Магнитные поля промышленной частоты

Возможностей попасть под воздействие магнитного поля промышленной частоты гораздо больше, чем под воздействие электрического поля. Точнее можно сказать так: попасть под воздействие опасного для здоровья магнитного поля можно чаще, чем под воздействие опасного электрического поля.

Этому факту имеется простое объяснение. Опасные электрические поля создаются сравнительно небольшим «набором» установок — ВЛ и подстанциями высокого напряжения, специальными испытательными установками.

Магнитные поля создаются токами промышленной частоты в установках любого класса напряжения, в том числе и сетями с напряжением до 1 кВ, т.е. бытовыми. Следовательно (конечно, при определенных факторах), опасные условия могут создаваться и в жилых помещениях. Их воздействию, в принципе, может быть подвержено практически все население. Этого не происходит, если выполняются определенные требования к электроустановкам.

Авторы умышленно гиперболизируют опасность воздействия магнитных полей промышленной частоты не в рекламных целях, а для того, чтобы специально привлечь к этому вопросу внимание как специалистов, так и населения в целом. Дело в том, что нормы на ограничения воздействия магнитных полей, в том числе и для населения, приняты сравнительно недавно и не закреплены в сознании. Поэтому отношение к воздействиям магнитных полей у большинства людей как к потенциально опасному фактору попросту отсутствует.

Итак, магнитное поле создает провод с током, в том числе провод низковольтной установки. Поэтому прикосновение к такому проводу может быть неопасным с точки зрения электробезопасности. Например, человек держит в руке изолированный провод с током 10 А, что вполне может быть в реальности. При внешнем радиусе изоляции 3 мм напряженность магнитного поля (МГ1) на ее поверхности составит 530 А/м, что превышает норму. Описанная ситуация не опасна с точки зрения поражения человека электрическим током, но ненормальна с точки зрения воздействия магнитного поля. Данный пример показывает возможность испытать опасные воздействия магнитного поля для широкого круга лиц.

Перечень конкретных технических устройств начнем в электробытовой техники, т.е. с установок, имеющих наиболее широкое распространение. Как правило, МП большой интенсивности создают электробытовые приборы, имеющие электрические катушки, обтекаемые током, — фены для сушки волос, мощные электропаяльники. Большая напряженность МП создается при токе порядка нескольких ампер за счет большого числа витков в катушках.

В сетях с напряжением до 1 кВ сильные МП возникают при неправильно выполненном монтаже, а именно если нейтральный рабочий провод трехфазной сети проложен отдельно (на большом расстоянии) от фазных проводов. Такой дефект монтажа на практике встречается довольно часто. Особенно опасно его наличие в точках ввода напряжения в жилые помещения или в дома. Вообще прокладка фазных проводов сетей низкого напряжения отдельными проводниками крайне нежелательна из-за возможности появления сильных магнитных полей.

Большие токи (порядка сотен ампер и более) протекают в кабелях низкого напряжения в системах электроснабжения жилых и промышленных зданий. Поэтому необходимо соблюдать правила их прокладки, исключающие приближение людей к ним на расстояния меньше допустимых.

В жилых помещениях возникает один неблагоприятный эффект, вызываемый действием МП. Это дрожание изображения в телевизорах или мониторах с электронно-лучевыми трубками. Такой дефект возникает при напряженностях МП около 10 А/м и менее. Обычно он вызывается неправильным монтажом системы уравнивания потенциалов. В результате в сторонних проводящих частях (например, в трубах систем отопления) возникают токи порядка десятков ампер.

Электрические машины большой мощности потребляют токи до сотен ампер. Поля рассеяния лобовых частей таких электрических машин могут достигать десятков и даже в отдельных случаях сотен ампер на метр (А/м), что может быть опасным для производственного персонала. Вообще для любых электроустановок с номинальными токами в сотни ампер необходим тщательный анализ полей рассеяния независимо от типа устройства.

Источником значительных МП может быть электрифицированный железнодорожный транспорт, особенно во время торможения или набора скорости составом. Токи в таких режимах могут достигать тысяч ампер, а напряженность поля вблизи рельса, служащего обратным проводом, — сотен ампер на метр. Большие значения напряженности МП возникают и на железнодорожных платформах в упомянутых режимах.

Аналогичная ситуация имеет место и в цепях частотно-регулируемого мощного привода и тому подобных устройств. Частоты, на которых работают такие установки, могут отличаться от промышленных, но быть не выше 2—3 кГц. Магнитные поля на таких частотах также нормируются, как и на промышленной частоте.

Перечисленные выше установки работают либо па низком (ниже 1 кВ) напряжении, либо на напряжениях 3, 6 или 10 кВ. В силу этого возможно нахождение персонала или населения на сравнительно небольших расстояниях от этих установок. По этой причине их магнитные поля в зоне пребывания персонала могут достигать больших значений.

Номинальный ток электроустановки зависит от ее мощности и номинального напряжения. Воздушные линии высокого напряжения работают при токах до тысяч ампер, но это относится к высшим классам напряжения. Значения так называемых токов «натуральной мощности», обеспечивающих устойчивость линии, приводятся в табл. 13.4.

Напряженность МП на поверхности проводов при токах, приведенных в табл. 13.4, очень велика и определяется радиусом провода. При проведении работ под напряжением, связанных с ремонтом проводов (например, при разрыве одной проволоки внешнего повива), технология проведения работ обязана учитывать ограничения по времени.

Напряженность МП, созданного ВЛ у поверхности земли, как правило, не превышает десятков ампер на метр и не представляет опасности для населения. Тем не менее при проектировании ВЛ расчет ее МП обязателен.

Токи в проводах ОРУ могут быть значительно больше приведенных в табл. 13.4, особенно вблизи силовых трансформаторов или в сборных шинах. Магнитные поля на подстанциях могут достигать значений, при которых требуется ограничение времени пребывания в них эксплуатационного персонала.

На распределительных устройствах высокого напряжения открытого и закрытого исполнения имеются устройства, создающие особо интенсивные МП. Это реакторы различных типов открытого исполнения. Чаще всего используются так называемые «бетонные реакторы» па напряжение 6 или 10 кВ. Они предназначены для ограничения токов коротких замыканий и представляют собой многовитковую катушку с проводом большого сечения и поминальным током до 4 кА. Бетонные реакторы устанавливаются в закрытых распределительных устройствах.

На ОРУ реакторы используются в фильтрах высокой частоты для отделения высокочастотных цепей. На подстанциях постоянного тока реакторы для ограничения токов высших гармоник включаются последовательно в линию.

Поскольку число витков реакторов может быть большим, то они создают МП с напряженностью до тысяч ампер па метр. Такие поля опасны не только для здоровья персонала, но и для окружающих

Таблица 13.4

Значения токов для ВЛ разных классов напряжения

конструкций, если в них имеются замкнутые металлические контуры. Вихревые токи, индуцируемые в них, могут приводить к нагреву конструкций, наводкам во вторичных цепях и другим недопустимым последствиям. Расчет магнитных полей реакторов с большими токами производится на стадии проектирования.

Вообще для установок высокого напряжения ситуация с МГ1 может быть даже легче, чем с низковольтными установками. Это объясняется тем, что в установках высокого напряжения правила техники безопасности запрещают приближаться к токоведущим частям. Поэтому даже при больших значениях тока МП в зоне пребывания персонала могут находиться в допустимых пределах. И наоборот, в низковольтных установках возможно максимальное сближение с токоведущими частями без нарушения требований техники безопасности.