Ремонт ВЛ под напряжением - Воздействие электромагнитного поля на персонал

2.3. Воздействие электромагнитного поля на персонал, выполняющий работы под напряжением
В Советском Союзе исследования воздействия электромагнитного поля на организм человека были начаты в 50-х годах в связи с проведением работ под напряжением с непосредственным прикосновением к токоведущим частям, а также в связи с необходимостью обеспечения безопасных условий работы на подстанциях 400-500 кВ.
Особенно широкое развитие такие исследования получили во второй половине 60-х годов, когда были обследованы значительные контингенты персонала, занятого эксплуатацией электроустановок 400—500 кВ, разработаны методы и приборы для контроля интенсивности электромагнитного поля на подстанциях и вблизи ВЛ, опробованы защитные средства и мероприятия. Проведенные работы позволили впервые в мировой практике решить проблему защиты персонала, обслуживающего электроустановки высокого напряжения. Были разработаны нормы и правила по охране труда при работах на подстанциях и ВЛ напряжением 400, 500 и 750 кВ.
При работах на электроустановках с непосредственным прикосновением к токоведущим частям персонал может подвергаться следующим видам воздействия:
непосредственному воздействию электрической составляющей электромагнитного поля;
воздействию токов смещения, протекающих через тело человека; воздействию импульсных токов, имеющих место в момент переноса потенциала провода на работающего;
непосредственному воздействию магнитной составляющей электромагнитного поля.

Непосредственное воздействие электрической составляющей электромагнитного поля.

Исследования, проведенные в различных научно- исследовательских институтах по охране и гигиене труда, показали, что электрическое поле вызывает определенные изменения в органах и клетках человека, которые зависят от напряженности поля и длительности пребывания в нем.
Напряженность электрического поля в непосредственной близости от проводов ВЛ 750 кВ может достигать 1900-2000 кВ/м, что на два порядка превышает принятые в СССР гигиенические нормативы, согласно которым без средств защиты и ограничения по времени работы могут выполняться при напряженности электрического поля, не превышающей 5 кВ/м (пороговое значение), а при напряженности более 25 кВ/м выполнение работ допускается только с применением средств щиты.
Гигиенические нормативы регламентируют напряженность поля в отсутствие человека. Однако в действительности имеет место существенное искажение электрического поля присутствующим в нем человеком.
При размещении человека вдали от токоведущих частей искажения и достаточной степени могут быть учтены, что дает возможность использовать в качестве нормируемого параметра напряженность неискаженностью электрического поля. В том случае, если человек располагается в непосредственной близости от токоведущих частей, искажение учесть практически невозможно, что влечет за собой необходимость применения другого нормируемого параметра. В качестве такого параметра наиболее целесообразно использовать напряженность электрического ноля на поверхности тела человека. В качестве допустимой напряженности следует принять максимальное значение, имеющее место в верхней части головы человека.
Для определения допустимых значений напряженности специалистами Союзтехэнерго* и Донбассэнерго были выполнены ее измерения на поверхности манекена высотой 1,8 м, обшитого электропроводящей тканью, заземленного и помещенного в электрическое поле, по конфигурации близкое к тому, в котором выполнялись медико-биологические исследования в процессе разработки гигиенических нормативов. Для создания электрического поля использовался конденсатор, образованный двумя пластинами, расположенными горизонтально. Результаты измерений напряженности электрического поля, кВ/м, на поверхности манекена при различных напряженностях неискаженного электрического ноля Е0 оказались следующими:

*Работы выполнялись инж. М.Д. Столяровым, канд. техн. наук В.В. Смекаловым, инж. В .И. Трошиным, ВЛ. Таловерьей.

Как видно, напряженность электрического поля на поверхности манекена значительно превышает напряженность неискаженного поля Е0. Максимальная напряженность, имеющая место в верхней части головы (на темени), может достигать значений \6Е0 и при пороговом значении Е0=5 кВ/м составляет 75 кВ/м.
Значения напряженности электрического поля на поверхности тела человека, которые имеют место при выполнении работ под напряжением без средств защиты, оценивались расчетным путем и определялись экспериментально. Согласно расчетам напряженность поля при контакте человека с проводом ВЛ 750 кВ находится в пределах 1000 - 6000 кВ/м. Однако из [11] известно, что по мере увеличения напряжения напряженность поля, достигнув начала коронирования, далее остается практически неизменной. Ориентировочно напряженность начала коронирования можно определить, используя формулу Пика [11]

где о - плотность воздуха, равная 1 при давлении 760 мм рт. ст. и температуре 25 °С; г0 — радиус провода, см; Ек — напряженность начала коронирования, кВ/см.
Подставляя вместо радиуса провода минимальный радиус закругления поверхности тела человека (1,5 см), получим напряженность начала коронирования Ек =3880 кВ/м.
Для уточнения полученного значения напряженности были выполнены ее измерения на поверхности манекена, оклеенного фольгой и помещенного вблизи проводов экспериментального пролета ВЛ 750 кВ на опытном стенде в Донбассэнерго. Измерения выполнялись на потенциале провода из клетки Фарадея. Ниже приведены результаты измерений напряженности электрического поля, кВ/м, на поверхности манекена, расположенного вблизи проводов ВЛ 750 кВ:

Измерения показали, что напряженность электрического поля на поверхности манекена колеблется от 180 до 3200 кВ/м. При размещении манекена в подвесной монтерской кабине, состоящей из трубчатого каркаса, сиденья и сплошной металлической подставки для ног, напряженность несколько меньше, чем на манекене, находящемся на изолирующей лестнице. Это объясняется экранирующим эффектом
конструкции, в которую помещен манекен. Расположение манекена на расстоянии 0 и 2 м от проводов соответствует положению электромонтера при выполнении работ на проводах и при переносе потенциала провода на электромонтера. В промежуточных положениях (0—2 м) напряженность на поверхности манекена находится между значениями, указанными выше.
В процессе проведения измерений также установлено, что коронирование наиболее острых частей манекена (нос, кончики пальцев) наблюдается при напряженности на них примерно 3900-4000 кВ/м, что хорошо согласуется с данными расчета.
Средства защиты, применяемые для работ под напряжением, должны обеспечивать условия, при которых остаточная напряженность на теле человека не превышала бы допустимую. При этом наиболее удобно защитные свойства устройств характеризовать коэффициентом экранирования по напряженности, КЕ > Ерасч/Еяоп, который определяет, во сколько раз средства защиты должны снижать напряженность на теле человека.

Воздействие токов смещения, протекающих через человека.

Через человека, находящегося в переменном электрическом поле, протекает ток смещения. Степень воздействия тока смещения на человека зависит от значения этого тока. Порог ощущения при касании к проводу, находящемуся под напряжением (в случаях, не относящихся к протеканию токов, наведенных электростатическими полями), составляет 600 мкА [12], а по исследованиям, проводившимся в США, в общем случае не превышает 1000 мкА. Ток, протекающий через человека, индуцируемый электрическим полем 2,4 кВ/м, находится ниже порога ощущения. Однако в электрических полях, имеющих место при работах под напряжением, ток смещения через человека достигает 2000- 5000 мкА, т. е. не только значительно превышает порог ощущения, но и приближается к значению порогового отпускающего тока 6000 мкА. Поэтому при работах под напряжением с касанием к проводу на ВЛ 150 кВ и выше (по данным США выше 138 кВ) необходимо принимать меры по защите от влияния тока смещения, протекающего через человека в электрическом поле.
Параметры средств защиты должны выбираться таким образом, чтобы длительно протекающий остаточный ток не превышал не только ощутимый, но и ток, протекающий через человека, находящегося в неискаженном электрическом поле с нормируемой напряженностью. Согласно [12] зависимость тока, протекающего через человека, помещенного в равномерное вертикально направленное электрическое поле (что соответствует наиболее тяжелому случаю), выражается формулой
I= 12Е0,
где I — действующее значение тока, протекающего через человека,
мкА; Е0 - действующее значение напряженности неискаженного электрического поля, кВ/м.
Подставив числовое значение Е0, выбранное ранее (5 кВ/м), получим допустимое значение тока 60 мкА.
Вторым параметром, характеризующим свойства средств защиты, является их коэффициент экранирования по току K1 , который определяет, во сколько раз эти средства снижают ток, проходящий через человека. По аналогии с КЕ можно ввести

где /расч ~ ток, протекающий через тело человека при отсутствии средств защиты, который может быть определен по емкости человека со среднестатистическими габаритами относительно земли.
Согласно расчетам* ток смещения через работающего под напряжением на ВЛ 750 кВ равен /расч = 4800 - 4900 мкА. Следует отметить, что применение монтерской кабины позволяет уменьшить токи, протекающие через человека, в 3-4 раза. При этом большая часть тока будет приходиться не на человека, а на кабину, экранирующую работающего монтера.

Воздействие импульсных токов в момент переноса потенциала.

Значения импульсных токов (энергии разряда) через человека в момент переноса потенциала с провода, находящегося под напряжением 330- 750 кВ, на человека (рабочую площадку) составляют 140—390 А (0,64-3,24 Дж), и их воздействие может быть классифицировано как сильное болевое раздражение.
В настоящее время у исследователей нет единого мнения по поводу величины, характеризующей восприятие человеком импульсных токов малой длительности при разрядах емкостей в несколько пикофарад. Так, согласно разработкам НИИПТ, величиной, характеризующей восприятие при емкостях менее 575 пФ, является энергия разрядов. При этом в качестве неощутимого значения при сухой погоде приводится энергия 0,14 мДж- В [12] в качестве этой величины указывается максимальное значение тока, протекающего через тело человека; порогу ощущения соответствует значение 0,5-0,6 А.
Поскольку отдать предпочтение какому-либо одному критерию не представляется возможным, решение о допустимой величине воздействия импульсных токов следует принимать по итогам экспериментальных исследований.
Средства защиты персонала при выполнении работ под напряжением должны обеспечивать отсутствие неприятных ощущений в момент переноса потенциала провода на работающего.

Непосредственное воздействие магнитной составляющей электромагнитного поля.

Основной характеристикой магнитного поля является его напряженность.
Измерение напряженности магнитного поля на одной из линий 750 кВ было выполнено специалистами ВНИИ охраны труда (г. Ленинград) .
Ниже приведены результаты измерений напряженности магнитного поля, А/м, при токе по линии 0,9 кА.
Место измерения на ВЛ 750 кВ
На земле под крайней фазой в середине пролета   26
На земле на расстоянии 1 м от опоры 9
На опоре BЛ между раскосами  5
На середине стойки опоры       60
На опоре на уровне крайних фаз                 160
Согласно результатам измерений, проведенных в США, напряженность магнитного поля под проводами ВЛ 765 к В (на уровне 1,8 м от поверхности земли) не превышает 40 А/м, что достаточно сопоставимо с напряженностью, измеренной на указанной линии 750 кВ.
Напряженность магнитного поля на проводах и вблизи проводов, к которым может прикасаться или около которых может находиться персонал в процессе производства работ под напряжением, была определена авторами расчетным путем.

Рис. 2.2. Зависимость предельно допустимой напряженности магнитного поля с частотой 50 Гц от продолжительности воздействия
Рассчитанная зависимость напряженности магнитного поля от расстояния до провода ВЛ 750 кВ представлены на рис. 2.1. Непосредственно на поверхности провода напряженность магнитного поля составляет 2,88 кА/м, а по мере удаления от провода существенно снижается.

Рис. 2.1. Зависимость напряженности магнитного поля Н от расстояния I до провода расщепленной фазы ВЛ 750 кВ: г о - радиус провода
Так, на расстоянии от провода, равном его диаметру, напряженность уменьшается примерно вдвое (Я = 1,5 кА/м). Согласно расчетам, выполненным МЭИ, при токе в фазе 2 кА, что соответствует максимальной расчетной мощности, передаваемой по линии 750 кВ, напряженность магнитного поля на поверхности провода равна 5,8 к А/м.
В целом, учитывая результаты произведенных расчетов и измерений магнитного поля, можно утверждать, что при работах под напряжением, на линиях 750 кВ персонал будет находиться в местах с напряженностью магнитного поля от 6 А/м до 5,8 к А/м.
В результате исследований влияния на человека магнитных полей промышленной частоты установлены предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц, утвержденные Минздравом СССР в 1985 г.
Зависимость предельно допустимых значений напряженности магнитного поля Н от продолжительности воздействия приведена на рис. 2.2. Учитывая значение тока в фазах действующих ВЛ 220-750 кВ и длительность пребывания электромонтеров вблизи проводов при работах под напряжением, можно сделать вывод, что специальной защиты персонала от воздействия магнитной составляющей электромагнитного поля ВЛ для этих классов напряжения не требуется.