ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ 500 И 750 кВ НА ОБСЛУЖИВАЮЩИЙ ПЕРСОНАЛ И СРЕДСТВА ДЛЯ ЕГО ЗАЩИТЫ
В. П. КОРОБКОВА, Ю. А. МОРОЗОВ, М. Д. СТОЛЯРОВ,
Ю. А. ЯКУБ (СССР)
ВВЕДЕНИЕ
Исследования влияния электрического поля распределительных устройств сверхвысокого напряжения на человека ведутся в СССР с 1962 г. Кроме непосредственного воздействия электрического поля, изучается воздействие электрических разрядов, возникающих при прикосновении к различным предметам, конструкциям, оборудованию и т. п. из-за разности потенциалов относительно земли на них и па человеке.
Исследования показали, что с повышением рабочего напряжения установок увеличивается воздействие электрического поля. Это обстоятельство должно учитываться при проектировании и эксплуатации подстанций 500 кВ и выше и в особенности при проведении исследовательских и проектных работ в области распределительных устройств ультравысоких напряжений.
Непосредственное воздействие электрического поля
- Результаты медико-физиологических исследований.
После нескольких месяцев эксплуатации первых подстанций 500 кВ часть персонала начала жаловаться на головные боли и плохое самочувствие, связывая это с длительным пребыванием в электрическом поле. С целью изучения биологической активности электрического поля распределительных устройств 500 кВ было организовано систематическое медицинское обследование около 250 чел., длительно работавших на таких подстанциях. Оценка исследований воздействия электрического поля производилась как по абсолютным показателям состояния здоровья обследуемых, так и сопоставлением их с персоналом подстанций 110 и 220 кВ. Обследования показали [Л. 1], что длительная работа па подстанциях 500 кВ без средств защиты приводит к нарушению функционального состояния центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, изменению состава крови и снижению половой потенции.
Наблюдения за динамикой изменения обнаруженных расстройств в течение ряда лет показали, что их стойкость и интенсивность нарастают с увеличением стажа работы. Воздействие электрического поля усиливается с увеличением рабочего напряжения. Перевод нескольких подстанций с 400 на 500 кВ сопровождался значительным ростом указанных расстройств и нарушений.
Помимо медицинских, производились физиологические обследования людей непосредственно на действующих электроустановках [Л. 2]. Они подтвердили наличие неблагоприятного воздействия поля на человека и позволили уточнить характер возникающих изменений. Оказалось, что глубина функциональных расстройств находится в прямой зависимости от длительности пребывания в поле.
- Критерии, характеризующие непосредственное воздействие. Критерии, с помощью которых следует оценивать непосредственное воздействие электрического поля на человека, должны соответствовать механизму этого воздействия, быть контролируемыми и допускать нормирование.
Напряженность электрического поля на рабочем месте хорошо характеризует степень непосредственного воздействия электрического поля на человека и соответствует механизму этого воздействия. Напряженность электрического поля измеряется специальным прибором [Л. 3], принцип действия которого основан на измерении тока, протекающего между пластинами антенны, образующими диполь.
Градиент напряженности у поверхности тела человека также соответствует механизму непосредственного воздействия электрического поля. Однако пока окончательно не установлено, какой из участков тела наиболее подвержен воздействию электрического поля, поэтому сейчас трудно установить методику измерений градиентов и их нельзя нормировать.
Потенциал на рабочем месте связан с напряженностью известными соотношениями, однако отсутствие непосредственной связи с механизмом воздействия поля на человека затрудняет использование этого критерия.
Ток, протекающий через человека (ток влияния), связан с напряженностью на поверхности его тела. Однако этот ток меньше других критериев соответствует механизму непосредственного воздействия поля, поскольку он зависит от распределения поля на поверхности тела, т. е. от напряженности даже у тех участков тела, на которые поле воздействовать не может.
Величина тока влияния зависит от положения человека в электрическом поле и при одной и той же напряженности (т. е. при одной и той же степени воздействия) может быть различной.
В СССР в качестве основного критерия, характеризующего воздействие электрического поля на человека, принята напряженность электрического поля на рабочем месте.
Воздействие электрических разрядов
- Причины возникновения разрядов. Если человек, находящийся в электрическом поле, изолирован от земли (слоями грунта с низкой проводимостью, изолирующей подошвой обуви и т. п.), на нем наводится напряжение, величина которого достигает 6 кВ при работах, не связанных с подъемом на высоту, и 30 кВ на высоте. Прикосновение к заземленным предметам в таких условиях сопровождается разрядом емкости (рис. 1), и в месте соприкосновения появляется дуга. Через человека, помимо тока влияния, протекают при разряде импульсы тока (рис. 2):
Рис. 1. Схема замещения для случая прикосновения человека к заземленному Предмету. 1ВЛ - ток влияния; ip — ток разряда; U3 — эквивалентное напряжение источника влияния; Сэ эквивалентная емкость относительно источника влияния; R4-3 и Сч_3 — активная и емкостная составляющие полного сопротивления между человеком и землей до разряда; Rnp — сопротивление прикосновения.
Амплитуда тока разряда максимальное значение напряжения, при котором происходит первый пробой промежутка «человек — заземленный предмет». Сопротивление прикосновения зависит от того, как прикасается человек к заземленному предмету: непосредственно или через промежуточное проводящее звено (например, гаечный ключ). Во втором случае оно примерно на порядок ниже, чем в первом. Максимальное измеренное в реальных условиях значение амплитуды тока разряда составило около 8 А при непосредственном прикосновении и около 70 А при прикосновении через промежуточное проводящее звено. Соответствующие этим значениям постоянные времени разряда равны 0,5 и 0,05 мкс.
Разряды могут возникать и при прикосновении к изолированным от земли машинам, механизмам, отключенным токоведущим частям аппаратуры и т. п. В этом случае они связаны с напряжением, наводимым на изолированном предмете, и имеют место независимо от того, заземлен человек или нет.
Амплитуда тока разряда при прикосновении к изолированным предметам может существенно превосходить указанные выше.
- Возможные последствия воздействия разрядов. Степень непосредственной опасности тока разряда можно охарактеризовать критическим импульсом [Л. 4]. Энергия единичного импульса значительно меньше критической, и хотя единичные импульсы тока разряда непосредственной опасности не представляют, они могут явиться причиной нарушения процессов возбуждения и торможения в коре головного мозга, что стимулирует непроизвольную двигательную реакцию. Это особенно опасно при работе на высоте, так как может привести к падению. Частые разряды, сопровождающиеся болевыми ощущениями, могут и самостоятельно воздействовать на организм человека, вызывая фазное изменение электрической активности коры головного мозга. При этом начальное возбуждение сменяется резким торможением. Может нарушиться регуляция ритма дыхания и работы сердца [Л. 5].
Рис. 2. Характер изменения тока разряда при непосредственном прикосновении человека к заземленному предмету (опыт в условиях лаборатории).
2.3. Критерии, характеризующие воздействие разрядов на человека. Воздействие электрических разрядов на человека лучше других показателей характеризуется напряжением, наводимым на нем в электрическом поле. Этот критерий учитывает не только интенсивность поля, но и качество изоляции между человеком и землей. Однако при нормировании приходится исходить из худших условий, считая, что активная составляющая полного сопротивления «человек — земля» бесконечно велика. Учет реальных значений R4-з затрудняет использование нормативов в тех случаях, когда измерить напряжение на человеке невозможно (например, при проектировании).
Таким образом, оба вида воздействия электрического поля на человека — непосредственное и электрических разрядов — можно характеризовать одним и тем же критерием, что существенно облегчает нормирование.
