УДК 658.382.3:621.315.1 БИОЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ НА ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ПОДСТАНЦИЯХ ЭНЕРГОСИСТЕМ

УДК 658.382.3:621.315.1
БИОЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ
НА ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ПОДСТАНЦИЯХ ЭНЕРГОСИСТЕМ
КАЗАХСТАНА
Дюсебаев М.К., Абдимуратов Ж.С., Сералиева М.А.
Аннотация. В статье изложены результаты исследований электромагнитной
обстановки при эксплуатации ЛЭП и высоковольтного оборудования подстанций
электросистем Казахстана.
Ключевые слова: электромагнитное поле, напряженность, санитарногигиенические нормы.
Статья публикуется впервые.
В последние годы проблема изучения электромагнитной обстановки на
объектах электроэнергетики приобрела актуальное значение.
Так, при обслуживании электроустановок ОРУ и ЛЭП высокого
напряжения установлено ухудшение состояния здоровья персонала.
Субъективно это выражалось в жалобах на повышенную утомляемость,
вялость, плохой сон, головные боли и т.п. При этом выявлено, что основным
фактором, отрицательно влияющим на здоровье людей является интенсивное
электромагнитное поле (ЭМП), существующее вокруг токоведущих частей
действующего оборудования. Медицина располагает значительным количеством
данных о негативном воздействием электромагнитных полей на организм
человека. Главенство принадлежит заболеванием нервной системы в связи с ее
наибольшей чувствительности. Затем стоят сердечнососудистая, кроветворная,
эндокринная система и органы зрения.
Установлено, воздействие электромагнитных излучений увеличивает
вероятность возникновения онкологических заболеваний и генетических изменений.
Электромагнитная обстановка характеризуется напряженностями
электрического (Е, В/м) и магнитного (Н, А/м) полей, величины которых
показаны на рисунке 1.
Подразделяют естественную электромагнитную обстановку и техногенную
обстановку, созданную применением человеком различных электрических и
иных устройств, в которых используется электрическая энергия.
Как известно, электромагнитное поле – это особая форма материи,
посредством которой осуществляется взаимодействие между электрическими
заряженными частями. Физические причины возникновения и существования
электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени
электрическое поле порождает магнитное поле, а изменяющееся магнитное –
вихревое электрическое поле. При ускоренном движении заряженных частиц,
ЭМП «отрывается» от них, не исчезая с устранением источника (например,
радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне) [1].
1
Рисунок 1 – Характерные напряженности электрических и магнитных
полей
В настоящее время методическая база электромагнитного мониторинга
объектов энергосистем практически отсутствует. Вопросы электромагнитной
обстановки территорий, зданий и помещений с точки зрения
биоэлектромагнитной
совместимости,
т.е.
соответствие
санитарногигиенических требованиям рассматриваются лишь эпизодически.
При распределении ЭМП в воздухе фазы колебания векторов Е и Н
происходят во взаимоперпендикулярных плоскостях. При малых частотах, в
том числе при 50 Гц, электрическое и магнитное поля допустимо рассматривать
отдельно друг от друга, а также соответственно их влияние на живой организм.
Следует отметить, биологическое воздействие электрического поля на
организм человека зависит от величины напряженности, площади облучаемой
поверхности тела и индивидуальных особенностей организма. При этом атомы
и молекулы, из которых состоит тело человека, поляризуются и ориентируются
по направлению полей. В электролитах, которыми являются жидкие
составляющие тканей, крови и т.д., после воздействия электромагнитного поля
появляются ионные токи. Переменное электрическое поле вызывает нагрев
тканей человека как за счет поляризации диэлектрика (сухожилие, хрящи и др.),
так и за счет появления токов проводимости. Чем больше напряженность поля
и время воздействия, тем сильнее проявляются указанные эффекты.
Установлено, в любой точке электромагнитного поля промышленной
частоты поглощенная телом энергия магнитного поля в 50 раз меньше
поглощенной им энергии электрического поля.
Из рисунка 1 видно, сильные электрические поля частотой 50 Гц в
основном создаются объектами электроэнергетики (линии электропередач,
сборные шины подстанций, трансформаторы и аппараты высокого
напряжения).
2
Предельно допустимые уровни (ПДУ) напряженности электрического
поля промышленной частоты для людей, профессионально связанных с
эксплуатацией и обслуживанием высоковольтного оборудования, не должен
превышать значений, приведенных в таблице 1.
Таблица 1 - Допустимая продолжительность работы персонала в
электрическом поле промышленной частоты.
Напряженность
электрического поля кВ/м
5
Допустимая продолжительность пребывания
персонала в течение суток, мин
Без ограничения (в течение рабочего дня)
10
180
15
80
20 - 25
10
Примечание. Измеряемая напряженность электрического поля определяется
на высоте 1,8м.
Воздействие электрического поля может проявляться следующим
образом:
1. Непосредственное (биологическое) воздействие, проявляющееся при
длительном и систематическом (например, ежедневном) пребывании в поле,
напряженность которого превышает допустимые значения.
2. Воздействия электрических разрядов (импульсного тока), возникающих
при прикосновении человека к заземленным частям оборудования и
конструкциям, а также к изолированным от земли корпусам машин и механизмов
(на пневматическом ходу), крупногабаритным и длинномерным металлическим
предметам и т.п.
3. Воздействие тока, протекающего через человека, находящегося в
контакте с изолированными от земли объектами – крупногабаритными
предметами машинами и механизмами (ток стекания).
Исследования биологической активности магнитного поля позволили
установить:
- изменение разности потенциалов между наружными и внутренними
поверхностями мембран клеток (возникновение так называемого «потенциала
действия»);
- нагрев тканей.
При этом происходят нарушения зрения, работы сердца и нервной
системы, возникают головные боли.
Предельно допустимые уровни напряженности МП для персонала,
обслуживающего электроустановки, приведены в таблице 2.
3
Таблица 2 - Предельно допустимые уровни напряженности магнитного
поля
Время
пребывания, ч
Допустимая напряженность, А/м, при воздействии
общем
локальном
Менее 1
1600
6400
2
800
3200
4
400
1600
8
80
800
В процессе исследований биоэлектромагнитной совместимости измерения
напряженности электромагнитного поля прибором ВЕ-50 проводились в
электрических сетях напряжением 110, 220, 500 кВ АО «KEGOG», «Алатау
Жарық Компаниясы», ТОО «Оңтүстік жарық транзит», АО «ВосточноКазахстанская региональная электросетевая компания». На рисунках 2 и 3
приведены результаты расчета электрического и магнитного полей открытого
распределительного устройства подстанции 110/35/6 кВ на территории города
Шымкент. Измерения проводились на расстоянии 5 м от периметра объекта
(ограниченного металлическим ограждением).
Рисунок 2 – Напряженность электрического поля на ОРУ подстанции на
разной высоте
4
Рисунок 3 - Напряженность магнитного поля на ОРУ подстанции на
разной высоте
Как видно из приведенных рисунков величина напряженностей
электрического поля значительно превышает допустимые нормы на расстоянии
до 15 м от основного оборудования, тогда как при измерении магнитной
составляющей этого нет.
В последнее время основным средством защиты персонала становятся
средства индивидуальной защиты (экранирующие комплекты). Для линейного
персонала они были и остаются единственным техническим средством защиты
от ЭП. Создано новое поколение экранирующих комплектов из новой
экранирующей ткани. Электропроводность новой ткани достигается покрытием
определенных тканей общего назначения электрохимическим способом
соединениями ряда металлов (никель, железо, медь, кобальт), которые
наносятся на активированную сульфидами цинка, меди, железа, серебра, и
палладия поверхность основы. Покрытие обеспечивает хорошую адгезию и
соответственную
стойкость.
Эффективность
экранирования
новой
электропроводящей ткани, следовательно, и её защитные свойства, в 10-15 раз
выше, чем электропроводящих тканей, применявшихся ранее. Поэтому новые
экранирующие комплекты обеспечивают необходимую защиту от ЭП
независимо от его напряженности. Причем оптимальное сочетание защитных и
гигиенических свойств достигается выбором основы (ткани общего назначения)
с заданной плотностью.
5
По своему назначению экранирующие комплекты нового поколения
разделяются на две группы. Одна группа – это комплекты для работы
электрическом поле на потенциале земли (работа на ПС и ВЛ в зоне влияния
электрического поля), вторая – комплекты для работы под напряжением на
потенциале проводов не отключенных ВЛ.
Экранирующие комплекты всех типов создают замкнутое пространства
вокруг тела человека (индивидуальную клетку Фарадея), исключая проникновение
ЭП, даже очень высокой интенсивности, внутрь экранированного пространства.
Обладая высокой проводимостью, комплекты шунтируют тело человека,
исключая протекание через него тока смещения и импульсных токов.
Проектирование, сооружение и эксплуатация ВЛ должны осуществляться
с учетом необходимости обеспечения безопасных и безвредных условий для
населения, проживающего, проводящего сельскохозяйственные и другие
работы или временно находящегося вблизи ВЛ, путем снижения напряженности
ЭП до допустимых уровней.
Многолетний опыт работ по обеспечению защиты персонала подстанций
(ПС) и ВЛ показал, что ограничение продолжительности пребывания персонала
в ЭП («защита временем») как альтернатива снижению напряженности ЭП
неприемлемо: требуется нереально частая замена работающих для выполнении
необходимого объема работ. Установлено также, что снижение напряженности
с помощью только электростатического экранирования нереализуемо, так как
объем экранирования настолько велик, что эксплуатировать ПС оказывается
невозможно (исключен проезд машин и механизмов, затруднен монтаж
оборудования и т.д.).
Поэтому защита персонала на ПС высокого напряжения осуществляется
двухступенчато.
Первая ступень - применение таких конструктивно-компоновочных
решений, которые обеспечивают общее снижение напряженности ЭП в установке
или в отдельных ячейках в 1,5-2 раза (обычно до 15 кВ/м).
Вторая ступень - применение экранирующих устройств, обеспечивающие
снижение напряженности до 5 кВ/м.
Двухступенчатая защита позволяет не только значительно уменьшить
объем экранирования территории ПС, но и сохранить неизменной принятую в
стране систему технического обслуживания оборудования.
Из мероприятий, реализующих первую ступень биозащиты, наиболее
эффективными являются:
- установка оборудования на более высоких фундаментах, что не только
увеличивает расстояние до токоведущих частей, но и усиливает экранирующее
действие фундаментов;
- осмотр электрооборудования, находящегося под напряжением, должен
осуществляться из зон с уровнями МП, удовлетворяющими нормативным
требованиям;
- ремонт электрооборудования следует производить вне зоны влияния
МП.
6
К техническим относятся мероприятия, снижающие уровни МП на рабочих
местах путем экранирования источников МП или рабочих мест. Экранирование
должно осуществляться посредством магнитных экранов с высокой магнитной
постоянной (например, пермаллоевых) или активных экранов.
Исследования показывают что, для защиты организма обслуживающего
персонала от действия электромагнитных излучений необходимо снижение их
интенсивности до уровней, не превышающих предельно допустимые. Защита
обеспечивается выбором конкретных методов и средств, учетом их
экономических показателей, простотой и надежностью эксплуатации.
Список использованной литературы:
1 Александров Г.Н Установки сверхвысокого напряжения и охрана
окружающей среды /Днепропетровск: Энергоатомиздат. Ленинградское
отделение, 1989. -360 с.
2 Дюсебаев М.К., Абдимуратов Ж.С. Повышение экологической
безопасности при воздействии электромагнитных полей на энергообъектах //
Научный журнал "Поиск".-2013.-№3(1).-С.98-102.
3 ГОСТ РК 1150-2002. Электромагнитные поля промышленной частоты
допустимые уровни напряженности и требования к проведению конторля.
7