книги / Промывочные жидкости и тампонажные смеси

Ктеме4.Электрическое поле промышленной частоты (50Ги)

Эффект воздействия электромагнитного поля на биологичес­ кий объект принято оценивать количеством электромагнитной энергии, поглощаемой объектом при нахождении его в поле.

Электромагнитное поле можно рассматривать как состоящее издвух полей электрического и магнитного. Электрическое поле возникаетпри напряжении натоковедущих частях, а магнитное— при прохождении токапо этим частям.

Допустимосчитать, что прй малых частотах, в том числе50 Гц, электрическое и магнитное поля несвязаны, поэтому их рассмат­ риваютраздельно, каки оказываемыеими влияниянабиологиче­ ский объект.

Для анализа электрического поля электроустановок промыш­ ленной частоты можно применять законы электростатики. Поле создается по крайней мере между двумя электродами (телами), которые несутзаряды разных знаков и на которых начинаются и оканчиваютсясиловыелинии.

Поле электроустановокнеравномерно, т.е. напряженностьего изменяется вдоль силовых линий несимметрично, посколькувоз­ никает между электродами различной формы, например между токоведущей частью и землей или металлической заземленной конструкцией. Кроме того, поле воздушной линии электропере­ дачи можно считать плоскопараллельным, т.е. форма его одина­ кова в параллельных плоскостях, называемых плоскостями поля.

Вданном случаеплоскости поляперпендикулярны оси линии. Механизм биологического действияэлектрического полянаор­

ганизм человека изучен недостаточно. Предполагается, что нару­ шение регуляции физиологических функций организма обуслов­ лено воздействием поля на различные отделы нервной системы. При этом повышениевозбудимости центральной нервной системы происходитвследствие рефлекторного действия поля, а тормозной эффект—результат прямого воздействияполяна структуры голов­ ного и спинного мозга. Считается, что кораголовного мозга, а так­ же промежуточный мозг особенно чувствительны к воздействию электрического поля. Предполагается также, что основным мате­ риальным фактором, вызывающим указанные изменения в орга­ низме, является индуцируемый в теле ток. При этом влияниесамо­ го электрического поля значительно меньше.

Наряду с биологическим действием электрическое поле обус­ ловливает возникновение разрядов между человеком и металли­ ческим предметом, имеющим иной, чем человек, потенциал. Ес­ ли человек стоит непосредственно на земле или натокопроводя­ щем заземленном основании, то потенциал его тела практически равен нулю. В том случае, когдачеловекизолирован отземли, его тело можетоказаться под некоторым потенциалом, достигающим иногда нескольких киловольт. Прикосновение человека, изоли­ рованного от земли, к заземленному металлическому предмету или человека, имеющего контактс землей, к изолированномуот земли металлическому предмету сопровождается прохождением черезтело человека в землю разрядного тока, который можетвы­ зватьболезненные ощущения. Такие прикосновения, как прави­ ло, сопровождаютсяискровым разрядом.

Вслучае прикосновения к изолированному от земли метал­ лическому предмету большой протяженности (трубопровод, про­ волочная ограда надеревянных стойках и т.п.) или большой пло­ щади (например, крышадеревянного здания)ток, проходящий че­ резтело человека, можетдостигать значений,опасныхдляжизни.

Вразных точках пространства вблизи электроустановок промышленной частоты напряженность электрического поля имеетразныезначения. Оназависитотрядафакторов: номиналь­ ного напряжения электроустановки; расстояния между точкой, в

которой определяется напряженность поля, и токоведущими частями; высоты размещения над землей токоведущих частей и интересующей насточки и т.п.

Напряженностьможетбытьизмеренас помощью специальных приборов. В некоторых случаях, например вблизи ВЛ, онаопре­ деляетсярасчетным путем.

В качестве примера рассмотрим порядок определения напря­ женности электрического поля, создаваемого трехфазной ВЛ с горизонтальным расположением проводов.

Дляупрощенияпримем допущение, что линиянеимеетгрозо­ защитных тросов или они изолированы от опор, что позволяет использовать их, например, для отбора мощности. В результате тросы не оказывают существенного влияния на электрическое полепроводов. При этом расчетныезначениянапряженности по­ лябудут завышенными по сравнению с фактическими, что в итоге ужесточаеттребованиябезопасности и поэтомудопустимо.

Напряженностьэлектрического поля уединенного бесконечно длинногопрямолинейногопроводника, заряженного равномерно подлине, выражается зависимостью

2neQm ’

где т — линейная плотность заряда провода, Кл/м; е0 =8,85-10_|2Ф/м —электрическая постоянная; т —кратчайшее

расстояниеотпроводадоточки, в которой определяется напряжен­ ность, м.

Рис.П.17.К вычислениюнапряженности электрическогополя вблизи воздушной линии электропередачи вточке Р.

А,В, С—фазы (провода)линии;А', В', С' —зеркальные изображения фаз; тл, тв, тс—кратчайшие расстояния отточки Рдофазлиний;пл, п„, пс—кратчай­ шие расстояния отточки Рдо зеркальных изображений фаз

Известно, что eeicrop напряженности поля Е совпадает с ли­ нией, соединяющей интересующую нас точку с проводником по кратчайшему расстоянию. При этом если проводник несет поло­

жительный заряд, то вектор напряженности Е направлен отпро­ водника, а при отрицательном заряде—к проводнику.

В нашем примере провода ВЛ служат в качестве бесконечно длинных прямолинейных проводников и расположены вблизи плоской поверхности проводящей среды —земли. Поэтому поле ВЛ создается зарядами не только проводов, но и их зеркальных

щения проводанад землей (при более точных расчетах —над про­ водящим слоем грунта), м;И—высотаточки /’над землей, м.

Далее путем сложения векторов Ем+п и Елк-и , атакже Ем*и и

Ем-)v получаем векторы Ел*и Ёлх , которые являются со­

ответственно горизонтальной и вертикальной составляющими вектора напряженности поля фазы А(с учетом ее зеркального изображения) в точке Р.

Векторы Ец*н и Ел{-)х имеютпротивоположные направления

(см. рис. П.17), следовательно, модуль суммарного вектора Елх равен разности модулей этих векторов, В/м

Е. =Е, x+d-Е. x+d

Модуль вектора Елv равен сумме модулей векторов Ел(*ъ и Ел(-)у,посколькуони направлены в одну сторону

Заменив Ем*) и 'Елм их значениями из (П.20) и (П.21), полу­ чим

Поскольку мы рассматриваем ВЛ переменноготока, то заряд тА, а следовательно, и напряженности Ёл> и Ёл>являютсясину­

соидальными функциями времени, т.е. можно представить их в комплексном виде. Учитывая, что

т =СУ.

произведем замену в уравнениях, представленных выше, в резуль­

тате чего получим окончательные выражения в комплексной формедлягоризонтальной и вертикальной составляющих вектора напряженности поля фазы А (с учетом ее зеркального изображе­ ния) вточкеР, В/м

где СА—емкость фазы Аотносительно земли, Ф/м; 0л —ком­

плекснапряженияфазы Аотносительноземли (эффективноезна­ чениефазногонапряжения), В; кх, к2—коэффициенты.

Аналогично можно получить выражениядля расчета горизон­ тальных и вертикальных составляющих напряженностей полей двухдругих фазВи С.

Горизонтальнаяи вертикальнаясоставляющиенапряженности суммарного поля, В/м, которые обусловлены зарядами всех фаз линиии их зеркальными изображениями

Ёх==ЁАх+ЁВх+Ёсх*

Е=Е+Ев+Е^

Подставим в эти уравнениясоответствующиезначения из(П.22). Учитывая то, что для линий с горизонтальным расположением проводов

С, = Св=Сс=С, а такжето, что длясимметричной трехфазной системы

йл=и^и,=а2и^йс=аиф,

где U —фазноенапряжениелинии, В; а = - 1/2+(у>/з/2) —фа­ зовый оператор, напряженностьэлектрического поля, В/м, трех­

Высотаразмещенияпроводанад землей Ядолжнапринимать­ ся равной фактической высоте размещения участка (точки) про­ вода, ближайшего кточке Р, поскольку на формирование поля в этой точкеосновное влияниеоказываетближайший участок про­ вода(рис. П.18). Этавысотаопределяетсяизвыражения:

где Нп —высота крепления провода на опоре, м;/=Яп-Я0— стрелапровесапровода, м; Я0—габаритлинии(наименьшеерас­

стояниеотпроводовдо земли), м;х—расстояниепо горизонтали отопоры до интересующей насточки провода, м; /—длина про­ леталинии, м.

Емкость фазы трехфазной линии с горизонтальным располо­ жением проводов относительно земли на единицудлины линии определяетсяследующим известным выражением

средняя высота подвеса проводов над поверхностью земли, м.

где г—радиуспровода, м.

При расщепленных фазах, состоящих из п проводов радиусом г0каждая, при расстоянии между ними (шаграсщепления) а вме­ сто г в (П.23)и (П.24) подставим эквивалентный радиусгJKB

материал эллипсоида однородный, его электрическая прово­ димостьравнасредней проводимости телачеловека;

первоначально считаем, что полуэллипсоид выполнен из не­ проводящего материала с относительной диэлектрической про­

ницаемостью ег; электрическое поле до внесения в него полуэллипсоидаявля­

етсяоднородным, и результирующееполе внутри непроводящего полуэллипсоида такжеоднородно;

вектор напряженности внешнего электрического поля Е на­ правлен вертикально,т.е. вдоль большой полуоси эллипсоида.

Размеры полуэллипсоида, эквивалентного телу человека, оп­ ределяем исходя изусловия, что они соответствуютвысотеи объ­

емутелачеловекасреднегороста: /А= 1,7 м и Vh—0,068 м\ Длина большой полуоси а согласно принятому допущению

равна1,7 м.Длинамалой полуоси bопределяетсяизравенства

и составляет0,14 м. Приэтом выражениедлярасчетатока, прохо­ дящегочерезтелочеловека, имеетвид

коэффициент деполяризации эллипсоида вращения вдоль оси вращения (т.е. оси а). Заменив в (П.26)Na его выражением из (П.27), получим

Длячеловекасреднегороста