясного дня.

7.3. Экологическое влияние коронного разряда

Коронный разряд на линиях электропередачи создает помехи радио- и телевизионному приему, а также акустический шум. Основная причина радиопомех и шума - стримерная корона на проводах. Поскольку наиболее благоприятные условия для возникновения стримерной короны складываются при атмосферных осадках, когда значительно снижается начальная напряженность поля, наиболее сильные радиопомехи и акустический шум возникают при коронировании линий сверхвысокого напряжения во время дождя и снега. В хорошую погоду помехи возрастают по мере загрязнения проводов.

7.3.1. Радиопомехи

Спектр частот излучения, создающего радиопомехи, охватывает диапазон от 10 кГц до 1 ГГц. Помехи на частотах выше 30 МГц оказывают мешающее влияние на телеприем и возникают только при коронировании линий 750 кВ. Источниками помех в этом случае помимо короны на проводах служат частичные разряды в зазорах и трещинах изоляторов и корона на заостренных элементах арматуры. В хорошую погоду корона на проводах практически не создает помех телевизионному приему

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 149

Интенсивность радиопомех характеризуется вертикальной составляющей напряженности электрического поля вблизи поверхности земли (Е₂). Уровень радиопомех, дБ, определяется величиной

где Е] — базовая напряженность электрического поля, мкВ/м Обычно за базовое значение принимают Е_} = 1 мкВ/м, тогда

7 = 201gЈ

В качестве расчетной частоты по рекомендации Международного комитета по радиопомехам принимается 0,5 МГц. Уровень полезного сигнала при этой частоте составляет примерно 60 дБ. Радиоприем считается удовлетворительным, если полезный сигнал превышает помехи на 20 дБ. Поэтому допустимый уровень радиопомех в хорошую погоду составляет 40 дБ, что дает is=100 мкВ/м. Это значение напряженности электрического поля радиопомех принято в качестве допустимого на расстоянии 100 м от проекции на землю крайнего провода линии электропередачи напряжением 330 кВ и выше.

По мере удаления от линии уровень помех снижается. Между уровнями радиопомех Y_} и Y₂ на расстояниях соответственно /_х и /₂ существует зависимость

где к— коэффициент затухания, равный 1,6 в диапазоне частот 0,15-1 МГц

Зависимость между уровнем радиопомех и напряженностью электрического поля на поверхности проводов линейна и выражается эмпирической формулой

Y₂-Y_x=k_}l{E_npl-E_npX),

где Y] и Y₂ - уровни радиопомех, дБ, при напряженностях на проводах Е_пр1 и Е_пр1 кВ/см, к_х - коэффициент, равный 1,8 при напряженностях поля на

проводах 20-30 кВ/см

Увеличение радиуса проводов при неизменной напряженности поля на них приводит к росту уровня радиопомех, поскольку спад напряженности поля у провода в радиальном направлении при этом замедляется и создаются условия для развития более интенсивной стримерной короны. Связь между

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 150

уровнями радиопомех и радиусами проводов устанавливается эмпирической формулой

где г2 и Г] - радиусы проводов.

Радиопомехи практически не зависят от числа составляющих проводов расщепленной фазы, поскольку происходит взаимное электромагнитное экранирование проводов фазы.

Если известны уровень радиопомех Y] на нормированном расстоянии от линии и параметры Е_} и rj тщательно исследованной базовой линии электропередачи, то уровень радиопомех при хорошей погоде Y₂ создаваемый другой линией, например проектируемой с параметрами Е₂ и г₂, может быть определен по обобщенной формуле

7.3.2. Акустический шум

Акустический шум возникает главным образом в плохую погоду, когда усиливается интенсивность коронирования проводов. Звуковой эффект при этом имеет две составляющие: 1) шипение, соответствующее частоте 100 Гц и кратным ей частотам; 2) широкополосный шум. Первая составляющая обусловлена движением объемного заряда у проводов, что дважды за период создает волны звукового давления. Вторая генерируется стримерной короной.

Уровни громкости шумов в дБ (А) измеряются с применением корректирующих фильтров типа А, которые позволяют учесть фи­зиологические особенности органов слуха человека (псофометрическую характеристику).

Особенно интенсивный шум от короны возникает при сильном дожде, однако такой дождь сам создает шум, превышающий по громкости возможные акустические помехи от линии электропередачи. Поэтому более существенны помехи при моросящем дожде, в туман, при мокрых проводах после сильного дождя. Уровень громкости в этих случаях на 5 - 6 дБ (А) ниже, чем в сильный дождь, но значительно превышает общий звуковой фон. Оценка акустического шума делается по условиям «влажных» проводов.

Для оценки громкости при дожде может быть использована эм­пирическая формула

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 151

где А - уровень громкости, дБ (А); г - радиус провода, см; Е„ максимальная напряженность поля на поверхности проводов, кВ/см; п -число проводов в расщепленной фазе; / - расстояние от крайней фазы, м.

В соответствии с действующими в РФ нормами для чистых районов допустимые напряженности на поверхности проводов ВЛ определяются акустическими помехами при диаметре проводов d > 3,26 см. В районах с промышленным загрязнением допустимые напряженности определяются радиопомехами при d = 2,7 -^ 3,3 см и акустическим шумом при d > 3,3 см.

7.3.3. Нормативная база на радиопомехи и акустические шумы

Для решения задач электромагнитной совместимости линий электропередачи и радиоприемных устройств различного назначения (т. е. для обеспечения их функционирования без ухудшения качественных показателей) важное значение имеют реальные уровни напряженности поля помех, создаваемых ВЛ.

Помехи от ВЛ могут возникать не только от короны на проводах, но и вследствие частичных разрядов и короны на изоляторах, пробоя или перекрытия дефектных изоляторов, короны на линейной арматуре и распорках проводов расщепленной фазы, а также из-за искрения между элементами линейной арматуры, распорок проводов и между изоляторами.

Снижению радиопомех от ВЛ и улучшению электромагнитной обстановки вдоль трасс способствует нормирование уровней радиопомех от ВЛ. Принятие норм создает юридическую основу взаимоотношений между проектировщиками и владельцами радиоприемных средств и объектов. Нормирование радиопомех от ВЛ требует от проектировщиков и владельцев ВЛ принятия мер к тому, чтобы уровень радиопомех не превышал допустимых величин в течение заданного процента годового времени.

В большинстве стран установлены национальные нормы на величины напряженности поля помех, создаваемых воздушными линиями электропередач и высоковольтным оборудованием.

В таблице 7.4 приведены нормы на радиопомехи от В Л ряда стран.

Для сравнения требований национальных норм допустимые уровни радиопомех были пересчитаны на расстояние 100 метров от В Л и на частоту 0,5 МГц, рекомендованную СИСПР (Международный специальный комитет по радиопомехам) в качестве базисной при расчетах.

Таблица 7.4. Сравнение норм различных стран на радиопомехи от линий электропередачи

Из таблицы видно, что нормы Российской Федерации так же как нормы Польши, устанавливают более высокие уровни допустимых помех, чем нормы других стран.

Для оценки мешающего влияния ВЛ на радиоприем должны быть использованы не только абсолютные значения напряженности поля помех, но и значения отношения сигнал/помеха.

Понятие отношения сигнал/помеха означает отношение напряженности поля полезного сигнала и напряженности поля помех, измеренных в одном и том же месте.

Одна и та же линия электропередачи может считаться источником значительных помех для районов с низким уровнем полезного сигнала и малых помех в зонах с высоким уровнем сигнала.

Исходной величиной при разработке норм на радиопомехи является гарантированный уровень защищенного полезного сигнала. В соответствии с международной практикой за минимальную напряженность поля радиосигнала, которую необходимо защищать от помех на частоте 1 мегагерц, принят уровень 60 децибел, а на частоте 0,5 мегагерц — 66 децибел.

Взаимосвязь между отношением сигнал/помеха и качеством приема устанавливалась опытным путем.

7.4. Влияния линий электропередачи на линии связи

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 153

7.4.1. Опасные влияния

Линии электропередачи (ВЛ) оказывают на линии проводной связи влияния, которые обусловлены различными механизмами взаимодействия и при определенном взаимном расположении между линиями электропередачи и связи могут достигать значения, представляющие опасность для обслуживающего персонала и превышающие электрическую прочность кабеля связи и вводных устройств аппаратуры уплотнения.

Влияние за счет индуктивной связи обусловлено прохождением части или всего переменного тока ВЛ по цепи провод-земля. Это может иметь место, например, при несимметричной нагрузке трехфазных ВЛ, при работе ВЛ по системе два провода-земля, при однофазных или двухфазных замыканиях В Л на землю. Магнитному влиянию подвержены все линии проводной связи, как воздушные, так и кабельные.

Влияние за счет емкостной связи обусловлено наличием вокруг проводной ВЛ электрического поля. Провода линий связи (ЛС), находящиеся в зоне действия поля, оказываются под воздействием потенциала этого поля. Электрическому влиянию подвержены провода воздушных линий связи, а также кабельные линии связи, выполненные кабелем без металлических оболочек, подвешенным на опорах или стойках.

Влияние через гальваническую связь (полное сопротивление связи) обусловлено протеканием в земле силовых токов. Гальваническому влиянию подвержены заземленные металлические оболочки кабелей и цепи воздушных и кабельных ЛС, использующих землю в качестве обратного провода.

Расчет продольных ЭДС в проводах связи при аварийном режиме ВЛ с заземленной нейтралью производят для наиболее неблагоприятного случая положения точек короткого замыкания, изменяя места их расположения по длине сближения.

При расчете продольной ЭДС рассматривают короткое замыкание ВЛ из графика в самой неблагоприятной точке, т.е. случай, когда влияние будет наибольшим. Обычно это соответствует короткому замыканию в начале или конце сближения.

Экранирование. При расчетах уровней влияния ВЛ и ЛС необходимо учитывать экранирующее действие различных металлических коммуникаций, расположенных в зоне влияния и соединенных с землей. К таким коммуникациям могут быть отнесены железнодорожные рельсы, трубопроводы, оболочки силовых кабелей и кабелей связи, тоннели и коллекторы, грозозащитные тросы ВЛ и т.д.

Экранирующее действие зависит от собственного сопротивления экрана, расположения его относительно ВЛ и ЛС, условий заземления, удельного сопротивления земли, а для экранов с магнитными материалами -также от продольной ЭДС, наводимой в экране влияющим током.

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 154

Мероприятия по защите от опасного влияния. Если по техническим и экономическим или эксплуатационным соображениям оказывается невозможным или нецелесообразным выбрать трассу проектируемой ВЛ или ЛС таким образом, чтобы индуктируемые в проводах ЛС напряжения не превышали допустимых значений, применяют специальные меры защиты.

К мерам защиты на В Л относятся:

- применение хорошо проводящих заземленных грозозащитных тросов,
а также специальных проводников, проложенных в земле;

- частичное разземление нейтралей трансформаторов высоковольтной
сети, обеспечивающее снижение токов короткого замыкания ВЛ;

- применение на ВЛ с изолированной нейтралью аппаратуры для
контроля состояния изоляции фазовых проводов по отношению к земле или
перекоса фазных напряжений, обеспечивающей скорейшее обнаружение и
устранение электрического влияния В Л на ЛС;

- частичное или полное каблирование ВЛ на городских участках;

использование быстродействующей защиты, ускоряющей от­ключение поврежденной В Л с заземленной нейтралью. К специальным мерам защиты на Л С относятся:

- включение специальных разрядников между каждым проводом и
землей. Для воздушных ЛС, как правило, общее количество разрядников на
100 км Л С не должно превышать дли уплотненной цепи 15 шт., для
неуплотненной цепи - 25 шт. Допустимое количество разрядников
ограничивается эксплуатационными соображениями и поэтому по
соглашению между заинтересованными сторонами допускается в
исключительных случаях установка большего количества разрядников.
Защита разрядниками цепей полуавтоматической блокировки и цепей
фидерных линий проводного вещания не допускается;

- включение разделительных трансформаторов в телефонные цепи без
дистанционного питания и разделительных трансформаторов с защитными
контурами при наличии дистанционного питания;

- включение дренажных катушек или дросселей с заземленной средней
точкой в телефонные цепи без дистанционного питания и дренажных
катушек с резонансными заземляющими контурами в телефонные цепи с
дистанционным питанием;

- частичное или полное каблирование ЛС;

- замена железобетонных или металлических опор ЛС на деревянные (в
том числе с железобетонными приставками) в пределах усилительного
участка ЛС, на котором имеются опасные сближения с ВЛ;

- по соглашению заинтересованных сторон введение высоковольтного
режима обслуживания ЛС;

- включение редукционных трансформаторов;

- замена кабеля связи на кабель с повышенным защитным действием и
др.

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 155

Защита цепей ЛС с помощью редукционных трансформаторов.

Одной из мер защиты линий связи от опасного и мешающего влияния линий высокого напряжения являются применение редукционных трансформаторов (РТ).

Применение редукционных трансформаторов в ряде случаев дает значительный экономический эффект по сравнению с другими мерами защиты.

Редукционный трансформатор представляет собой два О-образных магнитопровода из электротехнической стали Э-320 (толщина пластин 0,35 мм), на которых размещена обмотка.

Роль первичной обмотки трансформатора выполняет оболочка (внешний проводник) кабеля, роль вторичной обмотки — жилы (внутренний проводник) кабеля. На магнитопроводе трансформатора размещены одновременно две одинаковые обмотки, выполненные кабелем в целях защиты с помощью одного трансформатора сразу двух кабелей при двухкабельной системе связи. При однокабельной системе связи обмотки этого трансформатора включаются последовательно.

Трансформатор размещен в стальном герметичном корпусе, покрытом антикоррозийной краской. Для ввода защищаемого кабеля в корпусе предусмотрены специальные отверстия.

Принцип действия РТ заключается в следующем.

Первичная обмотка включается в разрез металлических покровов кабеля, которые заземляются по концам защищаемого участка, вторичная обмотка — в разрез жил кабеля. При протекании тока в цепи металлические покровы — земля и, следовательно, в первичной обмотке во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, направление которой противоположно ЭДС, индуцированной в жилах кабеля от влияния линий высокого напряжения. Таким образом, суммарная ЭДС в жилах кабеля уменьшается.

7.4.2. Мешающие влияния

Мешающие влияния ВЛ на цепи ЛС возникают при исправном состоянии ВЛ и действуют все время, пока ВЛ находится под напряжением.

Мешающие напряжения в телефонных каналах тональной частоты создаются электрическими полями токов и напряжений ВЛ как основной частоты, так и частот гармонических составляющих токов и напряжений ВЛ.

Мешающие напряжения в телефонных каналах высокой частоты создаются магнитными и электрическими полями токов и напряжений каналов высокочастотной связи по проводам ВЛ.

Если симметричная трехфазная ВЛ с изолированной нейтралью будет оставаться в работе при условии заземления одной из фаз на срок свыше 2 ч, то следует определять мешающее влияние такой ВЛ при ее работе в этом режиме работы.

Кафедра ЭСВТ ЭЛТИ 156

При расчете мешающих напряжений в телефонных цепях ЛС от влияния ВЛ с изолированной нейтралью учитывается магнитное влияние фазных токов и электрическое влияние фазных напряжений ВЛ в нормальном режиме ее работы при ширине сближения до 30 м и только магнитное влияние фазных токов при ширине сближения свыше 30 м.

При аварийном режиме работы такой ВЛ учитывается электрическое влияние фазных напряжений. При расчетах мешающих влияний в телефонных цепях ЛС от ВЛ с заземленной нейтралью необходимо учитывать магнитное влияние фазных токов, токов нулевой последовательности и электрическое влияние фазных напряжений ВЛ при ширине сближения до 50 м. При ширине сближения от 50 до 200 м учитывается магнитное влияние фазных токов и токов нулевой последовательности, при ширине сближения более 200 м — только магнитное влияние токов нулевой последовательности.

Меры защиты от мешающего влияния. К специальным мерам защиты на ВЛ относятся запрещение режима работы по системе два провода-земля или провод-земля.

К специальным средствам защиты на ЛС относятся:

- частичная или полная замена воздушной ЛС на кабельную. Это дает
возможность полностью исключить электрическое влияние на участках
каблирования, снизить напряжение помех от магнитного влияния в
соответствии с коэффициентом экранирования оболочки и брони кабеля, а
также практически не считаться с возможностью влияния высокочастотных
каналов связи по ВЛ на ВЧ каналы по цепям ЛС, работающих в
совпадающем спектре частот;

- применение кабелей со специальной оболочкой и броней,
обеспечивающих повышенное экранирующее действие от влияния ВЛ;

- изменение профиля ЛС с крюкового на траверсный;

- отказ от использования каналов тональной частоты и замена их
высокочастотными каналами;

- применение в телефонных каналах специальных устройств,
позволяющих снизить эффективность воздействия помех на передаваемый
разговор в 3 - 4 раза; использование на кабельных ЛС редукционных и
других трансформаторов.