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 крайним 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
где А – уровень
громкости, дБ (А);
-
радиус провода, см;
-
максимальная напряженность поля на
поверхности провода, кВ/см;
-
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
>
3,26 см. В районах с промышленным загрязнением
допустимые напряженности определяются
радиопомехами при
=
2,7÷3,3 см и акустическим шумом при
>
3,3 см.
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 1.4 приведены нормы на радиопомехи от ВЛ ряда стран.
Для сравнения требований национальных норм допустимые уровни радиопомех были пересчитаны на расстояние 100 метров от ВЛ и на частоту 0,5 МГц, рекомендуемую СИСПР (Международный специальный комитет по радиопомехам) в качестве базисной при расчетах.
Таблица 1.4. Сравнение норм различных стран на радиопомехи от линий электропередачи
№№ п/п |
Страна |
Частота изме- рения |
Место измерения |
Погод- ные условия, % времени |
Нормы, дБ |
Допустимые уровни радиопомех на расстоянии 100 м от проекции крайней фазы на землю. Прибор СИСПР, дБ |
|
В хоро-шую погоду |
80% времени |
||||||
1
|
РФ |
0,5 МГц |
Расстояние от проекции крайней фазы 100 м |
80 |
43 |
37,0 |
43,0
|
2 |
США |
1 МГц |
Расстояние от проекции крайней фазы ВЛ 362 кВ – 14 м ВЛ > 500кВ – 20 м |
80 |
52 (ANSI) |
27,3 29,6 |
33,3 35,6 |
3 |
Канада |
1 МГц |
Под линией. N – число зданий в зоне 60 м от проекции крайней фазы |
в хорошую погоду |
34 (ANSI) (N > 50) 40 (ANSI) (N=10-50) 43,5 (ANSI) (N < 10) |
7,3
13,3
16,8 |
26,3
19,3
22,8 |
4 |
Бразилия |
1 МГц |
На границе зоны отчуждения (30 м) |
в хорошую погоду |
42 (ANSI) |
23,3 |
29,3
|
5 |
Япония |
1 МГц |
Под линией |
50, дождь |
53 |
24,9 |
30,9 |
6 |
Индия |
0,5 МГц |
На границе зоны отчуждения 30 м 45 м |
в хорошую погоду |
46 46 |
24,7 30,7 |
30,7 36,7 |
7 |
Италия |
0,5 МГц |
Расстояние от проекции крайней фазы 15 м |
80 |
60 |
32,2 |
38,3 |
8 |
Швейцария |
0,5 МГц |
Расстояние от проекции крайней фазы 20 м |
50, хорошая погода |
46 |
27,6 |
33,6 |
9 |
ЧССР |
0,5 МГц |
Расстояние от проекции крайней фазы ВЛ 500 кВ – 55 м ВЛ 750 кВ – 70 м |
80
|
40 40 |
25,0 31,2 |
31,0 37,2 |
10 |
Польша |
0,5 МГц |
Расстояние от проекции крайней фазы на землю |
в хорошую погоду |
57,5 |
37,0 |
43,0 |
Из таблицы видно, что нормы Российской Федерации так же как и 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 МГц, принят уровень 60 дБ, а на частоте 0,5 МГц – 66 дБ.
Взаимосвязь между отношением сигнал/помеха и качеством приема устанавливалась опытным путем.
В таблице 1.5 приведены критерии качества приема в зависимости от отношений сигнал/помеха. Согласно рекомендациям Международного консультативного комитета радио величина защитного отношения сигнал/помеха составляет 26 дБ.
В таблице 1.6 приведены отношения сигнал/помеха на расстоянии 100 м от проекции крайней фазы на землю, полученные при выполнении национальных норм для различных вероятностей «Р» обеспечения указанного качества приема.
Таблица 1.5. Допустимые отношения сигнал/помеха S/N, дБ, требуемые для разных градаций качества приема АМ радиовещания, полученные из разных источников.
№№ п/п |
Критерий качества |
Канада S/N, дБ |
IEEE S/N, дБ |
СИГРЕ S/N, дБ |
СИСПР S/N, дБ |
1 |
Совершенно удовлетворительно для классической музыки |
39 |
|
|
40 |
2 |
Удовлетворительно для обычного прослушивания |
31 |
31 |
30 |
32 |
3 |
Фоновая помеха весьма умеренна |
26 |
26 |
24 |
26 |
4 |
Фоновая помеха заметна |
21 |
21 |
18 |
20 |
5 |
Фоновая помеха очень заметна |
15 |
15 |
12 |
15 |
6 |
Трудно различить полезный сигнал |
9 |
4 |
6 |
8 |
Таблица 1.6. Отношение сигнал/помеха на расстоянии 100 м от проекции крайней фазы на землю, полученное при выполнении национальных норм
№№ п/п |
Страна |
Отношение сигнал/помеха S/N, полученное при вероятности Р |
||
Р = 0,95 |
Р = 0,9 |
Р = 0,8 |
||
1 |
РФ |
18 |
20 |
23 |
2 |
США |
27 25 |
29 27 |
32 30 |
3 |
Канада |
44 41 38 |
46 43 40 |
49 46 42 |
4 |
Бразилия |
31 |
33 |
36 |
5 |
Япония |
30 |
32 |
35 |
6 |
Индия |
30 24 |
32 26 |
35 29 |
7 |
Италия |
22 |
24 |
27 |
8 |
Швейцария |
27 |
29 |
32 |
9 |
ЧССР |
30 24 |
32 26 |
34 29 |
10 |
Польша |
18 |
20 |
23 |
Надежность качественного приема определяется вероятностью того, что в заданном проценте случаев осуществления приема фактическое значение отношения сигнал/помеха на выходе приемного устройства окажется не ниже значения, минимально допустимого для обеспечения приема с заданным качеством.
Из таблицы 1.6 видно, что для РФ и Польши фоновая помеха заметна (критерий качества 4), в то время как в соответствии с национальными нормами других стран обеспечивается критерий качества 2 и 3, а для Канады – 1 (совершенно удовлетворительно для классической музыки), при надежности обеспечения указанного качества приема 95%.
В таблице 1.7 приведены расстояния от ВЛ для указанных отношений сигнал/помеха при различных вероятностях обеспечения качества. Из таблицы видно, что для РФ отношение сигнал/помеха 26 дБ, рекомендованное Международным консультативным комитетом радио обеспечивается с надежностью (Р = 0,95) только на расстояниях в 1,5 – 2 раза превышающих нормированное 100 м. В то же время для большинства других стран рекомендованное отношение S/N = 26 дБ обеспечивается на значительно меньших расстояниях, так для Канады это расстояние 20 – 40 метров.
Для России нормы выполняются только при отношении сигнал/помеха, равном 22 дБ, с вероятностью обеспечения качества 80%.
Из приведенных материалов видно, что требования норм РФ невысоки и электромагнитная обстановка вдоль трассы ВЛ значительно хуже, чем в других странах.
В таблице 1.8 приведены нормы на акустические помехи от линий электропередач. Для сравнения норм разных стран допустимые уровни акустических шумов были пересчитаны на 100 м от ВЛ. Как и в случае с нормами на радиопомехи нормы
Таблица 1.7. Расстояние от проекции крайней фазы на землю, на котором обеспечивается заданное отношение сигнал/помеха S/N, при выполнении национальных норм
№№ п/п |
Страна |
Расстояние от ВЛ для данного сигнал/помеха S/N, полученной при вероятности Р, м |
||||||||
S/N = 26 дБ |
S/N = 24 дБ |
S/N = 22 дБ |
||||||||
Р = 0,95 |
Р = 0,9 |
Р = 0,8 |
Р = 0,95 |
Р = 0,9 |
Р = 0,8 |
Р = 0,95 |
Р = 0,9 |
Р = 0,8 |
||
1 |
РФ |
177,4 |
151,0 |
124,6 |
153,5 |
130,6 |
107,6 |
132,7 |
112,8 |
92,9 |
2 |
США |
87,3 103,5 |
74,0 87,8 |
60,6 72,0 |
75,2 89,3 |
63,6 75,7 |
51,9 62,0 |
64,7 76,9 |
54,6 65,1 |
44,3 53,2 |
3 |
Канада |
21,3 28,7 38,8 |
16,4 23,1 32,1 |
10,6 17,2 25,2 |
16,9 23,7 32,8 |
12,0 18,6 26,8 |
5,3 12,8 20,5 |
12,5 19,1 27,4 |
7,3 14,2 22,0 |
- 8,2 16,1 |
4 |
Бразилия |
64,7 |
54,6 |
44,3 |
55,5 |
46,7 |
37,7 |
47,5 |
39,7 |
31,7 |
5 |
Япония |
73,0 |
61,7 |
50,4 |
62,8 |
52,9 |
42,9 |
53,8 |
45,2 |
36,4 |
6 |
Индия |
71,9 112,2 |
60,8 95,3 |
49,6 78,3 |
61,8 96,8 |
52,1 82,2 |
42,3 67,4 |
53,0 83,5 |
44,5 70,7 |
35,8 57,9 |
7 |
Италия |
126,1 |
107,2 |
88,2 |
108,9 |
92,5 |
76,0 |
94,0 |
79,7 |
65,4 |
8 |
Швейцария |
89,3 |
75,7 |
62,0 |
76,9 |
65,1 |
53,2 |
66,2 |
55,9 |
45,4 |
9 |
ЧССР |
73,6 116,3 |
62,2 98,8 |
50,7 81,3 |
63,3 100,5 |
53,3 85,3 |
43,3 70,0 |
54,3 86,7 |
45,6 73,4 |
36,7 60,1 |
10 |
Польша |
177,4 |
151,0 |
124,6 |
153,5 |
130,6 |
107,6 |
132,7 |
112,8 |
92,9 |
Таблица 1.8. Сравнение норм разных стран на акустический шум от линий электропередачи с мокрыми проводами
№№ п/п |
Страна организа-ция |
Место измерения |
Нормы дБ (А) |
Допустимые уровни акустических шумов на расстоянии 100 м от проекции крайней фазы на землю, мокрый провод, дБ (А) |
1 |
РФ |
Расстояние от проекции крайней фазы 100 м |
52,0 |
52,0 |
2 |
СИГРЭ |
На границе зоны отчуждения (45 м) |
50,0 |
40,5 |
3 |
Индия |
На краю зоны отчуждения (30 м) |
55,0 |
44,0 |
4 |
Италия (УВН) |
Расстояние от проекции крайней фазы 15 м |
57,0 |
44,0 |
5 |
Япония |
Непосредственно под линией |
50,0 |
35,5 |
6 |
США, нормы AEP-ASEA |
Расстояние от проекции крайней фазы 30 м |
55,0 |
44,0 |
7 |
США, нормы GE |
Расстояние от проекции крайней фазы ВЛ 362 кВ – 14 м ВЛ 550 кВ – 20 м ВЛ 800 кВ – 29 м ВЛ 1200 кВ – 43 м |
55,0 55,0 55,0 55,0 |
42,0 43,4 43,9 45,3 |
на акустические помехи в РФ оказались значительно слабее, чем в других странах.
Надо иметь в виду, что акустические помехи непосредственно связаны с напряженностью электрического поля на поверхности проводов и площадью их поверхности. Интенсивность акустических помех при удалении от линии уменьшается значительно медленнее, чем интенсивность радиопомех. Интенсивность акустических помех резко возрастает на линиях электропередач, имеющих большое количество проводов в фазе.
Акустические помехи, создаваемые короной на проводах ВЛ, будут являться одним из определяющих факторов при выборе конструкции компактных ВЛ с большим числом проводов в фазе и ВЛ ультравысокого напряжения.
Из изложенного следует необходимость сближения норм на радио- и акустические помехи РФ с мировыми стандартами.