Об электромагнитной экологии электроустановок зданий
Руководитель электротехнического отделения Центра электромагнитной безопасности, к.т.н., член IEEE В.С. Петухов.
«После переезда в новый офис резко ухудшилось самочувствие всех членов
коллектива. Госсанэпиднадзором было выявлено превышение уровня
электромагнитного поля в несколько раз и и выдано предписание о
необходимости реконструкции системы электроснабжения здания. Полностью
была заменена электропроводка, однако, как показали повторные замеры,
однако уровень магнитного поля остался выше рекомендованных значения.
Что делать дальше?» - из писем в Центр электромагнит ной безопасности.
Об электромагнитной экологии электроустановок зданий
Автор поднимает на первый взгляд не совсем актуальный и не очень уж понятный вопрос.
Но только на первый и поверхностный взгляд.
Действительно, публикации в СМИ информируют нас о данных различных
исследований, касающихся негативного влияния на состояние здоровья
людей сотовых телефонов и базовых станций, мощных радиопередающих
устройств, линий электропередач, трансформаторов, электроприборов и т.п.
Казалось бы, причем здесь система электроснабжения здания как таковая?
Что в ней может оказывать негативное влияние?
Каков физический механизм формирования этого воздействующего фактора?
Сколь массово распространена потенциально опасная ситуация?
И что делать для защиты от подобных негативных воздействий?
Постараемся детально разобраться с этими вопросами.
Хорошо известно, электромагнитные поля оказывают негативное действие на
состояние здоровья человека (более подробно мы осветим этот вопрос в
нашей следующей статье), и степень «вредоносности» определяется
интенсивностью, частотой электромагнитной волны, временем воздействия и
другими факторами.
Применительно к электроустановкам зданий главным воздействующим фактором являются магнитные поля промышленной частоты (МП ПЧ).
Магнитное поле в окружающем пространстве создается током в проводниках.
Таким образом, причина появления МП ПЧ вблизи силовых трансформаторов,
электродвигателей и т. п. очевидна. Более сложная ситуация с системой
кабельных линий здания. Суммарный ток по линиям питания однофазных и
трехфазных нагрузок тождественно равен нулю при любом распределении
нагрузок по фазам, и магнитное поле, создаваемое протекающими в таких
кабельных линиях токами в проложенных рядом друг с другом проводниках
также пренебрежимо мало.
Но если проложить фазные и нулевые рабочие проводники по разным
трассам, в пространстве между ними возникает значительное по величине
магнитное поле (при тех же токах в проводниках).
Далее, если по тем или иным причинам (см. ниже) нулевой рабочий
проводник имеет гальваническую связь с нулевыми защитными проводниками
и/или металлоконструкциями здания, то часть тока с этого проводника
«уходит» на РЕ-систему (возникает ток утечки). Возникающий при этом
дисбаланс токов (неравенство нулю суммарного тока по кабельной линии)
создает в окружающем пространстве постоянно присутствующее магнитное
поле, медленно убывающее с увеличением расстояния от рассматриваемого
кабеля.
Кроме того, наличие токов утечки в системе электроснабжения здания
приводит к постоянному протеканию токов по металлоконструкциям и
трубопроводным системам, что также является причиной увеличения уровней
МП ПЧ.
Что является причиной появления токов утечки и как часто возникает вышеописанная ситуация?
1. Выполнение электроустановки здания в соответствии с требованиями
6-го издания ПУЭ (4-х проводная ТN-C система). При этом имеются
множественные, приводящие к возникновению токов утечки, гальванические
связи PEN – проводника с металлоконструкциями здания. Иными словами,
все здания, электроустановки которых выполнены по TN-C системе, в той
или иной степени изначально подвергнуты электромагнитному загрязнению
магнитными полями промышленной частоты.
2. Ожидалось, что введение в действие требований 7-го издания ПУЭ
позволит законодательно поэтапно устранить сложившуюся ситуацию. К
сожалению, этого не произошло. Действительно, п. 543.2.5 ГОСТ Р
50571.10-96 гласит: «Использование СПЧ (сторонних проводящих частей) в
качестве PEN-проводников запрещено». В тоже время п. 1.7.133 7-го
издания ПУЭ в дословной формулировке «Не допускается использование
сторонних проводящих частей в качестве единственного PEN-проводника»
одним - единственным словом (безусловно обоснованным с т.з. обеспечения
электробезопасности) не ставит токи утечки «вне закона» со всеми
вытекающими отсюда последствиями (включая невозможность применения
устройств защитного отключения).
3. Известно, что при равномерной нагрузке в цепях 3-х фазного
переменного тока ток в нулевом проводе отсутствует. Это действительно
справедливо для линейных электропотребителей (электродвигатели,
нагреватели, лампы накаливания и т.п.) На самом деле ситуация может
быть намного хуже. Дело в том, что для широко распространенных в
настоящее время нелинейных электропотребителей (компьютеры и
файл-серверы, компьютерная периферия, мониторы, лазерные принтеры,
блоки бесперебойного питания (UPS), копировальные аппараты и факсы;
газоразрядные лампы, бытовая аудио- и видеотехника и т.п.) характерно
присутствие высших гармоник в форме кривой потребляемого тока. А в этом
случае гармоники тока, кратные трем, алгебраически складываются в
нулевом рабочем проводнике, в результате чего ток в последнем превышает
ток в фазных проводниках (до 1.7 раз) даже при абсолютном равенстве
нагрузок по фазам. Соответственно ток утечки линий питания
«компьютерных нагрузок» (а значит и загрязнение МП высших гармоник
промышленной частоты) будет значительно выше по сравнению со случаем
питания по той же сети линейных электропотребителей /1/.
4. Постоянно встречающиеся на практике и многократно повторяющиеся
ошибки монтажа нулевых рабочих и нулевых защитных проводников, также
как и повреждения изоляции нулевых рабочих проводников /2/.
Наличие токов утечки в электроустановках зданий приводит не только к
вышеуказанным экологическим, но и другим проблемам – проблемам
обеспечения электромагнитной совместимости технических средств /2/.
Что делать в сложившейся ситуации?
На наш взгляд, пути выхода из сложившейся ситуации могут быть следующими:
1. Признать факт существования серьезной проблемы
2. Внести необходимую коррекцию в формулировку п. 1.7.133 7-го издания ПУЭ.
3. Выполнять поэтапную реконструкцию электроустановок зданий, выполненных по TN-C системе.
4. При невозможности выполнения работ по п. 3 в полном объеме,
выполнять работы по измерению уровней магнитных полей промышленной
частоты в местах длительного пребывания людей, с последующим
проведением работ по устранению токов утечки по кабельным линиям с
максимальными значениями последних.
5. При выполнении электромонтажных работ во вновь строящихся и
капитально реконструируемых зданиях выполнять инструментальных контроль
отсутствия ошибок монтажа, приводящих к появлению токов утечки.
6. В целях выполнения современных требований по обеспечению электро- и
пожаробезопасности, а также недопущения возникновения токов утечки в
процессе эксплуатации электроустановок – применять устройства защитного
отключения (УЗО).
Литература
1. О.А. Григорьев О.А., Петухов В.С., к.т.н., Соколов В.А., Красилов
И.А. Высшие гармоники в сетях электроснабжения 0.4 кВ – Новости
электротехники 6(18)2002-1(19) 2003
2. . Петухов В.С., к.т.н., Соколов В.А., Меркулов А.В. Токи утечки в
электроустановках зданий – Новости электротехники 5(23) 2003.
3. О.А. Григорьев О.А., Петухов В.С., к.т.н., Соколов В.А. «Способ
обнаружения токов утечки, возможности их появления и поиска мест их
возникновения в системах электроснабжения» Патент РФ от 05.12.2001 г.
