Вопросы для самоподготовки

1. Дайте определение помехоустойчивости.

2. Что такое стойкость к повреждению?

3. Чем характеризуется собственная помехоустойчивость технического средства?

4. Назовите виды испытательных помех при испытании на внешнюю помехоустойчивость.

5. Выделите три класса требований к электрическим устройствам.

7. Мероприятия по защите от влияния электромагнитных полей и обеспечение электромагнитной совместимости

7.1. Мероприятия по защите от влияния электромагнитных полей линий электропередачи

Электромагнитное поле вблизи линий электропередачи (ЛЭП) может оказывать вредное воздействие на человека. Различают следующие виды воздействия [11]:

• непосредственное (биологическое) воздействие, проявляющееся при длительном и систематическом пребывании в электрическом поле, напряжённость которого выше допустимого значения;

• воздействие электрических разрядов (импульсного тока), возникающих при прикосновениях человека к заземлённым частям оборудования и конструкциям;

• воздействие тока, проходящего через человека, находящегося в контакте с изолированными от земли объектами – машинами и механизмами (токи стекания).

Кроме того, необходимо учитывать возможность воспламенения паров горючих материалов и смесей из-за электрических разрядов при соприкосновении людей и предметов с машинами и механизмами. Вероятность воспламенения горючих материалов возрастает с увеличением потенциала, наведённого на машине и энергии искрового разряда.

Любые работы без применения средств защиты и без ограничения по характеру и продолжительности могут производиться в местах, в которых напряжённость электрического поля равна или менее 5 кВ/м. Пространство, где напряжённость поля выше, называется зоной влияния электрического поля. Здесь необходимо применять защитные мероприятия.

Если же напряжённость электрического поля на рабочем месте превышает 25 кВ/м, пребывание в поле без средств защиты недопустимо.

Основным средством защиты оперативно-ремонтного персонала от непосредственного воздействия электрического поля при работах в зоне влияния является экранирующий комплект, состоящий из монтерской кабины и защитного костюма, применяемого при работах в полях с напряженностью выше 25 кВ/м, в том числе при ремонте под напряже­нием.

При ремонте под напряжением (ПРН) на воздушных линиях высших классов напряжения по отзывам монтеров возника­ют ощущения скованности действий, необходимости прилагать дополни­тельные усилия для выполнения простых движений. Анализ ситуации позволяет, в качестве причины этих ощущений, назвать воздействие электростатических сил. Вспомним школьный опыт с электроскопом. Он состоит в том, что если зарядить электрически два листочка бумаги, то они расходятся, так как на них действует сила кулоновского от­талкивания. Представим себе монтера, стоящего на проводе ВЛ 750 кВ и ремонтирующего подвесную гирлянду изоляторов. В любой момент времени и руки и тело имеют электрический заряд одного знака. Сле­довательно, на руки будет, как на листочки электроскопа, действовать кулоновская сила. Руки должны этой силой отталкиваться от тулови­ща.

Оценки показывают, что при ремонте под напряжением на ВЛ-750 кВ сила может дости­гать 5 ньютонов.

Воздействия тока, протекающего по организму человека также об­суждались. Однако действие импульсных токов требует комментария. Для ремонта под напряжением, например, для ремонта гирлянды изоляторов или распорок расщепленного провода требуется доставить монтера на провод, находящийся под напряжением. Обычно это осуществляется при помощи, так называемой, монтерской кабины или металлического стула с легким ограждением, на котором и сидит монтер. Кабина поднимается к проводу на капро­новом канате. Когда расстояние между кабиной и проводом становится достаточно маленьким, между кабиной и проводом (или между монтером и проводом) возникает электрический разряд. При ремонте под напряжением на воздушной линии ВЛ-750 кВ длина искры достигает 30-50 см.

Этот факт имеет самое простое объяснение. Уже говорилось о том, что проводник во внешнем поле принимает потенциал, примерно равный среднему значению потенциала внешнего поля на его длине. Поэтому потенциал монтерской кабины значительно меньше потенциала провода. Напряжение между ними может достигать десятков и даже сотен кило­вольт, что и вызывает пробой промежутка между кабиной и проводом. После пробоя кабина вместе с монтером получают соответствующий заряд, причем постоянная времени этого процесса имеет порядок мик­росекунд и менее. После зарядки разряд прекращается, так как потенциалы кабины и провода становятся равными друг другу. Когда напряжение поменяет свой знак, то снова между кабиной и проводом возникнет напряжение, так как кабина имеет заряд другого знака, чем провод. Пробой промежутка между кабиной и проводом происходит мно­гократно до того момента. пока монтер не присоединит кабину к проводу специальным проводником.

В процессе многократных пробоев промежутка между проводом и ка­биной по каналу разряда проходит импульс тока, замыкающийся через кабину (и возможно монтера) на емкость между кабиной и землей. Этот ток также оказывает (или может оказывать) воздейс­твие на человека.

Для защиты ремонтного персонала при проведении ремонта под напряжением от воздействия перечис­ленных факторов применяют специальный экранирующий комплект спецо­дежды или экранирующий костюм. Он должен обеспечивать необходимые защитные свойства в сочетании с удобством эксплуатации. Кроме это­го. должна быть исключена возможность возникновения разрядов между экранирующим костюмом и телом человека. Последнее требование осо­бенно важно, так как разряды внутри костюма вызывают болезненное раздражение, увеличивают нервную нагрузку монтеров.

В настоящее время разработаны экранирующие костюмы в разных странах и разными фирмами. Как правило, они состоят из брюк и курт­ки с капюшоном, снабженным накидкой на лицо. Накидка должна пре­дотвращать возможность замыкания разряда между проводом и монтером на лицо, что не исключается в ее отсутствие. В некоторые комплекты входят ботинки со специальными носками и специальные рукавицы. Все элементы экранирующего костюма выполняются проводящими. Это относится как к брюкам, куртке, накидке на лицо, так и носкам и рука­вицам. Экранирующий костюм надевается на хлопчатобумажное белье. Технические требования к ткани костюма состоят в следующем. Ко­эффициент экранирования по напряженности поля К_е должны быть не менее: К_е 0,05, а по току: К_i 0,01. Максимальный импульсный заряд не должен превышать Q_max 0,2 мкКл, а напряжение между телом челове­ка и костюмом должно быть менее 20 В. Указанные требования выполняются при применении тканей, включающих проводящие нити. Размер ячеек составляет 1 – 2 мм.

Как известно, влияние магнитных полей на человека стало привлекать внимание гигиенистов и энергетиков лишь в последние годы. Это, конечно, не значит, что таким вопросом не занимались и нормы отсутствовали во­обще. Однако во многих книгах, посвященных экологическому влиянию объектов энергетики, можно было прочитать, что влиянием магнитных полей можно пренебречь. Результаты, полученные разными исследова­телями и показывающие, что при напряженностях магнитного поля по­рядка долей А/м возрастает риск возникновения онкологических забо­леваний, заставили пересмотреть существовавшие ранее взгляды. Во всех развитых странах начался и, можно сказать, продолжается пе­ресмотр норм на допустимые значения напряженности магнитного поля. Этот процесс проходит болезненно, так как установление норм на уровне единиц А/м заставит отказаться от многих, ставших уже при­вычными, представлений и, самое главное, связан с громадными зат­ратами. Поэтому правильнее было бы сказать, что нормы по допусти­мым значениям магнитного поля находятся в процессе разработки или становления.

Несмотря на некоторую неопределенность в области нормирования допустимых значений напряженности магнитного поля, в технической литературе разных стран возрастает количество статей, посвященных способам ограничения и снижения напряженности магнитного поля. Предлагается широкий выбор технических средств, позволяющих в раз­ной степени уменьшить воздействия магнитных полей.

Выбор конкретного технического решения всегда проводится на ос­нове технико-экономического сравнения вариантов. Это возможно, когда точно известна цель. В нашем случае – норма на допустимые значения. С большой долей вероятности можно предположить, что нор­мы в России по допустимым значениям напряженности маг­нитного поля в обозримом будущем будут пересмотрены в сторону ужесточения. В этой ситуации рекомендовать те или другие конкрет­ные технические решения нецелесообразно. Поэтому в дальнейшем будем придерживаться следующего порядка: техническое реше­ние, его принцип действия, эффективность в смысле ограничения нап­ряженности магнитного поля.

В качестве первого и самого простого средства ограничения воздействия магнитного поля назовем удаление от токонесущих проводов. При этом следует помнить, что вблизи провода с током напряженность убывает обратно пропорционально пер­вой степени расстояния до провода. Если имеем дело с трехфазной системой токов (например, с трехфазным кабелем), то напряженность уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния до систе­мы. Применительно к воздушным линиям ВЛ указанная зависимость напряженности от расстояния справедлива, когда расстояние до ВЛ существенно больше расстояния между фазами. Таким же образом, т.е. обратно пропорцио­нально квадрату расстояния, уменьшается напряженность, созданная однофазным (двухпроводным) проводом, чаще всего встречающемся в бытовых элект­роустановках. Следовательно, путем выбора необходимого расстояния до источника магнитного поля можно снизить его напряженность до достаточно малых значений.

Следующее средство снижения магнитных полей это экранирование. Экранирование – мощное средство снижения напряженности магнит­ных полей и применяется достаточно широко. Однако стоимость экра­нов достаточно велика, особенно, если необходимо экранировать боль­шие помещения.

Можно экранировать источник поля (например, систему шин или обмотку реактора) или рабочее мес­то. Необходимость выбора того или другого варианта целиком зависит от конкретной ситуации. Экраны могут быть из ферромагнитных материалов или высокопроводящими.

Ферромагнитные экраны работают следующим образом. Известно, что глубина проникновения электромагнитного поля в проводник определя­ется так называемой глубиной «скин-слоя", под которой подразумевает­ся глубина, на которой поле затухает в «е» раз (е = 2,718 – основа­ние натуральных логарифмов). Глубина (или толщина) «скин-слоя» опре­деляется выражением:

,

где – проводимость металла; – круговая частота; – магнитная проницаемость металла.

Если применить в качестве материала экрана электротехническую сталь, относительная магнитная проницаемость которой составляет около 1000, то толщина «скин-слоя» будет около 0,7 мм. При толщине экрана в 2 мм магнитное поле в нем будет ослаблено (затухнет) примерно в 20 раз.

Принцип действия «высокопроводящего» экра­на состоит в том, что в нем наводятся вихревые токи. Результирую­щее поле в экранируемом объеме является суммой внешнего поля и по­ля вихревых токов, направление которых всегда таково, что поле в экранируемом объеме уменьшается. Расчет таких экранов достаточно сложен, но упрощенный вариант можно рассмотреть.

В тех случаях, когда требуется снизить напряженность магнитного поля в небольшой области, можно рекомендовать короткозамкнутые контура. Проиллюстрируем это простым примером. Пусть по прямому проводу протекает ток I₁. Для снижения напряженности магнитного поля поместим рядом с проводом прямоугольную проводящую рамку, как показано на рис. 7.1.

Р и с. 7.1. Снижение магнитного поля короткозамкнутым контуром

Если сечение провода рамки достаточно велико, то ее ак­тивным сопротивлением можно пренебречь. Тогда ток в рамке I₂

,

где М – взаимная индуктивность между проводом и рамкой; L – индук­тивность рамки.

Примем, что: а = 2 м; b = 1м; d = 0,02 м.

Для принятых размеров из [16] получим: I₂ = – 0,3 I₁.

Если ввести коэффициент экранирования по напряженности магнитного поля: К_m = Н/Н_вн, (где Н_вн – напряженность внешнего поля), то для приня­тых в примере значений получим:

Расстояние от провода, м: 0,03 0,25 0,5 0,75

Значение К_m: 0,67 0,58 0,33 0,27

Приведенные данные показывают возможность снижения напряженнос­ти магнитного поля таким простейшим устройством, как короткозамкнутая рамка.

Подобные экраны могут применяться и при проведении ремонтных работ в зоне воздушных линий под напряжением. Следует от­метить сравнительно невысокую степень экранирования в этом случае. Экраны, образованные короткозамкнутыми рамками, иногда называют пассивными.

Активный экран можно получить, если по одному или нескольким контурам пропустить ток от специального источника. Если в контуре, показанном на рис. 7.1, протекает ток I₂ = I₁, то вблизи провода с током I₁ поле практически будет скомпенсировано полностью.

Активные экраны могут применяться и для экранирования помещений.

В частности, они также используются в курортологии для компенсации магнитного поля земли во время магнитных бурь. Очевидно, что в этом случае экрани­рующая система должна быть дополнена измерителем напряженности и системой регулирования компенсирующего тока.

В энергетике такие экранирующие системы можно рекомендовать для экранирования систем шин.

В целях защиты населения от воздействия электрического поля ЛЭП, как было показано ранее, устанавливаются санитарно-технические зоны – территория вдоль линий электропередачи, в которой напряжённость поля превышает 1 кВ/м.

При этом в пределах санитарно-защитной зоны ВЛ запрещается:

• размещать жилые и общественные здания и сооружения;

• устраивать площадки для стоянки и остановки всех видов транспорта;

• размещать предприятия по обслуживанию автомобилей и склады нефти и нефтепродуктов;

• производить операции с горючим, выполнять ремонт машин и механизмов.

В случае, если на каких-то участках напряженность электрического поля за пределами санитарно-защитной зоны окажется выше предельно допустимой 0,5 кВ/м внутри здания и выше 1 кВ/м на территории зоны жилой застройки (в местах возможного пребывания людей), должны быть приняты меры для снижения напряженности. Для этого на крыше здания с неметаллической кровлей размещается практически любая металлическая сетка, заземленная не менее чем в двух точках. В зданиях с металлической крышей достаточно заземлить кровлю не менее чем в двух точках.

Территории санитарно-защитных зон разрешается использовать как сельскохозяйственные угодья, однако рекомендуется выращивать на них культуры, не требующие ручного труда.

На приусадебных участках или других местах пребывания людей напряженность поля промышленной частоты может быть снижена путем установления защитных экранов, например это железобетонные, металлические заборы, тросовые экраны, деревья или кустарники высотой не менее 2 м.

Машины и механизмы на пневматическом ходу, находящиеся в санитарно-защитных зонах воздушных линий (ВЛ), должны быть заземлены. Кроме того, эти машины и механизмы без крытых металлических кабин, применяемых в сельскохозяйственных работах в данных зонах, должны быть оснащены экранами для снижения напряжённости поля на рабочих местах механизаторов.

При проведении строительно-монтажных работ в санитарно-защитных зонах необходимо заземлять протяжённые металлические объекты (трубопроводы, кабели и т.п.) не менее чем в двух местах, а также на месте производства работ.

В районах прохождения воздушных линий персонал предприятия электросетей, обслуживающий эти линии, должен проводить разъяснительную работу среди населения по пропаганде мер безопасности при работах и нахождению вблизи воздушных линий.