Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Электромагнитные влияния действующих электроустановок на смежные объекты 12
1.1. Электрические влияния 16
1.2. Магнитные влияния 20
1.3. Проблема влияния электрических и магнитных полей промышленной частоты на человека 21
1.4. Выводы к главе 1 26
Глава 2. Методы расчета и измерения напряженности электрических и магнитных полей промышлен ной частоты 27
2.1. Расчет электрических и магнитных полей промышленной частоты 28
2.2. Программно-вычислительные комплексы для расчета электрических и магнитных полей промышленной частоты 30
2.3. Измерение электрических полей промышленной частоты...33
2.4. Измерение магнитных полей промышленной частоты 44
2.5. Аппаратные средства для анализа электрических и магнитных полей промышленной частоты в электрических сетях 50
2.6. Выводы к главе 2 57
Глава 3. Универсальный измеритель напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты «Признак-ЮМ» 59
3.1. Методика измерения электрических полей промышленной частотыты 59
3.3. Основные направления совершенствования средств измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты 64
3.4. Инструментальное обеспечение аппаратно-программного комплекса «ПРИЗНАК-ЮМ» 65
3.5. Алгоритмическое обеспечение аппаратно-программного комплекса «ПРИЗНАК-ЮМ» 68
3.6. Основные характеристики универсального измерителя напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты «ПРИЗНАК-ЮМ» 71
3.7. Выводы к главе 3 72
Глава 4. Методы инструментальной оценки количественного воздействия электромагнитного поля на человека в электрических сетях 74
4.1. Методы оценки воздействия электрического и магнитного поля на персонал в электрических сетях 74
4.2. Алгоритм инструментальной оценки количественного воздействия электрического поля промышленной частоты на человека 79
4.3. Алгоритм инструментальной оценки количественного воздействия магнитного поля промышленной частоты на человека 82
4.4. Применение аппаратно-программного комплекса «ПРИЗНАК- 10МП» для оценки количественного воздействия электрических и магнитных полей промышленной частоты на персонал 89
4.5. Выводы к главе 4 91
Глава 5. Исследование основных факторов, влияющих на уровни напряженности электрических и магнит ных полей промышленной частоты 92
5.1. Исследование влияния погодных факторов на уровни напряженности электрических и магнитных полей действующих электроустановок 101
5.2. Исследование влияния режимных параметров электрических сетей на уровни напряженности электрических и магнитных полей 102
5.3. Мероприятия по обеспечению безопасного проведения работ в электрических сетях при наличии повышенных уровней электрических и магнитных полей 104
5.4. Выводы к главе 5 І05
Заключение 107
Литература
- Проблема влияния электрических и магнитных полей промышленной частоты на человека
- Программно-вычислительные комплексы для расчета электрических и магнитных полей промышленной частоты
- Основные направления совершенствования средств измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты
- Методы оценки воздействия электрического и магнитного поля на персонал в электрических сетях
Введение к работе
Промышленные инфраструктуры, в том числе и объекты электроэнергетики, оказывают значительное влияние на окружающую среду. Так, существование большого числа различных энергообъектов, являющихся источниками электромагнитных излучений, приводит к ухудшению электромагнитной обстановки (ЭМО). При этом интенсивность электромагнитных полей (ЭМП), в настоящее время, многократно превосходит уровень естественного электрического (ЭП) и магнитного поля (МП) Земли. Прежде всего, это оказывает негативное влияние на здоровье людей [1-12], а также обостряет проблему электромагнитной совместимости (ЭМС) технических структур в энергетике, что в свою очередь затрагивает надежность функционирования ЭЭС в связи с постоянным внедрением современных микропроцессорных средств управления этими системами и кроме того, во многом предопределяет качество радиовещательных, телевизионных и других видов связи [13-18].
В связи с этим появилась необходимость решения сложной задачи электромагнитных влияний с позиций ЭМС, требующей создания такой ЭМО, когда электрооборудование и приборы нормально функционируют в реальной электрической сети, не внося никаких помех (искажений). В свою очередь проблема, связанная с негативным влиянием на человека низкочастотных электрических и магнитных полей, создаваемых электроэнергетическими и электротехническими установками на производстве и в быту - биоэлектромагнитная совместимость (БЭМС), широко обсуждается в ведущих международных электротехнических и медицинских организациях [2,3,6-8,15] с целью конкретизации реальной опасности и выработки соответствующих нормативных документов по защите персонала и населения от электромагнитного излучения [4,8].
Следует отметить, что изучению проблемы электромагнитных влияний действующих электроустановок посвящено большое количество
работ, как в нашей стране, так и за рубежом [1-20,27-35,37-40,42-52,54-57,63,64,72-76,84-86]. Существенный вклад в исследование различных вопросов данной проблемы внесли Григорьев 10. Г., Колечицкий Е.С., Хаби-гер Э., Шваб А. и другие. В настоящее время отдельные аспекты проблемы электромагнитных влияний рассматриваются в работах Белоголовского А.А., Бурмистрова М.М., Горбачева П.А., Гусева Ю.Н., Дмитриева И.А., Довгуши В.В., Долина П.А., Дьякова А.Ф., Ильина Л.А., Кайданова Ф.Г., Кармашева B.C., Кудрина И.Д., Курбацкого В.Г., Максимова Б.К., Матвеева В.Ф., Миронова В.Г., Плиса А.И., Рубцовой Н.Б., Тихонова М.Н., То-карского А.Ю., Ушанова В.П., Чеснокова Н.М., Шалимова М.Г., Шкарина Ю.П., Яковкиной Т.Н., Боннела, Мадцока, Майергойза И.Д., Тазони О.В. и их коллег.
Однако оценка реальных уровней напряженности электрических и магнитных полей вблизи электроэнергетических объектов с учетом сложности электрических соединений и строительных конструкций, а также схемно-режимных особенностей исследуемого участка электрической сети до сих пор остается сложной научно-технической проблемой, требующей всестороннего изучения.
Целью диссертационной работы является совершенствование практических методов и алгоритмов инструментальной оценки ЭМО объектов электроэнергетики, разработка универсального аппаратно-программного комплекса для измерения напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты (ПЧ) в сложных электрических сетях энергосистем (ЭЭС), количественная оценка воздействия низкочастотного ЭМП на персонал в электрических сетях.
Для достижения поставленных целей в работе были поставлены и решены следующие задачи:
1. Анализ существующих методов расчета электромагнитных полей действующих электроустановок и их практическая реализация в современных программно-вычислительных комплексах.
Анализ известных методов инструментального измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты (ПЧ).
Исследование возможности использования существующих средств измерения электромагнитных полей для оценки ЭМО.
Разработка универсального аппаратно-программного комплекса (АПК) для измерения напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты, создаваемых множественными источниками полей.
Исследование влияния режимных параметров электроустановок и погодных факторов на уровни электромагнитных полей.
Всестороннее изучение проблемы электромагнитных влияний действующих электроустановок с позиций (БЭМС) для обеспечения безопасных условий производства работ.
Дальнейшее развитие и совершенствование методов и средств количественной оценки воздействия электрических и магнитных полей на персонал в электрических сетях.
Реализация алгоритмов дозиметрии электрических и магнитных полей в АПК «ПРИЗНАК-ЮМ»
Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач применялись методы теории электромагнитного поля с использованием фундаментальных законов электротехники, методы теории моделирования.
Проверка эффективности предложенных методов проводилась с помощью прямых измерений отдельных характеристик ЭМО и в результате вычислительных экспериментов.
Обоснованность и достоверность научных положений, теоретических выводов, основных результатов и рекомендаций диссертации подтверждены широкомасштабными экспериментальными исследованиями в электрических сетях энергосистем и распределительных сетях промышленных предприятий.
Научная новизна.
Обобщены и получили дальнейшее развитие алгоритмы количественной оценки воздействия электрических и магнитных полей промышленной частоты на персонал в электрических сетях. Разработаны математические модели для дозиметрии электрического и магнитного поля промышленной частоты.
Основные положения, выносимые на защиту:
Методы измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты, создаваемых множественными источниками.
Аппаратно-программный комплекс «ПРИЗНАК-ЮМ» и его персональная модификация «ПРИЗНАК- 10МП», предназначенные для измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты, и количественной оценки вредного воздействия ЭМП.
Алгоритмы дозиметрии вредного воздействия электрических и магнитных полей промышленной частоты на персонал в электрических сетях.
Практическая ценность. Разработанные с участием автора и реализованные в АПК «ПРИЗНАК-1 ОМ» алгоритмы позволяют осуществить экспресс-анализ электрических и магнитных полей промышленной частоты, создаваемых действующими электроустановками в электрических сетях и организовать мониторинг характеристик ЭМО, а также эффективно оценить количественное воздействие ЭМП ПЧ на персонал в электрических сетях.
Реализация работы. Исследования диссертационной работы выполнены в рамках хоздоговорных работ с предприятиями электрических сетей и электромонтажными организациями, а также в рамках госбюджетных работ по различным научно-техническим планам. Разработанный АПК «ПРИЗНАК-ЮМ» защищен патентом РФ №44832.
Полученные в диссертационной работе результаты, в настоящее время, используются в учебных курсах «Электромагнитная совместимость техни-
ческих средств в электроэнергетике», «Эксплуатация энергосистем» и «Основы электробезопасности» для специальности 100200.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные её разделы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, региональных конференциях, в том числе на:
Региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «НАУКА. ТЕХНИКА. ИННОВАЦИИ» (НГТУ, г. Новосибирск, 2001,2002,2004);
Всероссийской научно-технической конференции «Энергосистема: управление, качество, безопасность» (УГТУ-УПИ г. Екатеринбург, 2001,2004);
Третьей всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» (АмГУ г. Благовещенск, 2003 );
Международной научно-технической конференции «Пути и технологии экономии и повышения эффективности использования энергетических ресурсов региона» (КнАГТУ, г. Комсомольск на Амуре, 2003.);
Молодежной научно-практической конференции «Будущее Братска» (диплом, первая премия, г.Братск, 2003.);
Московской молодежной научно-технической конференции «Методы и средства измерительно-информационных технологий» (диплом, НИЦ СНИИП, г.Москва 12-16 апреля 2004)
Научно-технических конференциях Братского ГосударствеЕиюго Технического Университета (БрГТУ, г.Братск 2000-2004).
Второй межрегиональной научно-практической конференции «Охрана окружающей среды в муниципальных образованиях на современном этапе» (БрГТУ, г.Братск, 2005.)
Публикации. По теме диссертации соискателем лично и в соавторстве опубликовано более 25 печатных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения; пяти і^лав; заключения; списка литературы, включающего 105 наименований; 5 приложений.
Во введении обосновывается актуальность проблемы оценки ЭМО в электроэнергетике. Сформулирована цель и структура предстоящей работы, показана научная новизна проведенных исследований и их практическая ценность. Представлены сведения о внедрении работ, перечислены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе отмечается, что вопрос обеспечения ЭМС в электрических сетях до настоящего времени сохраняет свою актуальность. Представлен анализ состояния проблемы электромагнитных влияний действующих электроустановок на смежные объекты и персонал в электрических сетях.
Во второй главе проанализированы методы оценки электромагнитных полей от действующих электроустановок. Дано описание методов расчета и измерения электрических и магнитных полей, рассмотрены их достоинства и недостатки. Проанализированы возможности современных средств измерения ЭМП, выявлены их недостатки и пути дальнейшего совершенствования.
В третьей главе предложены методы измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты, создаваемых множественными источниками. На основе данных методов разработан аппаратно-программный комплекс «ПРИЗНАК-ЮМ», предназначенный для измерения ЭМП ПЧ в электрических сетях.
В четвертой главе проведен анализ действующих норм БЭМС с целью определения возможности их применения для количественной оценки вредного воздействия ЭМП ПЧ на человека. Разработаны математические модели для дозиметрии электрического и магнитного поля, на основе которых предложены алгоритмы количественной оценки воздействия электрического и магнитного поля промышленной частоты на персонал в элек-
трических сетях. Разработана персональная модификация АПК «ПРИЗНАК- 10МП», в которой реализованы алгоритмы дозиметрии электрических и магнитных полей промышленной частоты.
В пятой главе основное внимание уделено исследованию влияния отдельных факторов на уровни напряженности электрических и магнитных полей ПЧ, таких как режимные параметры, погодные факторы и др.
В заключении сформулированы основные результаты работы и указаны пути дальнейших исследований в области оценивания электромагнитных влияний.
В приложениях представлены материалы разработки аппаратной части АПК «ПРИЗНАК-1 ОМ» и «ПРИЗНАК-І ОМП», схемные, конструктивные и другие технические решения, реализованные в них, а также приведено описание работы с АПК, результаты экспериментальных исследований, а также материалы внедрения и патент на АПК.
Проблема влияния электрических и магнитных полей промышленной частоты на человека
Электромагнитная составляющая или продольная ЭДС (ЭМН) UM индуктируется в подверженном влиянию объекте за счет электромагнитной связи с токоведущими частями действующей электроустановки, и определяется выражением [26,35]: UM—J-e»-ZM,,-I, (1.11) где І; - ток в фазном проводе влияющей электроустановки, А; M,-j - коэффициент взаимной индукции (КВИ) между влияющим и подверженным влиянию объектом, Гн; со - круговая частота влияющего тока, с"1 Величина UM зависит от токов действующей электроустановки, геометрических размеров, взаимного расположения отдельных её частей и объекта, подверженного влиянию и определяется индуктивными связями системы.
В работах [22-24,26,35 ] рассматриваются способы определения КВИ для плоскопараллельного поля в случае влияния одной или нескольких действующих ВЛ на одиночную отключенную ВЛ. К сожалению, для трехмерного поля, при наличии объектов влияния сложной конфигурации, универсальной методики расчета КВИ практически не существует.
Частным случаем магнитных влияний является влияние МП действующей электроустановки на биологический объект. Под действием внешнего магнитного поля происходит намагничивание, механизм которого определяется природой биологической системы, вещества в которой обычно являются диамагнитными и парамагнитными [36]. Как отмечается в [20], подавляющее большинство биологических систем имеет значительные области, обладающие электролитическими свойствами. Поэтому электрически заряженные частицы в этих областях, под действием МП совершают вращательное движение, т.е. порождают вихревые токи 1м, которые изменяют состояние биологической системы. Плотность индуктированных вихревых токов может быть различна в зависимости от напряженности магнитного поля (Н) и индивидуальных особенностей организма.
В практике изучения магнитных влияний на биологические объекты оценка величины индуктированных в теле вихревых токов осуществляется по уровню напряженности МП, создаваемому влияющей электроустановкой [20].
Действующие электроустановки высокого уровня напряжения и тока создают в окружающем пространстве электрические и магнитные поля, отрицательное воздействие которых выражается в виде токов смещения и индуктированных токов в объектах, находящихся в зоне влияния.
В настоящее время накоплено достаточное количество данных о неблагоприятном влиянии ЭМП промышленной частоты (ПЧ) на человека. Известны работы и монографии [4,8,15,20,37-40], в которых представлены результаты исследований, выявивших отрицательное влияние электромагнитных полей ПЧ на различные жизненно важные системы человеческого организма, в частности: нервную, иммунную, эндокринную, половую и т.д.
При этом наибольшей опасности с точки зрения БЭМС подвергаются люди, работающие в зонах с высокими уровнями электромагнитных полей действующих электроустановок [4], а также население, проживающее вблизи них. В настоящее время эта проблема не утратила своей значимости, в связи с развитием электроэнергетики, с непрерывно расширяющимся применением мощных электротехнических и электронных устройств на производстве, вводом в эксплуатацию новых объектов электрических сетей, модернизацией, расширением и ремонтом уже существующих.
Согласно многочисленным исследованиям воздействия полей на человека [99] неопасной считается плотность тока в организме — 10мА/м , что соответствует при частоте 50 Гц напряженности внешних полей 20кВ/м и 4кА/м
В связи с вышеизложенным, для обеспечения безопасности человека, находящегося в зоне влияния электрических и магнитных полей промышленной частоты, отечественными стандартами [21] регламентируются уровни напряженности ЭП и МП, образующиеся вблизи действующих электроустановок.
В зависимости от уровней воздействия ЭП на персонал в электрических сетях высокого и сверхвысокого напряжений выделяются три зоны [41]:
I — в непосредственной близости от токоведущих частей, находящихся под напряжением, где напряженность электрического поля на несколько порядков превышает величину, допустимую для человека без средств защиты от влияния электрического поля. Радиус зоны I равен минимально допустимому расстоянию приближения токоведущих частей под напряжением к заземленным конструкциям;
II - на расстоянии от токоведущих частей, больше минимально допустимого, однако уровень напряженности электрического поля при этом превышает 25кВ/м. Это не позволяет персоналу находиться внутри зоны без специальных средств защиты;
Программно-вычислительные комплексы для расчета электрических и магнитных полей промышленной частоты
Задача расчета ЭМП заключается в том, чтобы на стадии проектирования путем расчета определить рабочие места, на которых напряженность поля будет превышать допустимый уровень, и предусмотреть соответствующие меры и средства защиты персонала [21,53].
Расчет электрических и магнитных полей, в общем виде, сводится к решению уравнений (1.1) или (1.2) при заданных граничных условиях. Решение же, можно производить аналитическими или численными методами. Содержание известных аналитических методов изложено в [22-26]. Их применение возможно в тех случаях, когда форму проводников можно описать в какой-либо системе координат. На практике возникает необходимость расчета полей, вблизи проводников сложной формы. Кроме того, число проводников, поле которых подлежит расчету может быть достаточно велико [54]. По этой причине при расчете практических конструкций в основном применяются более эффективные численные методы [27], во многом свободные от этих недостатков, так как позволяют легко учитывать граничные условия всех типов [22,26] и автоматизировать процедуру расчета применительно к ЭВМ.
В настоящее время наибольшее распространение в практике расчетов ЭП и МП получили следующие численные методы [27]: метод сеток или метод конечных разностей (МКР) [23,24], метод конечных элементов (МКЭ) [26,27], метод интегральных уравнений (МИУ) [26]. Существуют также сведения о возможности применении вариационных методов (MB) и метода эквивалентных зарядов (МЭЗ) [27]. МКР, МКЭ и МИУ являются достаточно универсальными, что позволяет реализовать их на ЭВМ.
Метод конечных разностей одинаково успешно может применяться для расчета плоских, плоскомеридианиых и трехмерных; неизменных и изменяющихся во времени электрических и магнитных полей в однородных и неоднородных средах на ЭВМ [27].
Как отмечается в [23], к основным недостаткам МКР следует отнести: - определенные затруднения при описании криволинейных участков границ с помощью прямоугольной сетки; - необходимость введения дополнительных граничных условий для открытых областей, что приводит к дополнительной погрешности; - в результате расчета известны потенциалы только в узлах сетки.
В работе [27] описываются вариационные методы, которые требуют индивидуального подхода к решению каждой задачи, и могут применяться пользователями, прошедшими специальную подготовку. Это не позволяет в полной степени унифицировать MB для реализации на ЭВМ.
Метод конечных элементов [26,27], является синтезом МКР и MB, Основным преимуществом МКЭ перед МКР является возможность достаточно точного описания сложных границ путем применения криволинейных элементов. Так же как и МКР, МКЭ применим только для закрытых расчетных областей. МКЭ одинаково успешно может применяться для расчета плоских, плоскомеридианных и трехмерных; неизменных и изменяющихся во времени электрических и магнитных полей в однородных и неоднородных средах.
Метод интегральных уравнений [27] представляет собой метод расчета ЭП и МП, применяемый главным образом для решения двухмерных задач. Имеется два варианта МИУ, различающиеся способом задания источников поля [26]. Оба варианта МИУ могут применяться для расчета электрических и магнитных полей на ЭВМ [27] в плоскопараллельном и трехмерном полях в однородных и неоднородных средах.
МКР, МКЭ и оба варианта МИУ реализованы на ЭВМ в различных программах расчета полей [55-57]. Как отмечается в [27] , чем сложнее метод, тем больше машинных ресурсов он требует.
Всесторонний анализ методов расчета ЭМП показал, что успешный расчет с заданной точностью может быть получен только при использовании достоверных исходных данных, включающих в себя как геометрические, так и электрофизические параметры расчетной области.
На основе вышеизложенных методик в настоящее время разработано множество программно-вычислительных комплексов (ПВК), ориентированных на расчет электромагнитных влияний от действующих электроустановок высокого напряжения и тока [55-57,101]. В зависимости от используемого алгоритма ПВК ориентированы на расчет плоскопараллелыюго (двухмерного) или трехмерного поля.
Программы анализа двухмерного поля чаще всего применяются для определения характеристик ЭМО вблизи ВЛ электропередачи, имеющих большую протяженность. Наиболее известными среди отечественных ПВК данного типа являются программы: «Sky-EF», «L-Field» и «Field» Московского энергетического института [55]; «Программа расчета магнитных полей высоковольтных ЛЭП», разработанная суздальскими специалистами [56];. Среди зарубежных ПВК для анализа плоскопараллельного поля можно выделить [57]: «Quick Field», фирмы Terra Analysis со.; «TriComp», фирмы Field Precision; «Ansys Emag», фирмы Ansys и многие другие.
Основные направления совершенствования средств измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты
В процессе совершенствования существующих методик измерения ЭМП промышленной частоты с учетом современных требований (ПРИЛОЖЕНИЕ 1) и возможностей были определены основные направления модернизации существующих СИ ЭМП [77]. В первую очередь это связано с устранением выявленных в ходе анализа и эксплуатации СИ недостатков, а также дальнейшим развитием средств измерения.
Наряду с этим, в процессе модернизации существующих СИ было признано целесообразным, не только расширить возможности уже имеющихся приборов, но и реализовать их на современной элементной базе с использованием быстродействующих микропроцессоров (МПР) в частности фирмы MICROCHIP. Благодаря многоканальному встроенному аналогово-цифровому преобразователю (АЦП), наличию большого количества портов ввода вывода и высокому быстродействию такие МПР позволяют не только полнее реализовать известные алгоритмы обработки информации, но и обеспечить возможность оперативного пополнения СИ новыми алгоритмами и программами, без изменения конструкции прибора.
Принимая во внимание все вышеизложенное, после длительного изучения возможностей МПР различных моделей, для создания нового СИ предпочтение было отдано микропроцессорам РІС 16F876-I/P-20 и PIC16F877-I/P-04 [78,79], разработанным под специализированный язык программирования «ASSEMBLER for MICROCHIP» [80].
Возможности МПР ряда PIC16F87X весьма разнообразны. Так, программа, записанная в его постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) позволяет: быстро обрабатывать результаты измерений, поступающие через 3 независимых канала АЦП; выводить результаты работы на дисплей по 4-х и 8-ми разрядной шине, интерфейсам SSP или НС; передавать данные по всевозможным протоколам на другой процессор или даже IBM совместимый компьютер.
Кроме того, PIC16F87X имеет электрически перепрограммируемое ПЗУ, позволяющее быстро изменить алгоритм программы. Быстродействие выбранного МПР составляет более 1 миллиона операций в секунду.
Таким образом, широкие возможности PIC16F87X и относительная простота языка «ASSEMBLER for MICROCHIP» позволили в новом АПК наиболее эффективно и полно использовать как ресурсы МПР, так и ресурсы самого языка (ПРИЛОЖЕНИЕ 1,2,3).
В основе аппаратной части АПК лежит общий принцип построения всех измерителей напряженности поля, представленный выше. Новый измеритель состоит из двух основных частей (рис.3.3), в состав каждой из которых входит ряд блоков. Первой частью является измерительный зонд (ИЗ) электрического и магнитного полей. Вторая часть представляет собой модуль интерфейса (МИ). Обе части соединены оптической линией связи. Сигнал, с блоков 1-3 или 4-6 представляющих собой анизотропные датчики ЭП и МП, поступает через коммутатор аналоговых сигналов (КАС) (блок 7) на предварительный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (блок8). Этот блок имеет усилитель-мультиплексор, реализую щий переключение пределов измерения, при подаче команды с микропроцессора №1 (блок 11). Сигналы, усиленные в блоке 8, поступают через фильтр основной гармоники (блок 9) на прецизионный выпрямитель сигнала (блок 10). По существу, на выходе блока 10 формируется модуль входного сигнала. В дальнейшем, усиленный, отфильтрованный и выпрямленный сигнал поступает на аналоговые входы микропроцессора №1 (блок 11). В нем производится преобразование сигналов в цифровую форму и их математическая обработка. Затем сигнал поступает через оптические порты (блоки 12 и 13) в микропроцессор №2 (блок 14) для запоминания и визуализации (блоки 16, 17, 19 и 22). В модуле интерфейса предусмотрен драйвер RS232 совместимого порта (блок 18), для передачи содержимого памяти в IBM совместимый компьютер. Обе части прибора - ИЗ и МИ имеют независимые источники питания (блоки 20, 21).
Предлагаемая на рисунке 3.3 блок-схема является достаточной для создания аппаратной части измерителя напряженности электромагнитных полей промышленной частоты. К важнейшим её достоинствам можно отнести: - отсутствие гальванической связи между ИЗ и МИ, способствует повышению точности измерения ЭП, вследствие значительного снижения искажений картины поля; - цифровая обработка результатов измерения значительно расширяет возможности алгоритмического обеспечения; - управление пределами измерения осуществляется автоматически при помощи электронных коммутаторов аналогового сигнала; - выбор измеряемой величины (Е или Ы) осуществляется по команде с клавиатуры. Датчики ЭП и МП находятся в одном корпусе, поэтому нет необходимости их перестановки.
Методы оценки воздействия электрического и магнитного поля на персонал в электрических сетях
Проблема электромагнитного загрязнения окружающей среды стала одной из доминирующих в экологии промышленно развитых и развивающихся государств. Основными факторами хронического электромагнитного загрязнения среды здесь выступают электрические и магнитные поля низких частот от высоковольтных электроэнергетических объектов (линии электропередачи, станции и подстанции энергосистемы), многие из которых расположены вблизи или непосредственно в городской черте, либо пересекают территории жилой застройки. Многофакторность воздействия электрических и магнитных полей на экологию окружающей среды и здоровье человека требует комплексного решения проблемы количественной оценки этого воздействия. Длительное время, вплоть до 2003 года, отечественные нормы ЭМС [41] регламентировали длительность пребывания человека в зависимости от напряженности ЭП, полностью игнорируя влияние магнитных полей. Ситуация кардинально изменилась после введения новых нормативных документов [21], в которых используется единый подход, заключающийся в ограничении времени пребывания человека при наличии повышенного уровня ЭП или МП.
Существующие методы оценки воздействия электромагнитного ПОЛЯ на человека в отечественных электрических сетях основываются на действующих нормативных документах [21], которые регламентируют время пребывания персонала в зависимости от уровня ЭМП. Согласно этим нормам, время пребывания (ВП) человека определяется отдельно для электрического и магнитного полей.
В зависимости от напряженности ЭП ВП (рис.4.1.) определяется следующим образом [21]: при напряженности ЭП на рабочем месте до 5кВ/м включительно время пребывания не ограничивается; при напряженности ЭП, находящейся в диапазоне от 5 до 20кВ/м включительно допустимое время пребывания в ЭП, Тэ рассчитывается по выражению (1.12); при напряженности ЭП от 20 до 25кВ/м включительно допустимое Тэ составляет 10 мин. пребывание в ЭП с напряженностью выше 25кВ/м без применения средств защиты не допускается. Е, кВ/м
Кривая зависимости ПДУ напряженности ЭП от времени пребывания. Допустимое время пребывания в ЭП может быть реализовано одноразово или дробно в течение рабочего дня. В остальное время необходимо находиться вне зоны влияния ЭП или применять средства защиты.
В работах [39,42,84-86] отмечается, что основной проблемой, связанной с использованием выражения (1.12) или кривой ПДУ, приведенной на рисунке 4.1 является изменчивость ЭМО на электроэнергетических объектах и территориях, прилегающих к ним, где пространственно-временное распределение полей в большинстве случаев имеет сложный, зачастую нестационарный характер. При этом персонал, перемещающийся между зонами с различной напряженностью поля, будет подвергаться различному уровню воздействия со стороны ЭП. В таких ситуациях отечественные нормы ЭМС [21] предписывают определять приведенное время пребывания в зонах с различной напряженностью ЭП - Тпр, которое эквивалентно по биологическому эффекту пребыванию в электрическом поле нижней границы нормируемой напряженности, составляющей 5кВ/м. (4.1) Tnp =8.(ilL + i"L + ... + iE» ІТЕ1 ТЕ2 ТЕп где 1Е Е2 " ЕП " вРемя пребывания в контролируемых зонах с напряженностью Е,,Е2,...Еп,ч; ТЕ,,ТЕ2,...ТЕп - допустимое время пребывания для соответствующих контролируемых зон. Величина Тпр не должна превышать 8 часов. Количество контролируемых зон определяется перепадом уровней напряженности ЭП на рабочем месте. При этом различие в уровнях напряженности ЭП контролируемых зон устанавливается равным 1кВ/м.
Анализ выражения (4.1) показывает, что для его практического применения необходимо выполнение следующих действий: — постоянный контроль уровней напряженности ЭП для идентификации ЭМО соответствующей контролируемой зоны; - измерение реального времени пребывания в контролируемых зонах 1Е1 1П2 -"1Еп - вычисление по формуле (1.12) допустимого времени пребывания для соответствующих контролируемых зон ТЕ ,ТЕ2,...ТЕп; периодическое определение ТПр и сравнение его величины с Т5кБ/н=8ч. В работах [84-86] отмечается, что в настоящее время в отечественных электрических сетях практически отсутствуют приборы, позволяющие автоматически определять ТПР, и вся работа по вычислению (1.12) или (4.1) возлагается на персонал.
Помимо ВП в ЭП отечественные нормы ЭМС регламентируют время пребывания человека в магнитном поле [21]. Эти нормативы предписы-ВЭЕОТ определять время пребывания в МП согласно графической зависимости (рис.4.2). При этом, к сожалению, никаких математических функций, аналогичных (1.12) не предлагается. В результате корректность оценки ВП значительно снижается.
