ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ
Воздействие на организм человека

Мы не раз в журнале обращались к теме электромагнитной экологии, рассказывая о влиянии магнитных полей промышленной частоты (МП ПЧ) на организм человека и о способах защиты (например, см. «Новости ЭлектроТехники» № 5(23) 2003, № 1(31) 2005).
Сегодня наши новосибирские авторы поднимают вопросы напряженности магнитных полей, возникающих на трассах воздушных линий высокого напряжения, а также рассматривают различные конструктивные решения, позволяющие снизить негативное воздействие МП ПЧ, особенно при проведении работ на ВЛ под напряжением.

Кира Кадомская, д.т.н., профессор
Илья Степанов, аспирант
Кафедра ТиЭВН Новосибирского государственного технического университета

До последнего времени основное внимание при проектировании и эксплуатации воздушных линий высокого напряжения (ВЛ ВН) уделялось значению напряженности электрического поля по их трассам. Так как значение напряженности магнитного поля по трассе ВЛ ВН намного меньше нормируемого значения 80 А/м [1], считалось, что оно не оказывает сколько-нибудь существенного влияния на здоровье человека. Однако в последнее время в технической литературе и в средствах массовой информации появляются сообщения о том, что магнитные поля с напряженностью существенно меньше нормируемой вызывают повышенный риск возникновения онкологических заболеваний.
В частности, в США было отмечено несколько случаев заболевания раком практически всего населения домов, находящихся вблизи трасс ВЛ ВН. Причем заболевали не только люди, проживающие в течение долгого времени в этих домах, но и дети, рожденные от живших там во время беременности матерей. В этом отличие магнитного поля от электрического: электрическое поле человек ощущает сразу, а воздействие магнитного поля малой интенсивности человек не чувствует, но это воздействие может не только привести к его заболеванию, но и сказаться на следующих поколениях. Очевидно, что такое пролонгированное воздействие магнитного поля промышленной частоты на человека существенно затрудняет соответствующие медико-биологические исследования.
Одним из механизмов воздействия магнитного поля на организм человека, который признается большим количеством ученых, является уменьшение выработки гормона – мелатолина. Мелатолин, подавляющий развитие раковых клеток, вырабатывается в организме человека ночью. При воздействии магнитного поля напряженностью порядка 1 А/м эффект гибели раковых клеток либо существенно уменьшается, либо практически сходит на нет. Поэтому в настоящее время можно сформулировать две основные задачи, решение которых позволит уменьшить риск потери здоровья человеком вследствие влияния магнитных полей промышленной частоты по трассам ВЛ:

• разработку конструкций ВЛ ВН, характеризующихся пониженным уровнем электромагнитного поля по их трассам;
• уточнение на основе медико-биологических исследований нормативов по допустимой интенсивности магнитного поля.

ВОЗМОЖНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

В настоящее время в России для передачи больших мощностей на дальние расстояния используются ВЛ ВН 500 и 750 кВ традиционного исполнения с горизонтальным расположением проводов фаз и металлическими конструкциями в окне опоры. Такая конструкция ВЛ предопределяет большие значения междуфазных расстояний (рис. 1) и, следовательно, относительно небольшой эффект взаимной компенсации полей, создаваемых трехфазными токами в проводах.
Распределение напряженности магнитного поля в направлении, перпендикулярном оси ВЛ, при протекании тока, соответствующего натуральной мощности 915 МВт, показано на рис. 2. Уменьшения интенсивности электромагнитного поля по трассам ВЛ ВН можно добиться путем конструирования опор со сближенными фазами при расположении их в вершинах треугольника, а также при использовании многоцепных опор с вертикальной подвеской проводов при их оптимальной фазировке.
На рис. 3 в качестве примеров приведены эскизы таких ВЛ: 420 кВ в Швеции (рис. 3а) и четырехцепной ВЛ 500 кВ в Китае (рис. 3б). На рис. 3б красным показана фазировка проводов, отвечающая минимуму напряженности магнитного поля, черным – традиционная фазировка. При использовании выбранной по минимуму интенсивности электромагнитного поля фазировке напряженность под линией снижается более чем в 1,5 раза.
Снижение интенсивности электрического и магнитного полей под ВЛ одноцепного исполнения достигается за счет сближения фаз (рис. 3а). Сравнение рис. 1 и 3а показывает, что междуфазные расстояния линии 500 кВ традиционного исполнения с горизонтальной подвеской проводов более чем в два раза превышают междуфазные расстояния при треугольном расположении фаз. Следует отметить также, что компактность канала передачи электроэнергии при треугольном расположении фаз приводит к существенному увеличению натуральной мощности ВЛ (в конструкции ВЛ 420 кВ, эскиз которой приведен на рис. 3а, натуральная мощность составляет 1885 МВт, т.е. более чем в два раза превышает натуральную мощность ВЛ 500 кВ с горизонтальным расположением фаз).
Максимальные значения модуля напряженности магнитного поля под ВЛ ВН и его значения на нормируемом в Европе расстоянии 30 м от оси ВЛ, рассчитанные для ВЛ ВН различного конструктивного исполнения и напряжения, приведены в табл. 1. Из таблицы видно, что максимумы напряженностей по трассам ВЛ 500 кВ (рис. 1) и 420 кВ (рис. 3а) отличаются незначительно (за счет большего значения тока в ВЛ 420 кВ повышенной пропускной способности). Однако в нормируемой зоне на расстоянии 30 м от оси линии напряженность под ВЛ 420 кВ оказывается вдвое меньше напряженности под ВЛ 500 кВ с горизонтальным расположением фазных проводов.

ТОКИ, ИНДУКТИРОВАННЫЕ В ТЕЛЕ ЧЕЛОВЕКА

В настоящее время воздействие магнитного поля промышленной частоты нормируется лишь значением модуля напряженности магнитного поля (без учета направления вектора). Так, например, в России нормируемый предельный модуль напряженности составляет 80 А/м. Однако учет направления этого вектора по отношению к человеку обуславливает различные значения индуктированных токов в его теле, определяющих тяжесть воздействия магнитного поля. Анализ влияния направления вектора напряженности магнитного поля на величины индуктированных токов в теле человека проводился на основе численного решения соответствующих уравнений Максвелла. Модель тела человека, принятая при исследованиях, показана на рис. 4.
Модель подвергалась воздействию вектора напряженности магнитного поля с модулем 80 А/м в различных его направлениях (с дискретностью 45⁰).
На рис. 5 приведена картина плотностей индуктированных токов. Как видно из этого рисунка, а также из рис. 6, наибольшая плотность индуктированного тока наблюдается в районе грудной клетки. На этом же рис. 6 проиллюстрировано влияние направления вектора напряженности магнитного поля. Видно, что наиболее опасным является вертикальное направление вектора напряженности: максимальное значение плотности тока 100,3 мкА/м наблюдается при вертикальном воздействии магнитного поля в области грудной клетки. На рис. 7 приведены значения индуктированных токов в теле человека при вертикальном направлении вектора напряженности магнитного поля при его достаточном удалении от провода (человек стоит на земле) и при его приближении к проводам, т.е. в ситуации, возникающей при ремонте ВЛ под напряжением. Из рисунка видно, что плотность продольного тока в последнем случае возрастает более чем в два раза.
К сожалению, в настоящее время нельзя дать четких рекомендаций по технологии ремонта ВЛ под напряжением (с точки зрения опасности пребывания человека в достаточно сильном магнитном поле). Все меры, которые сегодня применяются при ремонте ВЛ под напряжением, направлены на снижение уровня электрического поля. Вместе с тем опасность влияния магнитного поля, которое, кстати, не сказывается на самочувствии человека во время производства ремонтных работ, остается неисследованной [2, 3]. Влияние индуктированных магнитным полем токов малой плотности как на определенные органы, так и в целом на здоровье человека до сих пор неизвестно.
Из-за отсутствия такой информации в нормативах содержится лишь предельное значение модуля напряженности магнитного поля, которое, кстати сказать, также нельзя считать подкрепленным медико-биологическими исследованиями вследствие эффекта последействия его воздействия на человеческий организм. Настоящее исследование показало также, что необходимо учитывать направление вектора напряженности магнитного поля относительно человека. Возможно, что для безопасного пребывания человека в магнитном поле при ремонте ВЛ под напряжением достаточно было бы рекомендовать его положение относительно ремонтируемого объекта и применение определенных средств защиты.
Для разработки нормативов, которые учитывали бы все перечисленные выше факторы, необходимы общие усилия энергетиков и медиков. Энергетиков – с точки зрения расчета магнитных полей и индуктированных токов и разработки конструкций ВЛ с пониженной интенсивностью электромагнитного поля, инициируемого ВЛ ВН. Медиков – с точки зрения комплексных медико-биологических исследований влияния магнитных полей на организм человека с учетом нормирования длительности его пребывания в опасной зоне.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существенного снижения интенсивности электромагнитных полей по трассам воздушных линий электропередачи можно добиться путем сооружения многоцепных ВЛ и одноцепных ВЛ с расположением фаз в вершинах треугольника. При сооружении многоцепных ВЛ этот эффект достигается с помощью соответствующей фазировки проводов цепей.
Недостаточно характеризовать предельные значения интенсивности магнитных полей лишь значением модуля напряженности: необходимо учитывать направление вектора напряженности магнитного поля по отношению к человеку. Это обстоятельство необходимо иметь в виду при организации ремонтных работ на ВЛ под напряжением.
Максимальное значение индуктированных токов в теле человека наблюдается при вертикальном воздействии вектора напряженности магнитного поля на уровне грудной клетки. Поэтому следует уделять особое внимание анализу напряженности магнитного поля и минимизации времени пребывания человека в зоне его действия вблизи и внутри электроустановок, излучающих магнитное поле, при вертикальном направлении вектора напряженности.
Для разработки нормативов как по зоне отчуждения для ВЛ (нормативы, связанные с опасностью для здоровья населения, проживающего вблизи трассы ВЛ ВН) , так и для эксплуатационного персонала при ремонте ВЛ под напряжением совершенно необходимо проведение соответствующих медико-биологических исследований, позволяющих разработать санитарно-гигиенические нормативы, учитывающие опасность последействия магнитного поля, обусловленного повышенным риском онкологических заболеваний.
Для организации безопасного для здоровья эксплуатационного персонала ремонта линий ВЛ под напряжением в состав медико-биологических исследований необходимо включить анализ опасности воздействия повышенной напряженности магнитного поля на различные органы человека. Только такой анализ позволит электроэнергетикам разработать безопасную технологию ремонта ВЛ под напряжением.

ЛИТЕРАТУРА

1. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПин 2.2.4.1191-03, издание официальное. - Минздрав России. - 2003.
2. Дьяков А.Ф., Левченко И.И., Никитин О.А., Аношин О.А., Кужекин И.П., Максимов Б.К. Электромагнитная обстановка и оценка ее влияния на человека // Электричество. - 1997. - № 7.
3. Самойлов О.В. Проблемы электромагнитной экологии, разра- батываемые на факультете медицинской физики и биоинженерии СПбГТУ// Научно-технические ведомости СПбГТУ. – 2001. – № 3. – С. 85–89.