Проблемы электромагнитной безопасности по магнитным полям промышленной частоты от токов кабелей с изоляцией СПЭ

Силовые кабели при прокладке в траншеях или туннелях являются значительными источниками магнитных полей промышленной частоты (50 Гц) Нд, А/м, по сравнению с другими электроэнергетическими устройствами [1], одновременно, в ряде случаев, приводящих к нарушению условий электромагнитной безопасности (ЭМБ).

Следует отметить, что напряженность магнитного поля – Нд, А/м,  в окружающем пространстве зависит от тока – Iд, А; от расстояния между жилами трехфазного кабеля – d, м; от расстояния между жилами кабеля (центра кабеля) и точек определения Нд, А/м, в окружающем пространстве – У(L), м; в частности, на поверхности траншеи. 

Наибольшие проблемы по ЭМБ для магнитных полей появляются при прокладке силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ) при одножильном исполнении трехфазных электрических сетей при прокладке жил кабелей в ряд, по отношению к поверхности (рис. 1).

Результаты расчета напряженности магнитного поля Нд(Н3ф3жs,ряд,1каб), А/м, по разработанной программе на ЭВМ: для значения тока  Iд = 707 А (Iа = 1000 А); для ряда значений dав = dвс = 0,1; 0,5; 1,0; 2,0 м; для расстояния от центра кабеля до поверхности Увi = 1,0 м; представленных на рис. 2, показывают достаточно сложный характер их изменения на поверхности траншеи: Х = 0…5 м, особенно, максимальных значений Нmax, А/м. 

Из проведенных расчетов (рис.2) следует, что максимальные значения напряженности магнитного поля на поверхности траншеи Нmax, А/м, существенно зависят от расстояния между жилами трехфазного кабеля, и при Увi = 1,0 м, составляют: Нmax(Увi = 1,0 м; dав = dвс = 0,1 м) = 12,5 А/м; Нmax(Увi = 1,0 м; dав = dвс = 0,5 м) = 53,8 А/м; Нmax(Увi = 1,0 м; dав = dвс = 1,0 м) = 80,0 А/м; Нmax(Увi = 1,0 м; dав = dвс = 2,0 м) = 99,1 А/м;.

Получено, что зависимость максимальных значений напряженности магнитного поля на поверхности траншеи Нmax, А/м, от расстояния между жилами трехфазного кабеля: dав = dвс, имеет нелинейный характер. При этом максимальные значения Нmax, А/м, по поверхности для крайних фаз смещаются по отношению к их центрам тем больше, чем меньше d.
Также следует отметить, что магнитные поля оказывают неблагоприятное влияние на здоровье людей.

В процессе эксплуатации электроэнергетических установок – открытых распределитель­ных устройств (ОРУ), воздушных линий (ВЛ, 330 кВ и выше) и кабельных линий (КЛ) электропередачи было отмечено ухудшение состояния здоровья персонала, обслужива­ющего указанные установки [2].

Специальные наблюдения и исследования, проведенные в России и за рубежом, подтвердили обоснованность этих жалоб и установили, что фактором, влияющим на здоровье обслуживающего персонала, является электромагнитное поле, возникающее в пространстве вокруг токоведущих частей действующих электроустановок.

Интенсивное электромагнитное поле промышленной частоты вызывает у работающих нарушение функционального состояния центральной нервной и сердечно - сосудистой систем, а также периферического кровоснабжения.

При этом наблюдается повышенная утомляемость, снижение точности рабочих движений, изменение кровяного давления и пульса, возникновение болей в сердце, сопровождающихся сердцебиением и аритмией, и т.п.

При рассмотрении условий электромагнитной безопасности (ЭМБ) по магнитным полям промышленной частоты целесообразно оценивать значения напряженности магнитного поля Нд, А/м, создаваемых источниками, в частности, кабелями, в виде предельно допустимых уровней (ПДУ), установленных как для населения, так и для обслуживающего персонала, требованиями соответствующих нормативных документов.

Например, в табл. 1 представлены ПДУ магнитных полей частотой 50 Гц, нормирование которых осуществляется гигиеническим нормативом ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07 "Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебных территориях", дифференцированно в зависимости от места пребывания населения и категории лиц.

Таблица 1.

 Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебных территориях согласно ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07

Для условий профессионального воздействия ЭМП характерно многообразие режимов генерации электромагнитных полей (ЭМП) на рабочих местах.

Наиболее полно они отражены в СанПиН 2.2.4.1191–03 "Электромагнитные поля в производственных условиях". Указанные санитарные правила устанавливают санитарно-эпидемиологические требования к условиям производственных воздействий ЭМП, которые должны соблюдаться при проектировании, реконструкции, строительстве производственных объектов, при проектировании, изготовлении и эксплуатации отечественных и импортных технических средств, являющихся источниками ЭМП.

Требования этих санитарных правил распространяются на работников, подвергающихся воздействию ослабленного геомагнитного поля; электростатического поля; постоянного магнитного поля; электромагнитного поля промышленной частоты 50 Гц; электромагнитных полей диапазона радиочастот от 10 кГц до 300 ГГц.

В частности, предельно допустимые уровни (ПДУ) периодического магнитного поля промышленной частоты 50 Гц устанавливаются в виде напряженности магнитного поля Н, А/м, и магнитной индукции В, мкТл, на рабочих местах для условий общего (на все тело) и локального (на конечности) воздействия и представлены в табл. 2.

Таблица 2.
Предельно допустимые уровни (ПДУ) напряженности периодического магнитного поля промышленной частоты 50 Гц в производственных условиях

В частности, на рис. 2 проведена прямая линия, отражающая ПДУ для населения в нежилых помещениях жилых зданий, общественных и административных зданий, на селитебной территории, в виде значения НЭМБ = 8 А/м.

Из рис. 2 следует, что максимальные значения напряженности магнитного поля промышленной частоты Нд(Н3ф3жs,1каб.ряд), А/м,  для всех представленных вариантов расчетов превышают принятое для население допустимое значение. В ряде случаев будет превышено значение ПДУ и для обслуживающего персонала: НЭМБ,ОП = 80 А/м.

В заключение следует отметить, что изменения: тока – Iд, А; расстояния между жилами трехфазного кабеля – d, м; расстояния между жилами кабеля (центра кабеля) и точек определения Нд, А/м, в окружающем пространстве – У(L), м, на поверхности траншеи; как горизонтальной, так и вертикальной; изменение (увеличение) кабелей в траншее или туннеле и другое, при эксплуатации и проектировании могут потребовать проведение расчетов с определением, в частности, и условий электромагнитной безопасности.

Литература.
1. Салтыков В.М., Безменова Н.В. Электромагнитные поля промышленной частоты в электрических сетях и распределительных установках. Монограф. – М.: Машиностроение. 2011. – 206 с.
2. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. пособие для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: "Знак", 2000.