Высокий уровень магнитного поля – Симптом СЕРЬЕЗНЫХ проблем в системе электроснабжения Михаил Матвеев, к.ф-м.н., ООО «ЭЗОП», г. Москва

В промышленных, офисных и жилых зданиях довольно часто приходится сталкиваться с ситуацией, когда уровни постоянно действующих магнитных полей оказываются выше предельно допустимых значений согласно Санитарным Правилам и Нормам (СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03). Так, для низкочастотного магнитного поля (диапазон 5 Гц – 2 кГц) в СанПиН принимается норма 250 нТл (около 0,2 А/м). В реальности поля вблизи проводки и силового электрооборудования часто достигают уровня порядка 1 А/м и выше.
Мы не будем касаться вопросов обоснованности той или иной нормы и степени опасности влияния магнитного поля на организм человека. Отметим лишь, что воздействие магнитного поля амплитудой порядка 1 А/м и выше чаще всего проявляется в виде эффекта дрожания изображения на экранах электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). Чаще всего страдают мониторы компьютеров, а точнее персонал, поскольку хотя сам компьютер остается полностью работоспособным, работа за ним становится крайне некомфортной.

Неизбежное зло или...?
На первый взгляд, генерация магнитного поля силовым оборудованием представляет собой неизбежное зло. Действительно, любой ток, протекающий в проводнике, порождает, согласно закону Био-Савара, магнитное поле напряженностью H, пропорциональное току I и обратно пропорциональное расстоянию от рассматриваемой точки до проводника (рис. 1).
Поскольку потребляемые токи определяются нагрузкой, то кажется, что единственным средством снижения уровня поля является увеличение расстояние от тока – источника поля – до, например, рабочего места с компьютером. В реальных условиях сделать это возможно далеко не всегда. Экранирование же низкочастотного магнитного поля представляет собой сложную задачу и используется крайне редко (причем успешно – почти никогда).
Однако ситуация вовсе не так безнадежна. Дело в том, что в грамотно спроектированной и выполненной системе электроснабжения ток от различных проводников компенсируется. На рис. 2, например, показана компенсация магнитного поля при протекании тока в однофазной цепи (причем фазный и N-проводник проложены рядом).
Поскольку на удалении от места прокладки проводников векторы напряженности поля от них очень близки по модулю и почти противоположны по направлению, результирующее поле оказывается много меньше поля от каждого из проводников в отдельности. Аналогичная ситуация будет и в трехфазной цепи. Таким образом, поле от кабеля, токи в котором сбалансированы (т.е. сумма токов во всех проводниках с учетом направления в каждый момент времени равна нулю) будет мало уже на расстоянии, в несколько раз превышающем диаметр кабеля.

Рис. 1 Генерация магнитного поля

Рис. 2 Компенсация магнитного поля

Случаи появления полей

1. Тогда за счет чего же возникают магнитные поля, вызывающие дрожание изображения на мониторах? Дело в том, что в некоторых случаях протекание токов разных фаз, а также токов в фазных проводниках и тока нулевой последовательности происходит по совершенно разным путям. Приведем наиболее частые причины.
2. Наличие так называемых токов утечки, когда часть тока из N- (или PEN) проводника попадает на металлоконструкции здания, PE-проводники и т.п. В этом случае фазные проводники, N- (PEN) проводники и металлоконструкции здания вместе с PE-проводниками образуют подобие рамочной антенны, внутри и вблизи которой создается значительное магнитное поле. Проблема токов утечки уже подробно рассматривалась в журнале «Новости ЭлектроТехники» № 5(23)2003, и потому останавливаться на ней не будем.
3. Прокладка фазных проводников на значительном расстоянии друг от друга. На одном из хладокомбинатов, например, мы наблюдали следующую картину: непосредственно под полом помещения, в котором размещалась компьютерная техника, проходили шины питания холодильного оборудования с межфазными расстояниями порядка метра. В результате работать за мониторами компьютеров в помещении было практически невозможно.
4. Расположение недалеко от помещения с компьютерной техникой высоковольтного оборудования (например, реакторов). По условиям обеспечения электрической прочности изоляции, расстояние между проводниками и электроаппаратами разных фаз для высоковольтного оборудования принципиально не может быть сделано малым, и потому оно является источником значительного магнитного поля.
5. Иногда системы энергоснабжения принципиально несимметричны – например, тяговые сети на железнодорожном транспорте.
6. В некоторых случаях источниками полей являются блуждающие токи в протяженных металлических коммуникациях (например, в трубопроводах различного назначения). Такие токи также могут быть следствием токов утечки в электроустановках соседних зданий. При этом генерация поля обычно не зависит от режима работы электроустановки рассматриваемого объекта.

Способы решения проблемы
Таким образом, в первую очередь следует определить причину генерации влияющего магнитного поля. В зависимости от причины могут быть рекомендованы различные подходы к решению проблемы.

• Так, если причиной являются токи утечки, в первую очередь следует привести схему электроустановки в соответствие с рекомендуемыми ПУЭ схемами TN-S, TN-C-S, чего в большинстве случаев оказывается достаточно для решения проблемы. На практике это сводится к обнаружению и устранению нежелательных соединений между N- и PE-проводниками в щитках, розетках и т.п. Хотя иногда может потребоваться более масштабная реконструкция – прокладка отсутствующих РЕ-проводников, замена существующих N-проводников, если их сечение недостаточно и т. п.
• В некоторых случаях возникает необходимость в разрыве путей протекания влияющих токов: установка изолирующих вставок на внешние трубопроводы, применение разделительных трансформаторов и т.п.
• При проектировании электроустановок следует, по возможности, избегать прокладки фазных, N- и PEN-проводников по различным трассам и на значительном расстоянии друг от друга.
• Чувствительное оборудование (компьютеры и т.п.) следует размещать на достаточном (обычно не менее 10–15 м) расстоянии от высоковольтного оборудования.
• И наконец, иногда приходится прибегать (особенно для защиты от полей чувствительного электронного оборудования, например магниторезонансных томографов) к использованию специальных систем компенсации магнитного поля, состоящих из датчика, модуля управления и токовой цепи. В этом случае датчик измеряет напряженность внешнего магнитного поля, а модуль управления создает в токовой цепи такой ток, что поле от него в месте размещения защищаемой аппаратуры компенсирует внешнее поле.