автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Исследование электромагнитной обстановки объектов электроэнергетики

СТРУМЕЛЯК Анатолий Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ ОБЪЕКТОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

Специальность 05.14.02 Электростанции и электроэнергетические

системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Братск - 2005

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Братский государственный университет» на кафедре «Систем электроснабжения»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Курбацкий Виктор Григорьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Богатырев Леонард Леонардович

кандидат технических наук, доцент

Ведущая организация:

Смирнов Валерий Анатольевич

ОАО «Иркутскэнерго»

Защита состоится «8» июня 2005г. в 14 час. 00 мин. На заседании Диссертационного совета Д 212.285.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» по адресу:

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, УГТУ-УПИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ-УПИ

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения) просим направлять в Диссертационный совет Д 212.285.03 по адресу:

620002, г. Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19, УГТУ-УПИ, ученому секретарю; факс: (3433) 74-38-84; e-mail: stas@daes.ustu.ru

Автореферат разослан «3 » *М>ЛЖ 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность проблемы. 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 искусственных электромагнитных полей (ЭМП) в настоящее время, многократно превосходит уровень естественного электрического (ЭП) и магнитного поля (МП) Земли. Это обостряет проблему электромагнитной совместимости (ЭМС) технических структур в энергетике, что в свою очередь затрагивает надежность функционирования электроэнергетических систем (ЭЭС) в связи с постоянным внедрением современных микропроцессорных средств управления такими системами, и, кроме того, во многом предопределяет качество радиовещательных, телевизионных и других видов связи.

В связи с этим появилась необходимость решения сложной задачи электромагнитных влияний с позиций ЭМС, требующей обеспечения такой ЭМО, когда электрооборудование и приборы нормально функционируют в реальной электрической сети, не внося в неё никаких помех (искажений). В свою очередь проблема, связанная с негативным влиянием на человека низкочастотных ЭП и МП, создаваемых электроэнергетическими и электротехническими установками на производстве и в быту - биоэлектромагнитная совместимость (БЭМС), широко обсуждается в настоящее время в ведущих международных электротехнических и медицинских организациях с целью конкретизации реальной опасности и выработки соответствующих нормативных документов по защите персонала и населения от электромагнитного излучения.

Следует отметить, что изучению проблемы электромагнитных влияний действующих электроустановок посвящено большое количество работ, как в нашей стране, так и за рубежом. Существенный вклад в исследование различных вопросов данной проблемы внесли Григорьев Ю. Г., Колечицкий Е.С., Habiger E., Schwab А. и другие. В настоящее время отдельные аспекты проблемы электромагнитных влияний рассматриваются в работах Белоголовского А.А., Бурмист-рова М.М., Горбачева П.А., Гусева Ю.Н., Дмитриева И.А., Довгуши В.В., Долина П.А., Дьякова А.Ф., Ильина Л.А., Кадомской К.П., Кайданова Ф.Г, Кармашева

3

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., Токарского А.Ю., Ушанова В.П., Шалимова М.Г., Шкарина Ю.П., Яковкиной Т.Н., Боннела. Маддока, Май-ергойза И.Д., Тазони О.В. и их коллег.

Однако оценка ЭМО, и в первую очередь реальных уровней напряженности ЭП и МП вблизи электроэнергетических объектов с учетом схемно-режимньгх особенностей исследуемого участка электрической сети, а также сложности электрических соединений и строительных конструкций до сих пор остается сложной научно-технической проблемой, требующей всестороннею изучения.

Целью диссертационной работы является совершенствование практических методов и алгоритмов инструментальной оценки электромагнитной обстановки объектов электроэнергетики, разработка универсального аппаратно-программного комплекса (АПК) для измерения напряженное!и электрических и магнитных полей промышленной частоты (114) в сложных электрических сетях энергосистем, количественная оценка воздействия низкочастотного ЭМП на персонал в электрических сетях.

Для достижения этих 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 (1IBK).

2. Анализ известных методов инструментального измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты (ПЧ).

3. Исследование возможности использования существующих средств измерения электромагнитных полей для опенки ЭМО.

4. Разработка универсального АПК для измерения напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты, создаваемых множественными источниками полей (Патент РФ №44832 от 27.03.05).

5. Исследование влияния режимных параметров электроустановок и погодных факторов на уровни ЭМП.

6. Всестороннее изучение проблемы электромагнитных влияний действующих электроустановок с позиций БЭМС для обеспечения безопасных условий производства работ.

7. Дальнейшее развитие и совершенствование методов и средств количественной оценки воздействия электрических и магнитных полей на персонал в электрических сетях.

8. Реализация алгоритмов дозиметрии электрических и магнитных полей в ЛПК «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 в 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:

1. Методы измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты, создаваемых множественными источниками.

2. АПК «ПРИЗНАК-ЮМ» и его персональная модификация «ТТРИЗНАК-ЮМП», предназначенные для измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты, и количественной оценки вредного воздействия ЭМП.

3. Алгоритмы дозиметрии вредного воздействия электрических и магнитных полей промышленной частоты на персонал в электрических сетях.

Практическая ценность. Разработанные с участием автора и реализованные в АГГК «ПРИЗНАК-ЮМ» алгоритмы измерения напряженности ЭМП 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.

Полученные в диссертационной работе результаты, в настоящее время, используются в учебных курсах «Электромагнитная совместимость технических 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:

1. Региональной научной конференции стулентов, аспирантов и молодых ученых «НАУКА. ТЕХНИКА. ИННОВАЦИИ» (НГТУ, г. Новосибирск, 2001. 2002, 2004);

2. Всероссийской научно-технической конференции «Энергосистема: управление, качество, безопасность» (УГТУ-УПИ г. Екатеринбург, 2001, 2004);

3. Третьей всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» (АмГУ г. Благовещенск. 2003 );

4. Международной научно-технической конференции «Пути и технологии экономии и повышения эффективности использования энергетических ресурсов региона» (КнАГТУ, г. Комсомольск на Амуре, 2003.);

5. Молодежной научно-практической конференции «Будущее Братска» (диплом, первая премия, БрГТУ, г.Братск, 2003.);

6. Московской молодежной научно-технической конференции «Методы и средства измерительно-информационных технологий» (диплом, НИЦ СНИ-ИП, г Москва 12-16 апреля 2004)

7. Научно-технических конференциях Братского Государственного Технического Университета (БрГТУ, г.Братск 2000-2004).

8. Второй межрегиональной научно-практической конференции «Охрана окружающей среды в муниципальных образованиях на современном этапе»

(БрГТУ, г.Братск, 2005.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 25 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения; пяти глав: заключения; списка литературы, включающего 105 наименований; 5 приложений.

Диссертация содержит 184 страниц машинописного текста, 32 рисунков, 13 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы оценки ЭМО в электроэнергетике Сформулированы цель и структура 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 экстремально сильные электромагнитные поля создаются на подстанциях, в непосредственной близости от мощных электрических устройств: генераторов, трансформаторов, двшателей. К числу источников электромагнитных влияний относится также передатчики телевизионного и радиосигнала, излучающие электромагнитную энергию высокой частоты: контактная сеть электрифицированного транспорта: силовое оборудование электрических станций и подстанций; воздушные линии электропередачи (ВЛ) 0.4-750кВ и т.д.

Результаты измерений напряженности 1П и МП промышленной частоты вблизи электроустановок высокого уровня напряжения и тока (рис.1.) свидетельствуют о наличии высоких уровней напряженности полей, которые могут оказывать негативное влияние на работу технических средств и здоровье человека, в связи с чем, вопросы обеспечения ЭМС и БЭМС в электрических сетях до настоящего времени сохраняют свою актуалыюсть.

Н, А/м

Е, кВ/м

- 25-р ~ -

О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

20

О

40

а)

Ь, м

б)

I, м

Рис ] Результаты измерения напряженности магнитных и электрических полей, кривая а - на расстоянии 1м от гидрогенератора с током статора 7,5 кА, кривая б

В работе из многогранной проблемы электромагнитных влияний рассмотрена проблема негативного влияния действующего силового электрооборудования электрических аанций и подстанций а также ВЛ 0 4-750кВ на человека При этом наибольшей опасности подвергается персонал, работающий в зонах с высокими уровнями электромагнитных потей тействующих электроустановок а так же население, проживающее вблизи них

В связи с л им, для обеспечения безопасности человека, находящегося в зоне влияния электрических и магнитных полей 114, отечественными стандартами реитментируется время пребывании (ВП) персонала в зависимости от уровней напряженности ЭП и МП, оценка которых предаав1яе1 достаточно сложную задач\ Ее решение может производиться как методами расчета, 1ак и путем пря мых измерений При этом данные многочис 1снных исследований свидетельс!-вукм о том что расчет величин ЭП и МП с достаточной степенью точности для реальных э юктрических сетей осущес1вигь крайне затруднительно, а в ряде случаев и невозможно Объясняется это, в значите тьной степени спожностью описания конфшурации принятой расчетной системы По этой причине, в на стоящее время, в качестве основной используется методика, предусматривающая пересчет резутьтатов прямых измерений тля ус ювий максимального электрического режима

Отмечается что в отечественных электрических сетях существует дефицит современных специализированных средств измерения (ССИ) уровней напряженности ЭП и МП ГТЧ Проблема усугубляется еще и нрамическим отсутствием

в сечении ВЛ 500 кВ

методов и средств оценки количественного воздействия ЭМП ПЧ на персонал, с позиций СанПин 2.2.4.1191-03.

Исходя из проведенного анализа, в работе показана необходимость разработки и внедрения алгоритмов оценки количественного воздействия ЭМП ПЧ на персонал, регламентирующих время пребывания человека в электрических и магнитных полях промышленной частоты. Это требует создания информационно-измерительного комплекса, позволяющего эффективно реализовать разрабатываемые алгоритмы.

Во второй главе проанализированы методы оценки ЭМП действующих электроустановок. Приведены существующие методы расчета и измерения характеристик ЭП и МП, показаны их достоинства, недостатки и области применения.

Задачи расчета и измерения ЭМП в условиях текущей эксплуатации электрических сетей заключаются в том, чтобы выявить рабочие места, на которых напряженность поля будет превышать допустимый уровень, и предусмотреть соответствующие меры и средства защиты персонала.

В большинстве случаев расчет электрических и магнитных полей в общем виде сводится к решению уравнений Лапласа или Пуассона как аналитическими, так и численными методами при заданных граничных условиях. Аналитические методы применяются в тех простейших ситуациях, когда возможно с достаточной степенью точности описать форму проводников в какой-либо системе координат. Однако на практике возникает необходимость расчета полей, вблизи проводников сложной формы. По этой причине при расчете реальных объектов в основном применяются более эффективные численные методы, позволяющие достаточно просто описать расчетную область любой конфигурации и автоматизировать процедуру расчета характеристик ЭМП применительно к ЭВМ.

В настоящее время наибольшее распространение в практике расчетов ЭП и МП получили следующие численные методы: конечных разностей; конечных элементов; интегральных уравнений и эквивалентных зарядов, на основе которых разработано множество ПВК, ориентированных на расчет электромагнитных влияний от действующих электроустановок высокого напряжения и тока. Анализ возможностей известных отечественных и зарубежных ПВК, к примеру: «Sky-EF», «L-Field» и «Field» Московского энергетического института: «Quick Field», фирмы Terra Analysis со.; «CDEGS», фирмы Safe Engineering Services Technolo-

9

gies и многих других свидетельствует о том, что большинство из них может быть использовано только для приближенного анализа ЭМО объектов электроэнергетики.

Всесторонний анализ методов расчета ЭМП показал, что расчет с заданной степенью точности может быть достигнут лишь при наличии достоверных исходных данных, включающих в себя как геометрические, так и электрофизические параметры расчетной области. Следует подчеркнуть, что в практике оценки ЭМО реальных объектов электроэнергетики получение достаточного количества исходных данных весьма затруднительно, а в ряде случаев и невозможно. Именно по этой причине область применения ПВК для расчета ЭМГТ ограничивается оценкой ОМО объектов, находящихся на стадии проектирования, тогда как на действующих объектах электроэнергетики предпочтительно использовать методы прямых измерений с помощью различных ССИ. Обзор известных ССИ электрических и магнитных полей ПЧ, находящихся в Государственном реестре средств измерений, таких как «ПЗ-50В» АОЗТ ТАНО (Россия). «NFM-1» фирмы Pracitromc (Германия); «EFA-3» фирмы Wendel & Goltermann (Германия) и многих других показал, что большинство из них слабо приспособлено для измерения электрических и магнишых полей эллиптического характера создаваемых мно-юфазными электроустановками. Проведенные в работе исследования свидетельствуют о том, что при определении сущеавуюшими ССМ действующих значений ЭП или МП эллиптического характера, величина методической погрешности в ряде случаев превышае] нормируемое стандартами значение равное 20% для электрического и 10% для магнитного полей (рис.2). Численный анализ показал, чю максимальное завышение показаний ССИ, определяющих действующие значения напряженности поля по осям координат, составляет V~2 ра$ в случае круговой поляризации поля.

Показано, что многие ССИ не соответствуют вновь введенным требованиям СанПин 2.2.4.1191-03 по методике измерения действующего значения, точности результатов и пределам шкалы измерения. Также отсутствуют аппаратные реализации алгоритмов опенки допустимого времени пребывания персонала в зонах с повышенным уровнем электрических и магнитных полей промышленной частоты.

/ / / Реальное __,,

[// действующее

Точка 1 Точка 2 значение Точка 3

Рис. 2. Схема расположения точек измерения вблизи ВЛ, и эллиптические кривые, описываемые вектором МП в этих точках.

Выявленные недостатки существующих ССИ ЭМП ГГЧ позволили наметить основные пути дальнейшего развития и совершенствования приборов для измерения ЭМП ПЧ в отечественных электрических сетях.

В третьей главе предложен единый алгоритм автоматизированного измерения действующего значения напряженности электрического и магнитного полей промышленной частоты вблизи сложных энергообъектов. Обоснована необходимость использования симметричного емкостного датчика для измерения ЭП ПЧ, и индукционного датчика для измерения МП ПЧ.

В работе показано, что для измерения действующего значения напряженности ЭП или МП. при любой пространственной ориентации системы датчиков, соответствующего, согласно СанПин 2.2.4.1191-03, эффективному значению синусоиды, с амплитудой, равной большей полуоси эллипса, описываемого в данной точке концом вектора напряженности ЭП или МП, используется система, состоящая из трех идентичных датчиков электрического и магнитного полей, оси которых расположены под углом 90° друг к другу. При этом величина напряженности электрического Е, В/м и магнитною поля Н, А/м определяется согласно

методике, представленной в работах Колечицкого Е.С., Кайданова Е.Г и их коллег, адаптированной к измерениям эллиптических магнитных полей:

(1)

(2)

г E(t)v i E(t)v; E(t)z - мшные значения напряженности ЭП, измеренные 8 момент времени t по ортогональным осям координат {х:у;/}, В'м; H(t)x ; H(t)Y ; I - мгновенные значения напряженности МП. измеренные в момент времени 1 по ортогональным осям координат {x;y;z}, А/м. Дальнейшее совершенствование методик измерения ЭМП промышленной частоты с учетом современных требований и возможностей позволило определить основные направления модернизации существующих ССИ ЗМП 114. В первую очередь это связано с устранением недостатков, выявленных в ходе эксплуа-1ации различных ССИ. Важнейшими из них являются:

отсутствие алгоритмов автоматизированного определения действующего значения измеряемой величины, в случае нескольких источников ЭМИ. работающих в разных фазах (например, в ходе измерений вблизи 3-х фазной электроустановки);

отсутствие алгоритма автоматизированного определения времени пребывания персонала, в зонах с повышенным уровнем ЭП и МП, соответствующего действующим в отечественных электрических сетях нормам СанПин 2.2.4.1191-03;

отсутствие изотропных (ненаправленных) датчиков поля;

искажение картины ЭП гальванической линией связи между датчиками поля

и устройством индикации;

Наряду с этим, в процессе модернизации существующих ССИ было признано целесообразным, не только расширить возможности уже имеющихся приборов, но и реализовать их на современной элементной базе с использованием быстродействующих микропроцессоров (МПР), к примеру фирмы MICROCHIP, Благо-

даря многоканальному встроенному аналогово-цифровому преобразователю (АЦП), наличию большого количества портов ввода-вывода и высокому быстродействию такие МНР позволяют значитечыго эффективнее реализовать известные ал! оритмы обработки информации, а также обеспечить возможность оперативною пополнения алгоритмов и программ, заложенных в ССИ, новыми, без модернизации аппаратной части прибора

Разработанный АПК «ПРИЗНАК- 10М» (рис 1) предназначен для измерения эффективною значения напряженности ЭП и МП ТТЧ, создаваемых сложными многофазными электроустановками с целью выбора необходимых мероприятий по обеспечению безопасного производства работ в электрических сетях энергосистем.

Рис 3 Внешний вид ЛПК «ПРИЗНАК-ЮМ»

Новый измеритель состоит из двух основных частей, соединенных оптической связью (рис 4), в каждую из которых входит ряд блоков. Первой частью является измерительный зонд (ИЗ) электрического и магнитного полей Вторая часть представляет собой модуль интерфейса (МИ). Сигнал, с блоков 1 -3 или 46 являющихся анизотропными датчиками ЭП и МП, поступает через коммутатор аналоговых сигналов (КАС) (блок 7) на предварительный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (блок 8). В блоке имеется усилитель-мультиплексор, реализующий переключение пределов измерения, при подаче команды с микропроцессора №1 (блок 11) Сигналы, усиленные в блоке 8, через фильтр основной гармоники (блок 9) поступают на прецизионный выпрямитель сигнала (блок 10) По существу, на выходе блока 10 формируется модуль входною 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

Рис.4. Блок схема ЛПК «ПРИЗНАК-ЮМ» для измерения напряженности ЭП и

М1 1114

обработка по выражениям (1) или (2). Затем сигнал через оптические порты (блоки 12 и 14) поступает в микропроцессор №2 (блок 18) для запоминания и визуализации (блоки 16 и 19). В модуле интерфейса предусмотрены драйверы RS232 и USB совместимых портов (блок 17), для передачи содержимого памяти в IBM совместимый компьютер. Обе части прибора - ИЗ и МИ имеют независимые источники питания (блоки 13, 20).

К важнейшим достоинствам «ПРИЗНАК-ЮМ» следует отнести: определение в соответствии с СанПин 2.2.4.1191-03 эффективного значения напряженности поля, равного действующему значению синусоиды, амплитуда которой равна большей полуоси эллипса, описываемого вектором напряженности поля в точке измерения;

возможность расчета времени пребывания персонала в зонах с повышенными уровнями ЭП и МП и проведения многочасовых измерений; отсутствие гальванической связи между датчиками и устройством индикации, что способствует повышению точное ж измерения ЭП, вследствие значительного снижения искажений картины поля; наличие цифровой обработки результатов измерений; автоматическое управление пределами измерения;

дистанционный выбор измеряемой величины (Е или II). с помощью электронных коммутаторов аналогового сигнала (КАС).

С целью облегчения работы с АПК большое внимание было уделено расширению возможностей интерфейса.

Совокупность вышеперечисленных свойств и возможностей позволили АПК «ПРИЗПАК-ЮМ» на современном техническом уровне решать задачи контроля и экспресс-анализа ЭМО в действующих электрических сетях энергосистем и распределительных сетях энергообъектов.

В четвертой главе проведен анализ действующих норм БЭМС с целью их применения для количественной оценки вредного воздействия ЭМП ПЧ на человека. Отмечается, что многофакторность воздействия электрических и магнитных полей на экологию окружающей среды и здоровье человека требует комплексного решения проблемы количественной оценки этого воздействия, в то время как существующие нормы ЭМС регламентируют лишь длительность пребывания человека в зависимости от напряженное! ей ЭП или МП. При этом основной проблемой, связанной с практическим использованием данных норм яв-

15

ляется неоднозначность ЭМО на электроэнергетических объектах, где распределение полей в пространстве зачастую имеет сложный характер. При этом персонал, перемещающийся между зонами с различной величиной напряженности поля, будет подвергаться разному уровню воздействия со стороны ЭМП. В связи с этим, для количественной оценки воздействия ЭП и МП на персонал предлагается введение специальных величин - суточных доз низкочастотного электрическою и магнитного поля - соответственно и ^ [с], характеризующих количество эквивалентною времени, соответствующего пребыванию человека в поле нижней границы напряженности- для ЭП - 5кВ/м и для МП - 80А/м, определяемых по формулам:

где 1 - номер текущего интервала времени;

1, - продолжительность единичного ишервала времени равною 1 секунде, с; К - количество интервалов разбиения времени рабочей смены; Ти, Тм| - время пребывания персонала (рис.5.), зависящее от напряженности ЭП и МП. определяемое согласно действующим нормам СанПин 2.2.4.119103.

Для определения величины Тэ, при напряженности ЭП в диапазоне используется зависимость вида:

где Е, - напряженность электрического поля в 1 - тый момент времени:

(3)

(4)

При напряженности ЭП, находящейся в диапазоне

время пребывания Тэ, ограничивается 10 минутами.

а) б)

Рис 5 Кривые предельно допустимых у ровней ЭП (а) и МП (б) 114 в зависимости от времени пребывания персонала Отмечается, что для определения величины Тм, отечественные нормы не предлагают математической модели, позволяющей автоматизировать процедуру определения ВГТ в МП Для практической реализации выражения (4) разработана математическая модель, с достаточной степенью точности отражающая зависимое & времени пребывания Лм, от напряженности МП в i - тый момент времени И, При этом кривая (рис 5 6) была разбита на 4 диапазона, в каждом из которых с помощью метода наименьших квадратов были получены зависимости времени пребывания от напряженности МП (табл. 1).

Таблица!.

Зависимость времени пребывания персонала от напряженности МП ПЧ

Диапазоны изменения напряженности, Л/'м Функции для определения Тм,, ч

(80 <Н, <314) .,6.2536"н' 407+ Н,

(314 <Н, <707) и-2053"11. 250 + Н,

(707 < Н, < 915) 1894 136 + Н,

(915 < Н, < 1600) 3399-Н, 1290 + Н,

В работе отмечается, что основным недостатком действующих норм СанГТин 2.2.4.1191-03 является невозможность учета совместного влияния ЭП и МП на человека.

На основе выражений (3), (4) разработаны, реализованы и апробированы в АПК «ПРИЗНАК-ЮМ» алгоритмы учета количественного воздействия ЭП и МП на организм человека в течение всей рабочей смены, длительность которой составляет 8 часов. Это соответствует максимальной суточной дозе ЭП или МП равной 28800 секундам. При достижении такой дозы персоналу сообщается о необходимости окончания работ в зонах с повышенными уровнями ЭП или МП.

В зависимости от напряженности ЭП лимит суточной дозы для обслуживающего персонала может быть исчерпан за время от 10 минут до 8 часов, а для магнитного - за период от 1 до 8 часов (табл.2).

Таблица.2.

Случаи превышения предельной суточной дозы ЭМП для персонала на объектах

эле ктроэнергетики

Персонал Диапазоны изменения напряженности поля Время истечения суточной дозы.

Электрическое поле

Дежурный электромонтер/ОРУ 500 кВ 0-22,5 кВ/м 1,27ч

Дежурный электромонтер / ОРУ 220 кВ 0-И 2 кВ/м 7,49ч

Магнитное поле

Дежурный машинного зала ГЭС 0-1120 А/м 7,1ч

В пятой главе основное внимание уделено экспериментальному исследованию влияния отдельных факторов на уровни напряженности электрических и магнитных полей ГТЧ, в первую очередь режимных параметров и погодных факторов.

Исследования, проведенные в электрических сетях ОАО «Иркутскэнерго» с использованием АПК «ПРИЗНАК-ЮМ показали, что величины напряженности ЭП в электроустановках различных классов напряжения могут изменяться в широких пределах. Данные таблицы 3 свидетельствуют о превышении напряженностью ЭП безопасной величины 5 кВ/м в установках 110 кВ и выше, а в некоторых случаях, отмечается превышение и предельно допустимой величины, равной 25

18

кВ/м. Результаты измерений МП, также свидетельствуют, о значительных различиях в уровнях его напряженности в электроустановках различных классов напряжения.

Отмечается также значительное влияние погодных факторов на уровни ЭП. Так, результаты измерений, проведенные под ВЛ 500 кВ «Братская ГЭС - Иркутск» свидетельствуют об увеличении значений напряженности ЭП в 1,4 раза после выпадения осадков в виде дождя.

В отличие от погодных условий, влияние режимных факторов ЭС на уровни ЭП менее значительны, поскольку напряженность ЭП линейно зависит от уровней напряжения и изменяется в пределах 10+15 %.

Таблица 3

Максимальные измеренные уровни напряженности электрического и магнитного

ноля от источников систем передачи электроэнергии.

Источник Напряженность поля

Е [кВ/м] Н [А/м]

ВЛ 6+35кВ 1,5 2

ВЛ 110 кВ 6,2 8,5

ВЛ 220 кВ 12 20,8

ВЛ 500 кВ 22,5 45,5

ОРУ подстанции 500кВ под разъединителем крайней фазы 57 22*

Гидрогенератор 1с г-7,5 кА 0,2 1590

Сопоставление данных таблицы 3 с нормами ПДУ для МП ПЧ свидетельствует о том, что превышение реальных значений над нормированными величинами имеет месю вблизи электроустановок с большими токами. В таких электроустановках необходимо ограничивать время пребывания персонала в соответствии с действующими нормами.

В то же время результаты измерений свидетельствуют о существенном влиянии режимных параметров электрической сети на уровни МП. Это в первую очередь связано с линейной зависимостью между напряженностью МП и токами электроустановки, изменяющимися в широких пределах. С другой стороны, существенного влияния погодных факторов на уровни МП не выявлено.

Измеренная величина не пересчитана к условиям максимального режима по току

19

В результате обработки результатов широкомасштабных исследований уровней ЭП и МП ГТЧ был разработан комплекс организационно-технических мероприятий по защите персонала.

В заключении представлены основные результаты работы и указаны пути дальнейших исследований в области оценивания электромагнитных влияний. Основные научные и практические результаты работы состоят в следующем:

1. Проведен всесторонний анализ методов оценки ЭМП ПЧ. создаваемых действующими электроустановками.

2. Выполнены углубленные теоретические и экспериментальные исследования, определившие направление дальнейшего совершенствования ССИ ЭП и МП ПЧ.

3. Обобщены и систематизированы алгоритмы автоматизированного измерения действующего значения напряженности электрического и магнитного полей создаваемых множественными источниками.

4 Разработан и запатентован аппаратно-программный комплекс «ПРИЗНАК-1 ОМ» для измерения напряженности ЭП и М1 I ПЧ.

5. С помощью АПК «ПРИЗНАК-ЮМ» произведена оценка влияния режимных и погодных факторов на уровни напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты вблизи объектов «Северных электрических сетей» ОАО «Иркутскэнерго» и муниципальных объектов Братского эперго-района.

6. Показано, что проблема БЭМС до настоящего времени сохраняет свою актуальность для обеспечения безопасных условий производства работ при строительстве и текущей эксплуатации объектов электроэнергетики и требует достоверной оценки уровней электрических и магнитных полей.

7 Проведено обобщение действующих в отечественных электроэнергетических сетях норм БЭМС, с целью их использования при количественной оценке воздействия низкочастотного ЭМП на персонал. 8. Разработаны и реализованы в персональной модификации ЛПК «ПРИЗНАК-ТОМП» алгоритмы дозиметрии вредного воздействия ЭП и МП промышленной частоты на человека.

Анализ полученных результатов показал высокую эффективность предложенных алгоритмов и средств измерения и позволил определить пути дальнейшей научной работы и исследований.

1 Разработка системы мониторинга ЭМО объектов электроэнергетики, с использованием АПК «ПРИЗНАК-ЮМ», что в свою очередь потребует создания автоматизированной системы сбора и учета накопленной информации

2 Исследование возможности количественного учета совместного воздействия ЭП и МП на человека

В приложениях представлены материалы разработки аппаратной части АПК

«ПРИЗНАК-ЮМ», описание работы с АПК. результаты эксперименюльных исследований и материалы внедрения

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих

работах:

1 Струмеляк А В Измерительное обеспечение для анализа электромагнитной обегановки//ХХ1 науч техн конф Братского государственного технического университета Материалы конференции - Братск БрГТУ, 2000 -С 128-129

2 Струмеляк А В Таймер для определения лимита времени пребывания персонала в зонах с повышенной напряженностью злектрического поля // Энергосистема управление, качество, безопасность Сборник докладов Всероссийской научно-технической конференции Екатеринбург УГТУ-УПИ, 2001 С 428-429

3 Струмеляк А В Яковкина Т Н Обеспечение на энергообъектах электромагнитной безопасности эксплуатационного персонала / НАУКА ТЕХНИКА ИННОВАЦИИ // Региональная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Тез докл в 5-ти частях Новосибирск Изд-во НГТУ, 2001 Часть2 -С 102-103

4 Струмеляк А В Прибор для определения лимита времени пребывания персонала в зонах с повышенной напряженностью электрического поля // Труды Братского юсударс1венною техническою университета Т2 - Братск БрГТУ, 2001 -С 29-33

5 Струмеляк А В , Яковкина Т Н Измерение электрических полей воздушных линий электропередач высокого напряжения / НАУКА ТЕХНИКА ИННОВАЦИИ // Материалы докладов решональной научной конференции студентов, аспирантов и моподых ученых в 5-ти частях Новосибирск Изд-во НГТУ,2002 Часть2 -С 160-161

6. Струмеляк А.В., Яковкина Т.Н. Экспериментальное измерение напряженности электрического поля действующих воздушных линий // Труды Братского государственного технического университета. - Том 2. - Братск: БрГТУ, 2002.--С.20-23.

7. Струмеляк А.В. Универсальный измеритель напряженности электрического поля промышленной частоты // Труды Братского государственного технического университета. - Том 2. - Братск: БрГТУ, 2002. - С. 14-19 - (Естественные и инженерные науки - развитию регионов).

8. Струмеляк А.В. Портативный измеритель напряженности электрического поля «ПРИЗНАК-ЮМ» // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов: Сборник трудов третьей Всероссийской научно-технической конференции с международным участием в 2 т. Благовещенск: издательство Амурского государственного университета, 2003. -С445-448.

9. Беляев А.С. Струмеляк А.В. Исследование электрических полей линий электропередачи, проходящих в населенных районах // Естественные и инженерные науки - развитию регионов: Материалы межрегиональной научно-технической конференции. - Братск: БрГТУ, 2003. - С.62-63.

10. Струмеляк А.В. Универсальный прибор для экспресс-оценки напряженности электрического поля промышленной частоты ('ПРИЗНАК-ЮМ» //Пути и технологии экономии и повышения эффективности использования энергетических ресурсов региона: Материалы международной научно-технической конференции. - Комсомольск на Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2003. - С.77.

11. Струмеляк А.В. Универсальный аппаратно-программный комплекс для измерения напряженности электрических и магнитных полей «ПРИЗНАК-ЮМ» //Технологии ЭМС, 2004, №2 - С40-44.

12. Курбацкий В.Г. Струмеляк А.В. Аппаратно-про1раммный комплекс «ПРИЗНАК-ЮМ» для измерения эллиптически поляризованных полей. // Труды Братского государственного технического университета. - Том 2. - Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ». 2004. - С.22-27.

13. Струмеляк А.В. Яковкина Т.Н. Анализ методической погрешности средств измерения электрических и магнитных полей с анизотропными датчиками. // Труды Братского государственного технического университета. - Том 2. -Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2004. - С. 19-22.

22

14 Сгрумеляк А В Яковкина ТН Инструментальная реализация меюда количественной оценки воздействия электромагнитных полей на человека // Труды Братского государственного технического университета - Том 2 Братск ГОУ ВПО «БрГТУ», 2004 - С 37-41

15 Струмеляк Л В Аппаратно-программный комплекс «ПРИЗНАК-ЮМ» для контроля эпекгрических и магнитных полей промышленной частоты '/ Вестник УГТУ-УПИ Энергосистема управление, качество, конкуренция Сборник доктавдв II Всероссийской научно-технической конференции Екатеринбург ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004 №12(42) - С 453-457

16 Курбацкий В Г ПаньковаДН Струмеляк А В Исследование электрических и магнитных полей воздушных линий электропередачи, проходящих в зоне жилой застройки // Вестник Амурского государственного университета Выпуск 27, 2004 С 52-53

17 Струмеляк А В Курбацкий В Г Устройств для измерения напряженности электрическою и магнитного попя промышленной частоты Патент на полезную модель №44832 от 27 марта 20051

18 Курбацкий В Г Струмеляк А В Исследование электромагнитной обстановки на объектах муниципального сектора города Братска // Охрана окружающей среды в муниципальных образованиях на современном этапе Материалы II межрегиональной научно-практической конференции - Братск ГОУ ВПО БрГУ, 2005 - С 223-228

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВЛИЯНИЯ ДЕЙСТВУЮЩИХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК НА СМЕЖНЫЕ ОБЪЕКТЫ. 1 1 Электрические влияния 1 2 Магнитные влияния

1 3 Проблема влияния электрических и ма1нигных полей промышленной частоты на человека

1 4 Выводы к главе 1

Гпава 2 МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕК1РИ-ЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

2 1 Расчет электрических и магнитных полей промышленной частоты

2.2. Программно-вычислительные комплексы для расчета электрических и магнитных полей промышленной частоты.

2.3. Измерение электрических полей промышленной частоты.

2.4. Измерение магнитных полей промышленной частоты.

2.5. Аппаратные средства для анализа электрических и магнитных полей промышленной частоты в электрических сетях.

2.6. Выводы к главе 2

Глава 3. УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ «ПРИЗНАК-ЮМ».

3.1. Методика измерения электрических полей промышленной частоты.

3.2. Методика измерения магнитных полей промышленной частоты.

3.3. Основные направления совершенствования средств измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты.

3.4. Инструментальное обеспечение аппаратно-программного комплекса «ПРИЗНАК-ЮМ».

3.5. Алгоритмическое обеспечение аппаратно-программного комплекса «ПРИЗНАК-ЮМ».

3.6. Основные характеристики универсального измерителя напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты «ПРИЗНАК-ЮМ».

3.7. Выводы к главе 3.

Глава 4. МЕТОДЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ЧЕЛОВЕКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ.

4.1. Методы количественной оценки воздействия электрического и магнитного поля на персонал в электрических сетях.

4.2. Алгоритм инструментальной оценки количественного воздействия электрического поля промышленной частоты на человека.

4.3. Алгоритм инструментальной оценки количественного воздействия магнитного поля промышленной частоты на человека.

4.4. Применение аппаратно-программного комплекса «ПРИЗНАК-ЮМ» для оценки количественного воздействия электрических и магнитных полей промышленной частоты на персонал.

4.5. Выводы к главе 4.

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИИ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ. ВЛИЯЮЩИХ НА УРОВНИ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПP0MЫШЛЕНН0Й ЧАСТО1Ы.

5.1. Исследование влияния погодных факторов на уровни напряженности электрических и магнитных полей действующих электроустановок.

5.2. Исследование влияния режимных параметров электрических сетей на уровни напряженности электрических и магнитных полей.

5.3. Мероприятия по обеспечению безопасного проведения работ в электрических сетях при наличии повышенных уровней электрических и магнитных полей.

5.4. Выводы к главе 5.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Разработка аппаратно-программного комплекса «ПРИЗНАК-ЮМ».

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Интерфейс аппаратно-программного комплекса «ПРИЗНАК-10М».

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Поверка измерительного зонда аппаратно-программного комплекса «ПРИЗНАК-ЮМ».

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Результаты измерения напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Материалы внедрения.

Отпечатано с готового оригинал-макета в мини-типографии «Падунская» ИП св-во № 7169п Лицензия ПД 13-0012. г. Братск, ул. 25 лет БГС, 43а. Тел. 36-47-75 Формат 60 х 84 1/32. Печать трафаретная. Тираж 150 экз. Заказ 1332-27/04/2005.

OS H

>э МЛ;Ж

1000

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВЛИЯНИЯ ДЕЙСТВУЮЩИХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК НА СМЕЖНЫЕ ОБЪЕКТЫ.

1.1. Электрические влияния.

1.2. Магнитные влияния.

1.3. Проблема влияния электрических и магнитных полей промышленной частоты на человека.

1.4. Выводы к главе 1.

Глава 2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ.

2.1. Расчет электрических и магнитных полей промышленной частоты.

2.2. Программно-вычислительные комплексы для расчета электрических и магнитных полей промышленной частоты.

2.3. Измерение электрических полей промышленной частоты.

2.4. Измерение магнитных полей промышленной частоты.

2.5. Аппаратные средства для анализа электрических и магнитных полей промышленной частоты в электрических сетях.

2.6. Выводы к главе 2.

Глава 3. УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ «ПРИЗНАК-ЮМ».

3.1. Методика измерения электрических полей промышленной частоты.

3.2. Методика измерения магнитных полей промышленной частоты.

3.3. Основные направления совершенствования средств измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты.

3.4. Инструментальное обеспечение аппаратно-программного комплекса «ПРИЗНАК-ЮМ».

3.5. Алгоритмическое обеспечение аппаратно-программного комплекса «ПРИЗНАК-ЮМ».

3.6. Основные характеристики универсального измерителя напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты «ПРИЗНАК-ЮМ».

3.7. Выводы к главе 3.

Глава 4. МЕТОДЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА

ЧЕЛОВЕКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ.

4.1. Методы оценки воздействия электрического и магнитного поля на персонал в электрических сетях.

4.2. Алгоритм инструментальной оценки количественного воздействия электрического поля промышленной частоты на человека.

4.3. Алгоритм инструментальной оценки количественного воздействия магнитного поля промышленной частоты на человека.

4.4. Применение аппаратно-программного комплекса «ПРИЗНАК-10МП» для оценки количественного воздействия электрических и магнитных полей промышленной частоты на персонал.

4.5. Выводы к главе 4.

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА

УРОВНИ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ.

5.1. Исследование влияния погодных факторов на уровни напряженности электрических и магнитных полей действующих электроустановок.

5.2. Исследование влияния режимных параметров электрических сетей на уровни напряженности электрических и магнитных полей.

5.3. Мероприятия по обеспечению безопасного проведения работ в электрических сетях при наличии повышенных уровней электрических и магнитных полей.

5.4. Выводы к главе 5.

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 [1-20,27-35,37-40,42-52,5457,63,64,72-76,84-86]. Существенный вклад в исследование различных вопросов данной проблемы внесли Григорьев Ю. Г., Колечицкий Е.С., Хаби-гер Э., Шваб А. и другие. В настоящее время отдельные аспекты проблемы электромагнитных влияний рассматриваются в работах Белоголовского A.A., 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.

2. Анализ известных методов инструментального измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты (ПЧ).

3. Исследование возможности использования существующих средств измерения электромагнитных полей для оценки ЭМО.

4. Разработка универсального аппаратно-программного комплекса (АПК) для измерения напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты, создаваемых множественными источниками полей.

5. Исследование влияния режимных параметров электроустановок и погодных факторов на уровни электромагнитных полей.

6. Всестороннее изучение проблемы электромагнитных влияний действующих электроустановок с позиций (БЭМС) для обеспечения безопасных условий производства работ.

7. Дальнейшее развитие и совершенствование методов и средств количественной оценки воздействия электрических и магнитных полей на персонал в электрических сетях.

8. 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:

1. Методы измерения электрических и магнитных полей промышленной частоты, создаваемых множественными источниками.

2. 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.

3. 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-ЮМ» 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 технических 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:

1. Региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «НАУКА. ТЕХНИКА. ИННОВАЦИИ» (НГТУ, г. Новосибирск, 2001, 2002, 2004);

2. Всероссийской научно-технической конференции «Энергосистема: управление, качество, безопасность» (УГТУ-УПИ г. Екатеринбург, 2001,2004);

3. Третьей всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» (АмГУ г. Благовещенск, 2003 );

4. Международной научно-технической конференции «Пути и технологии экономии и повышения эффективности использования энергетических ресурсов региона» (КнАГТУ, г. Комсомольск на Амуре, 2003.);

5. Молодежной научно-практической конференции «Будущее Братска» (диплом, первая премия, г.Братск, 2003.);

6. Московской молодежной научно-технической конференции «Методы и средства измерительно-информационных технологий» (диплом, НИЦ СНИИП, г.Москва 12-16 апреля 2004)

7. Научно-технических конференциях Братского Государственного Технического Университета (БрГТУ, г.Братск 2000-2004).

8. 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 1;лав; заключения; списка литературы, включающего 105 наименований; 5 приложений.

5.4. Выводы к главе 5.

1. Опыт использования аппаратно-программного комплекса «ПРИЗНАК* ЮМ» в реальных электрических сетях ОАО «Иркутскэнерго» свидетельствует о том, что создано эффективное и удобное средство для оценки уровней напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты.

2. В ходе измерений напряженности ЭП и МП отмечено существенные влияния погодных факторов на уровни ЭП, и режимных параметров на уровни МП. Это обуславливает необходимость прогнозирования уровней напряженности при планировании работ в электроустановках.

3. Для ситуаций, когда прогнозирование максимальных уровней напряженности ЭП и МП ПЧ по текущим значениям не представляется возможным, предлагается использование персональной модификации АПК «ПРИЗНАК- 10МП», позволяющей путем дозиметрии оценить количественное воздействие ЭМП на персонал и определить допустимое время пребывания персонала.

4. Использование результатов измерений, полученных в процессе эксплуатации АПК, позволяет разработать комплекс эффективных организационных и технических мероприятий по обеспечению безопасных условий производства работ в зонах с повышенными уровнями ЭП и МП ПЧ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе обобщены теоретические и экспериментальные исследования в области электромагнитной совместимости для обеспечения безопасных условий производства работ в зоне влияния электрических и магнитных полей промышленной частоты.

Основные научные и практические результаты работы состоят в следующем:

1. Произведен всесторонний анализ методов оценки электромагнитных полей промышленной частоты, создаваемых действующими электроустановками.

2. Выполнены углубленные теоретические и экспериментальные исследования, определившие направление дальнейшего совершенствования специализированных средств измерения ЭП и МП промышленной частоты.

3. Обобщены и систематизированы алгоритмы автоматизированного измерения действующего значения напряженности электрического и магнитного полей создаваемых множественными источниками.

4. Разработан аппаратно-программный комплекс «ПРИЗНАК-ЮМ» для измерения напряженности ЭП и МП ПЧ вблизи сложных электрических систем высокого уровня напряжения и тока.

5. С помощью АПК «ПРИЗНАК-ЮМ» произведена оценка влияния схемно-режимных и погодных факторов на уровни напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты вблизи объектов «Северных электрических сетей» ОАО «Иркутскэнерго» и муниципальных объектов Братского энергорайона.

6. Показано, что проблема БЭМС до настоящего времени сохраняет свою актуальность для обеспечения безопасных условий производства работ при строительстве и текущей эксплуатации объектов электроэнергетики и требует достоверной оценки уровней электрических и магнитных полей.

7. Проведено обобщение действующих в отечественных электроэнергетических сетях норм БЭМС, с целью их использования при количественной оценке воздействия низкочастотного ЭМП на персонал.

8. На основе стандартной математической модели разработан алгоритм дозиметрии вредного воздействия ЭП промышленной частоты на человека.

9. Разработана нелинейная математическая модель, на основе которой составлен алгоритм дозиметрии вредного воздействия МП промышленной частоты на человека.

10. Разработанные алгоритмы дозиметрии количественного воздействия ЭП и МП на персонал успешно реализованы в персональной модификации АПК «ПРИЗНАК-10МП»

Анализ полученных результатов позволил определить пути дальнейшей научной работы и исследований.

1. Разработка системы мониторинга ЭМО объектов электроэнергетики с использованием АПК «ПРИЗНАК-10МП», что в свою очередь потребует создания автоматизированной системы сбора и учета накопленной информации.

2. Исследования возможности количественного учета смешанных воздействий ЭП и МП на человека, так как существующие нормы БЭМС учитывают влияние электрического и магнитного поля по отдельности.

1. Дьяков А.Ф. Энергетика и окружающая среда // Электричество. — 1996. - №7. - С.2-6.

2. Влияние электроустановок на окружающую среду: Переводы докладов Международной конференции по большим электрическим системам (СИГРЭ-84) // Под ред. Ю.П. Шкарина, С.Я. Петрова. -М.: Энергоатомиздат, 1984.-264с.

3. Влияние электроустановок высокого напряжения на окружающую среду.: Переводы докладов Международной конференции по большим электрическим системам (СИГРЭ-86) / Под ред. Ю.П. Шкарина. -М.: Энергоатомиздат, 1988.-104с.

4. Григорьев Ю.Г. Биоэлектромагнитная совместимость (проблемы защиты населения от электромагнитного излучения) // Электричество. №3. 1997. С. 19-24.

5. Долин П.А. Основы техники безопасности на электроустановках. М.: Энергоатомиздат, 1984.-448с.

6. Влияние электроустановок высокого напряжения на окружающую среду (СИГРЭ 76) / Под ред. Ю.П. Шкарина. -М.: Энергия, 1979. -112с.

7. Боннел, Маддок, Кабан, Гари, Конти, Церетелли и др. Исследования биологического влияния полей промышленной частоты. // Влияние электроустановок на окружающую среду. Переводы докладов Международной конференции по большим электрическим системам

8. СИГРЭ-86) / Под ред. Ю.П. Шкарина. М.: Энергоатомиздат, 1988. -С.28-39.

9. Дьяков А.Ф., Левченко И.И., Никитин O.A., и др. Электромагнитная обстановка и оценка влияния её на человека. Электричество, 1997. №5. -С.2-10.

10. Ю.Дьяков А.Ф., Левченко И.И., Никитин O.A. и др. О влиянии электрических и магнитных полей промышленной частоты на здоровье человека // Энергетик. 1996. №11. С.4-5.

11. П.Тихонов М.Н., Довгуша В.В., Кудрин И.Д. Электромагнитные поля и безопасность человека // Морской медицинский журнал. 1997. №6. С.З-17.

12. Горбачев П.А., Спиридонова Т.Н., Куваева Н.В. Электромагнитная совместимость: технический и экологический аспекты // Стандарты и качество. 1999. №2. С.70-71.

13. П.Григорьев Ю.Г., Григорьев O.A. Магнитные поля промышленной частоты: реальна ли опасность? Энергия, 1999. - №6. - С.46-50.

14. Матвеев В.Ф., Борисов Р.К., Кадыков Н.В. Экспериментальная оценка электромагнитной обстановки на подстанции «Владимирская 750 кВ» // Электричество. 1996. -№3. -С. 15-17.

15. Тихонов М.Н., Довгуша В.В. Электромагнитная безопасность // Электрика. -2002. -№3. С.35-36.

16. Тихонов М.Н., Довгуша В.В. Энергоинформационный бум и электромагнитная опасность // Электрика. -2002. -№7. С.40-43.

17. Хабигер Э. Электромагнитная совместимость. Основы её обеспечения в технике. М.: Энергоатомиздат, 1995. 343 с.

18. Курбацкий В.Г. Качество электроэнергии и электромагнитная совместимость в электрических сетях: Учебное пособие. — Братск: БрГТУ, 1999.-220 с.

19. Гигиенические проблемы неионизирующих излучений. Под общ. ред. акад. РАМН JI.A. Ильина, Том4. М.: Изд. AT, 1999. -304с.

20. СанПин 2.2.4.1191-03 Электромагнитные поля в производственных условиях. -М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2003. -24 с.

21. Бессонов A.A. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле: Учебник. -9-е изд., перераб. и доп. -М.: Гарадрики, 2001.-317с.: ил.

22. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля, изд. 3-е, перераб. и доп. -М.: Энергия. -1968. -488с.

23. Бухгольц Г. Расчет электрических и магнитных полей. Пер. с нем. -М.: Иностранная литература. -1961. —712с.

24. Иоссель Ю.Я. Расчет потенциальных полей в энергетике (справочная книга). -JL: Энергия, 1978. -351с., ил.

25. Новгородцев А.Б. Теория электромагнитного поля СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001.248с.

26. Колечицкий Е.С. Расчет электрических полей устройств высокого напряжения. -М.: Энергоатомиздат, 1983. — 163с.

27. Тазони О.В., Майергойз И.Д. Расчет трехмерных магнитных полей. -Киев: Техника, 1975.

28. Дмитриев И.А., Килеев А.И. Оценочный расчет магнитных полей промышленной частоты // Проблемы энергетики. 2002. №1-2. С.69-77.

29. Миронов В.Г., Казанцев Ю.А., Кузовкин В.А. Методы расчета потенциальных электромагнитных полей. М.: Издательство МЭИ, 1994.

30. Белоголовский A.A., Бурмистров М.М. О методике расчета магнитных полей промышленной частоты. Вестник МЭИ. 1996. -№2. - С.85-90.

31. Григорьев Ю.Г., Степанов B.C., Григорьев Ю.А., Меркулов A.B. Электромагнитная безопасность человека. -М.: Российский национальный комитет по защите от неионизирующего излучения, 1999. 145 с.

32. Ратнер М.П. Индуктивное влияние электрифицированных железных дорог на сети и трубопроводы. М.: Транспорт, 1966. - 164 с.

33. Электротехнический справочник. —'Г.З. Кн.1. - М.: Энергоатомиздат, 1988.-880с.

34. Израел М., Тропчева Т. Оценка облучения и риска сверхнизкочастотных полей в электрорасперделительных системах. // Материалы Международного совещания «Электромагнитные поля. Биологическое действие и гигиеническое нормирование». М. 1999. С.89-99.

35. Рубцова Н.Б., Тихонова Г.И., Гурвич Е.Б. Изучение влияния электромагнитных полей промышленной частоты на здоровье человека.

36. Критерии нормирования. // Материалы Международного совещания «Электромагнитные поля. Биологическое действие и гигиеническое нормирование». М. 1999. С.467-477.

37. Столяров Н.П. Принципы обеспечения электромагнитной безопасности в электроустановках. // Материалы Международного совещания «Электромагнитные поля. Биологическое действие и гигиеническое нормирование». М. 1999. С.511-523.

38. ГОСТ 12.1.002-84 ССБТ. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах. -М.: Изд-во стандартов, 1984.

39. Дмитриев И.А., Килеев А.И., Матухин B.JI., и др. Оценка электромагнитной обстановки в электрораспределительных системах // Проблемы энергетики.-2001. -№11-12. С.80-86.

40. Струмеляк A.B. Измерительное обеспечение для анализа электромагнитной обстановки // XXI научно техн. конф. Братского государственного технического университета: Материалы конференции. - Братск: БрГТУ, 2000. - С.128-129.

41. Долин П.А. Ток, протекающий через человека, находящегося в электрическом поле электроустановок сверхвысокого напряжения. -М. -Тр. МЭИ, 1975; Вып. 232.

42. ГОСТ 12.4.154 85 Устройства экранирующие для защиты от электрических полей промышленной частоты. Общие технические требования, основные параметры и размеры. -М.: Изд-во стандартов, 1985.

43. Яковкина Т.Н. Оценка наведенных напряжений для обеспечения безопасных условий производства работ на высоковольтных воздушных линиях // Конференция молодых специалистов электроэнергетики -2000.-К 11 М.: Изд-во НЦЭНАС, 2000. С. 144-146.

44. Максимов Б.К., Верещагин И.П., Винокуров В.Н. и др. Анализ электрических и магнитных полей воздушных линий электропередачи высокого напряжения, проходящих в населенных районах // Электроэнергетика. Вестник МЭИ, 1998, №1. С. 78-84.

45. Программа для расчета магнитных полей ВЛЭП. / Колечицкий Е.С., Плис А.И., Расторгуев В.А., Шульгин В.Н. // 1 Междунар. конф. по электромех. и электротехнол. МКЭЭ -94, Суздаль, 13-16 сент., 1994, Тез. докл. 4.1-Суздаль, С. 157.

46. Mirotznik M.S. Prather D. How to choose EM software // IEEE Spectrum December 1997 Volume 34 Number 12.

47. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. -М.: Мир, 1982. -512с., ил.

48. Шваб А. Измерения на высоком напряжении: Измерительные приборы и способы измерения. 2-е изд., перераб. и доп. Пер. с нем. - М.: Энергоатомиздат, 1983. 264 е., ил.

49. Massey G.A., Erickson D.C., Kadleck R.A.: Electromagnetic field components: their measurement using linear electrooptic and magnitooptic effects. Applied Optics 14 (1975) 2712-2719.

50. Hebner R.E., Cassidy E.C., Jones J.E.: Improved techniques for the measurement of high-voltage impulses using the electrooptic Kerr effect. IEEE Trans. IM 24 (1975) 361-366.

51. Rogers A.J.: The electrogyration effect in quartz and its use in high-voltage measurements. Electro Optics/Lasers Int. 76 UK.

52. Гусев Ю.Н., Ушанов В.П., Чесноков Н.М. Средства и устройства безопасности для работ в электроустановках. М.: Энергоатомиздат, 1988. 96 е.: ил.-(Б-ка электромонтера; Вып.615).

53. Хилов В.П., Челноков В.Б. Измерительные приборы и автоматизированные комплексы для контроля электромагнитного излучения // Технологии электромагнитной совместимости. -2003. -№2(5). -С.20-29.

54. ЛОНИИР рекламный проспект «Решение проблем ЭМС», СПб, 2001.

55. Catalog «1999/2000 Test and Measurement Products. Rohde&Schwarz».

56. ГОСТ P 51070-97 «Измерители напряженности электрического и магнитного полей. Общие технические требования и методы испытаний», 1997.

57. Измеритель напряженности электрического поля промышленной частоты 50Гц типа ПЗ-1. Техническое описание, инструкция по эксплуатации и паспорт. // СКБ ВНИИОТ -1978. -10с.

58. Измеритель напряженности поля промышленной частоты ПЗ-50. Паспорт. // АОЗТ «ТАНО» -1998. -17с.

59. Rzewnski M.N., Tarnawecky M.Z. Unconventional methods of current detection and measurement in EHV and UHV transmission systems. // IEEE Trans. Instrumentation and Measurements 24 (1975) 43-51.

60. Schillmann E.: Der Hallgenerator, ein neuartiges Bauelement der Elektrotechnik. Tech. Rundsch. 42 (1957) 9-13.

61. Дьяков А.Ф., Никитин O.A., Коробков H.B., Давыдов Б.И. Комплексная оценка экологической ситуации на электросетевых объектах сверхвысокого напряжения ЕЭС России // Вестник электроэнергетики. — 1996. -№3. -С. 13-23.

62. Манойлов В.Е. Основы электробезопасности. 5-е изд.- Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991. - 480с.

63. Кайданов Ф.Г. Моделирование электрических полей для изучения их влияния на человека. Известия АН СССР, Энергетика и транспорт, 1984. №1. С. 123-133.

64. Кармашев B.C. Электромагнитная совместимость технических средств. Справочник. -М., 2001.

65. Струмеляк A.B. Универсальный прибор для экспресс-оценки напряженности электрического и магнитного поля промышленной частоты «ПРИЗНАК-ЮМ». // Тезисы докладов молодежной научно-практической конференции. -Братск: ГОУ ВПО «БрГТУ», 2003. —С.27-29.

66. DS33023A, PICmicro™ Mid Range MCU Family Reference Manual -Microchip Technology Inc., 2002. 688 p.

67. DS30292C, PIC16F87X Data Sheet 28/40-Pin 8-Bit CMOS FLASH Microcontrollers -Microchip Technology Inc., 2001. 218 p.

68. Яценков B.C. Микроконтроллеры Microchip®. Практическое руководство -M.: Горячая линия Телеком, 2002. -296с. ил.

69. Струмеляк A.B. Универсальный измеритель напряженности электрического поля // Естественные и инженерные науки развитию регионов: Материалы межрегиональной научно-технической конференции. - Братск: БрГТУ, 2002. - С14-19.

70. Струмеляк A.B. Универсальный прибор для экспресс-оценки напряженности электрического поля «ПРИЗНАК-1 ОМ» // Естественные и инженерные науки — развитию регионов: Материалы межрегиональной научно-технической конференции. — Братск: БрГТУ, 2003.-С69-70.

71. Струмеляк A.B. Прибор для оценки электромагнитной обстановки в действующих электрических сетях // XXII научно техническая конференция Братского государственного технического университета: Материалы конференции. - Братск: БрГТУ, 2001. — 280 с.

72. Струмеляк A.B. Прибор для определения лимита времени пребывания персонала в зонах с повышенной напряженностью электрического поля // Труды Братского государственного технического университета. Т.2. — Братск: БрГТУ, 2001.-221 с.

73. Тэйлор Дж. Введение в теорию ошибок. Пер. с англ. М.: Мир, 1985. -272 е., ил.

74. Струмеляк A.B., Яковкина Т.Н. Инструментальная реализация метода количественной оценки воздействия электромагнитных полей на человека // Труды Братского государственного технического университета. Том 2. - Братск: ГОУВПО БрГТУ, 2004. - С.37-41.

75. Струмеляк A.B. Универсальный аппаратно-программный комплекс для измерения напряженности электрических и магнитных полей «ПРИЗНАК-ЮМ». // Технологии ЭМС. №2(9), 2004. С.40-44.

76. Струмеляк A.B., Яковкина Т.Н. Оценка погрешности методов измерения эллиптических электромагнитных полей промышленнойчастоты. // Естественные и инженерные науки — развитию регионов: Материалы конференции. — Братск: БрГТУ, 2004. С.77-78.

77. Струмеляк A.B., Яковкина Т.Н. Анализ методической погрешности средств измерения электрических и магнитных полей с анизотропными датчиками // Труды Братского государственного технического университета. Том 2. - Братск: ГОУВПО БрГТУ, 2004. - С. 19-22.

78. Курбацкий В.Г., Струмеляк A.B. Аппаратно-программный комплекс «ПРИЗНАК-1 ОМ» для измерения эллиптически поляризованных полей // Труды Братского государственного технического университета. Том 2. - Братск: ГОУВПО БрГТУ, 2004. - С.22-27.

79. Дьяков А.Ф., Максимов Б.К., Борисов Р.К., Кужекин И.П., Жуков A.B. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и электротехнике. / Под редакцией А.Ф. Дъякова. М.:Энергоатомиздат, 2003.-768 с.

80. Рябов Ю.Г., Бочков Ю.И. Реализация экранирования магнитных полей трансформаторных подстанций, встроенных в здания // Технологии ЭМС. №2(9), 2004. С.45-50.

81. Дьяков А.Ф., Никитин O.A., Максимов Б.К. и др. Методики и программа расчета электрических и магнитных полей промышленной частоты. // Вестник МЭИ, 1997. №1. -С.91-100.

82. Цирель Я.А. Заземляющие устройства воздушных линий электропередачи. Л.: Энергоатомиздат, 1989. -160с.

83. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Изд-во стандартов, 1998. -25с.

84. Курбацкий В.Г. Струмеляк A.B. Устройство для измерения напряженности электрического и магнитного полей. Патент РФ №44832.