Магнитное поле промышленной частоты в условиях непрофессионального воздействия

Дата публикации: 
24.08.2016

магнитное поле

Результаты научных исследований, проведенных в различных странах мира, пока не дают возможности четко определить предельно допустимые уровни или другие обязательные ограничения интенсивности низкочастотного магнитного поля (>0-3 кГц) в условиях продолжительного (хронического) воздействия на людей, профессионально не связанных с обслуживанием и эксплуатацией электроустановок, являющихся источником электромагнитного поля (условия непрофессионального воздействия). Тем не менее имеющиеся данные о биологическом действии магнитного поля промышленной частоты 50 Гц, а также существенное повышении средней общей интенсивности фонового МП ПЧ в местах постоянного пребывания человека, привлекают пристальное внимание гигиенистов к этому виду электромагнитного поля, которое представляет новый потенциально опасный фактор окружающей среды.

В октябре 2001 года Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) в информационном сообщении признает, что в свете современных научных представлений МП ПЧ с плотностью магнитного потока, превышающей 0,3 -0,4 мкТл, в условиях продолжительного воздействия, возможно, является канцерогенным фактором окружающей среды. Поэтому ВОЗ рекомендует придерживаться предупредительного принципа, то есть всеми доступными средствами ограничивать воздействие МП ПЧ на организм человека.

Впервые предупредительный принцип в отношении МП ПЧ был сформулирован в 1996 году шведским национальным институтом защиты от излучений, национальными советами по электробезопасности; по здоровью и безопасности населения; по здоровью и социальному обеспечению; по строительству и планированию в совместном документе. При этом в качестве безопасного или «нормального» уровня для условий хронического воздействия, не связанных с профессиональной деятельностью в электроэнергетике, рекомендована плотность магнитного потока 0,2 мкТл.

Исследователи из Университета Карнеги (г. Питтсбург, США) сформулировали подход к проблеме действия МП ПЧ, названный «благоразумное предотвращение». Они считают, что пока наши знания связи между состоянием здоровья и воздействием поля остаются неполными, но существуют подозрения относительно неблагоприятных последствий. Поэтому необходимо предпринимать шаги, которые обеспечат безопасность и не принесутзначительных материальных расходов или других неудобств.

Обобщение результатов исследований, выполненное авторами ранге, а 'также зарубежными исследователями, указывает на возможность связи между развитием опухолевых процессов и продолжительным воздействием МП ПЧ на организм человека, так же как на возможность МП ПЧ способствовать развитию онкологических заболеваний.

Существует также предположение, что у лиц, имеющих контакт с МП ПЧ, в отдаленном будущем могут развиться различные заболевания. Например, в ряде публикаций отмечается возможность развития невродегенеративных болезней и неврологических расстройств. К этой возможной патологии в настоящее время относят депрессивный синдром, прогрессирующую мышечную атрофию (боковой амиотрофический склероз), болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также возможное учащение случаев самоубийств.

Анализ всех рассмотренных материалов позволяет сделать вывод о возможности зависимости между развитием отдаленной патологии и имеющегося у населения постоянного контакта с МП ПЧ.

Особенно актуальным является выявление источников продолжительного воздействия МП ПЧ и внедрение аффективных мероприятий по снижению интенсивности МП ПЧ в условиях непрофессионального воздействия, то есть в ситуации, когда отсутствуют регулярный инструментальный контроль за электромагнитной обстановкой и надзор за состоянием здоровья людей, подвергающихся воздействию.

В последние годы значительно увеличилось число источников МП ПЧ. Это связано с резким увеличением количества и единичной мощности электрического и электронного оборудования, используемого как в производственных, так и в бытовых условиях, а в нашей стране, как показал многолетний опыт авторов, часто встречаются организационно-технические недостатки в проектировании, монтаже и эксплуатации распределительных сетей 0,4 кВ в зданиях промышленного и гражданского назначения.

В условиях непрофессионального воздействия в подавляющем большинстве случаев источниками МП ПЧ являются элементы системы передачи и распределения электроэнергии, а также устройства конторского и бытового назначения. При этом наибольший вклад в создание продолжительно воздействующего магнитного поля в городских условиях вносят кабельные сети и электротехническое оборудование зданий, в том числе силовые трансформаторы и электродвигатели, разнесенные в пространстве системы шин электрощитов, металлические строительные конструкции и системы трубопроводов, гальванически связанные с системой зануления-заземления зданий. Режимом работы этих источников невозможно управлять ни по интенсивности, ни по продолжительности воздействия.

Известно, что магнитное поле в окружающем пространстве создается проводниками с током. Таким образом, причина появления МП ПЧ вблизи силовых трансформаторов, электродвигателей и т. п. очевидна. Более сложная ситуация с системой кабельных линий здания. Суммарный ток по линиям питания однофазных и трехфазных нагрузок, если отсутствуют токи утечки, тождественно равен нулю при любом распределении нагрузок по фазам, и магнитное поле, создаваемое протекающими в таких (без утечек) кабельных линиях токами в проложенных рядом друг с другом проводниках, также пренебрежимо мало. При появлении в кабельной линии тока утечки возникающий дисбаланс, то есть неравенство нулю суммарного тока по кабельной линии, создает в окружающем пространстве магнитное поле, медленно убывающее с увеличением расстояния от рассматриваемого кабеля. Кроме того, наличие токов утечки в системе электроснабжения здания приводит к протеканию токов по металлоконструкциям и трубопроводным системам, что также является причиной увеличения уровней МП ПЧ.

Аналогичная ситуация возникает и в случае, когда токоведущие (фазные и нулевые рабочие) проводники разнесены в пространстве (даже если отсутствует утечка тока в кабельной линии). Указанные источники МП ПЧ не характерны для .систем электроснабжения за рубежом, но, к сожалению, являются доминирующими в России. Дело в том, что национальные стандарты, основанные на рекомендациях Международной электротехнической комиссии (МЭК) и определяющие принципы построения кабельных сетей и опосредованно исключающие возможность появления утечки токов, приняты.в 1997 (ГОСТ Р 50571.10-96) и 2000 годах (7-е издание ПУЭ, главы 6 и 7.1, 7.2) и пока не нашли массового применения на практике.

С1998 по 2001 год специалисты Центра электромагнитной безопасности (ЦЭМБ) анализировали электромагнитную обстановку, формируемую источниками МП ПЧ, на объектах промышленного и гражданского назначения в Москве. Обобщенные данные о характеристиках источника иллюстрируют диаграммы.

Специалисты ЦЭМБ разработали и внедрили в практику методику диагностирования состояния электромагнитной обстановки, в том числе МП ПЧ, которая позволяет с помощью составления карт распределения интенсивности МП ПЧ в помещении локализовать источники поля и оптимально разместить рабочие места по критерию воздействия поля на персонал и технические средства. В зависимости от задачи и типа источника составляются однослойные или многослойные карты. Реализация методики требует использования специализированных средств измерения.

Своеобразным индикатором повышенного уровня МП ПЧ в помещении являются видеомониторы компьютеров, сконструированные на базе электроннолучевой трубки (ЭАТ). Если плотность магнитного потока внешнего МП ПЧ В больше 0,9 - 1,1 мкТл для дисплеев с диагональю экрана 15 дюймов и 0,4 -0,6 мкТл для 19-дюймовых моделей, на экранах видеомониторов возникает заметный глазу эффект пространственной нестабильности изображения («дрожание» по амплитуде). Это явление свойственно всем дисплеям с ЭЛТ независимо от производителя и от года выпуска. Оно исчезает после перемещения видеомонитора в зону с уровнем МП ПЧ ниже порогового.

Уместно напомнить, что в соответствии с требованиями СанПиН 2.2.2-542-96 «Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы» предельно допустимое значение плотности магнитного потока МП ПЧ, создаваемого компьютером, на рабочем месте пользователя не должно превышать 0,25 мкТл в диапазоне частот 5 - 2000 Гц, то «дрожание» изображения видеомонитора свидетельствует о как минимум 2-4-кратном превышении данных требований. При работе в таких условиях, кроме эффектов непосредственного воздействия МП ПЧ на организм, чрезвычайно быстро развиваются утомляемость, а затем и заболевания зрительного анализатора.

При выборе мероприятий по защите от воздействия МП ПЧ необходимо исходить из того, что принципиальный выбор их крайне ограничен. Защита временем принципиально не может быть использована в условиях непрофессионального воздействия МП ПЧ. Метод защиты расстоянием, как правило, также трудно реализовать, поскольку подавляющее большинство источников выявляются на уже введенных в эксплуатацию объектах и принципиальные изменения в инженерной инфраструктуре крайне трудны, а зачастую сложно даже изменить конфигурацию рабочих мест, особенно пользователей компьютеров в помещениях с инфраструктурой локальных вычислительных сетей. Таким образом, наиболее реальное решение - уменьшение величин МП ПЧ. Технически это можно осуществить, применяя магнитное экранирование, систему активной компенсации магнитного поля, уменьшая создающий МП ПЧ ток.

Как правило, при выявлении источника повышенного уровня МП ПЧ первой реакцией является желание «заэкранировать» источник. Однако, несмотря на кажущуюся простоту, при попытках реализовывать этот способ защиты приходится сталкиваться с рядом серьезных проблем, способных существенно сократить область реального применения способа.

Для реализации способа необходимо выполнить длительный мониторинг плотности магнитного потока МП ПЧ в помещениях, поскольку магнитные поля значительно изменяются с течением времени вследствие изменения нагрузок электропотребителей и, соответственно, токов в системе электроснабжения. Затем по полученным данным рассчитать параметры магнитного экрана. К сожалению, в настоящее время в России термообработанные листовые пермаллои не выпускаются. Поэтому решающим для выбора этого метода оказывается экономическая составляющая. По нашим данным, стоимость необходимого материала, выпускаемого за рубежом, составляет 360 - 380 долларов США за 1 м2, и уже на этапе закупки материала работа оказывается слишком дорогостоящей для большинства российских организаций.

Приведем один пример из практики ЦЭМБ. Под полом помещения (зал с компьютерами для выполнения графических работ) на расстоянии 1 м от пола проходит участок кабеля длиной 50 м с током утечки до 10 А. Необходимо выполнить магнитное экранирование в помещении для снижения плотности магнитного потока на высоте 1,2 м над уровнем поля. Результаты выполненного нами компьютерного моделирования показывают, что для решения этой задачи экран должен иметь П-образную форму с минимальными размерами в поперечном сечении 2,2 + 6,6 + + 2,2 = 11,0 м.

Таким образом, площадь экрана составляет 550 м2. Только на закупку материала для экрана придется затратить 203 500 долларов США. Дополнительно надо учесть затраты на предпроектное обследование помещения и проектирование экрана, его доставку, таможенную очистку и монтаж, который займет порядка одного-двух месяцев при полной остановке работы в рассматриваемом помещении. По нашим оценкам, стоимость решения задачи как минимум удвоится. Таким образом, экранирование магнитных полей, созданных токами утечки кабельных линий вследствие особенностей и ошибок монтажа системы электроснабжения, экономически нецелесообразно.

Пассивное магнитное экранирование может быть рекомендовано в случаях, когда за стеной помещений находится трансформаторная подстанция или разнесенная в пространстве система токоведущих шин распределительного устройства. Однако в этом случае целесообразно решать вопрос на стадии планирования размещения рабочих мест и проводить мониторинг электромагнитной обстановки до принятия решения о размещении постоянных рабочих мест.

В качестве альтернативы пассивному магнитному экранированию в ряде случаев может быть применено активное магнитное экранирование. В этом случае используются компенсирующие внешнее магнитное поле катушки с автоматически управляемым в них током. В результате векторного сложения результирующее магнитное поле в определенной пространственной области оказывается минимизированным. Активное экранирование может быть успешно применено для компенсации внешнего практически однородного магнитного поля в какой-то небольшой пространственной области (это следует из топологии магнитного поля колец Гельмгольца).

Способ уменьшения создающего МП ПЧ тока требует диагностики системы электроснабжения здания и последующих работ по приведению ее в порядок в соответствии с требованиями недавно введенных в действие национальных стандартов. Четырехлетний опыт работы показывает, что в 90% случаев в зданиях Москвы именно он позволяет с минимальными затратами избавиться от повышенного фона МП ПЧ. Наиболее типичные случаи:

1. Фазные и нулевые рабочие проводники системы электроснабжения разнесены в пространстве. В этом случае необходима замена таких проводных линий на кабельные, в которых токонесущие проводники находятся на минимальном расстоянии друг от друга.

2.  Вследствие постоянно встречающихся на практике и многократно повторяющихся ошибок монтажа систем зануления и заземления, повреждения изоляции нулевых рабочих проводников, то есть возникновения некорректных гальванических связей последних с металлоконструкциями и трубопроводами здания, возникают токи утечки. Путем диагностики электрощитов и кабельных линий системы электроснабжения здания с помощью специально разработанной методики выявляются конкретные места утечки тока от системы электроснабжения на металлоконструкции  и трубопроводы  здания. Далее выполняются работы по ликвидации указанных гальванических связей. В крайнем случае, может потребоваться перекладка или замена ряда кабельных линий.

Таким образом, исследования показали, что МП ПЧ биологически значимого уровня (0,2 мкТл и выше) продолжительного периода воздействия имеют широкое распространение в условиях непрофессионального воздействия. Они фиксируются на постоянных рабочих местах независимо от профессиональной категории работающих.

Рекомендованная Всемирной организацией здравоохранения предупредительная политика в отношении МП ПЧ требует проведения тщательного контроля источников МП ПЧ в условиях непрофессионального воздействия и проведения организационно-технических защитных мероприятий.

Современные технологии позволяют эффективно осуществлять анализ электромагнитной обстановки, составляя карты распределения и проводя мониторинг интенсивности МП ПЧ в производственных помещениях, определяя источники и режим их работы.

Опыт исследований и работ по практической нормализации электромагнитной обстановки, выполненных ЦЭБМ в 1998 - 2001 годах в Москве, показывает, что наиболее распространенным и значительным по величине источником МП ПЧ для условий непрофессионального воздействия являются системы электроснабжения зданий и сооружений, имеющие токи утечки.

Использование пассивного магнитного экранирования не всегда является оправданным с точки зрения технико-экономических показателей методом борьбы с повышенным уровнем МП ПЧ.

При выполнении работ по защите персонала от воздействия МП ПЧ необходимо опираться на комплексный подход, включающий точное диагностирование состояния электромагнитной обстановки, его временных вариаций, анализ режима работы источника МП ПЧ и факторов влияния на формирование электромагнитной обстановки, разработку мероприятий по защите на основе выбора метода с учетом технико-экономических показателей.

 

электромагнитное поле