Плотность магнитного потока в квартире
Трансформаторные подстанции, расположенные близко к жилым районам, могут вызывать высокие долгосрочные воздействия на чрезвычайно низкие магнитные поля соседних жителей. Некоторые из исследований показали повышенный риск детского лейкоза, связанный с долгосрочным воздействием повышенных уровней магнитных полей.
Опасное воздействие магнитного поля вблизи трансформаторной подстанции в здании (фото: Эдвард Цаньи)
С ростом общественного интереса, разумного избегания и хорошей практики становится все более важным минимизировать воздействие на близлежащих жителей.
Наиболее экономичным способом достижения этой цели является включение смягчения магнитного поля на ранней стадии процесса планирования и строительства / реконструкции каждой трансформаторной подстанции.
Используя численное моделирование, мы изучили различные варианты реконструкции типовой трансформаторной подстанции, расположенной в подвале многоквартирного дома с жилой комнатой, расположенной над трансформатором. Чтобы получить исчерпывающий снимок текущей ситуации до реконструкции, мы выполнили подробные точечные и 24-часовые измерения плотности магнитного потока.
По результатам численного моделирования мы предложили оптимальный и экономически эффективный план реконструкции.
После реконструкции численные результаты были оценены путем сопоставления численных результатов с результатами измерений после реконструкции и подтверждено численно предсказанное 10-кратное снижение коэффициента наибольших значений магнитного поля.
Содержание:
- Введение
-
Материалы и методы
- ситуация
- измерения
- Численные расчеты
-
Результаты
- Результаты измерения пятна
- Результаты непрерывных 24-часовых измерений
- Численное моделирование
- Точечные измерения после реконструкции
- Обсуждение и выводы
Введение
Международное агентство по изучению рака включало магнитное поле сверхнизкой частоты (ELF) среди возможных канцерогенных факторов для человека (1).
Это решение основано на результатах двух исследований (2, 3), которые показали, что повышенные 24 часа усредненные значения магнитного поля ELF (<0, 3-0, 4 мкТ) действительно увеличивают риск лейкемии у детей, но биологические механизмы этого риска остаются (1, 4, 5, 6).
Трансформаторные подстанции (TS), расположенные в подвале зданий, где квартиры расположены рядом или выше TS, не сомневаются в важных источниках магнитных полей ELF внутри соседних квартир. В исследовании, проведенном в Финляндии (7), они обнаружили, что в более чем 70% квартир выше ТС среднесуточная величина плотности магнитного потока превышает 0, 4 мкТ, тогда как в более высоких историях это было справедливо только для 6, 7% квартир.
Минимизация магнитного поля возможна либо путем перемещения всех деталей с большими токами вдали от квартир, путем изменения геометрии проводников, особенно низковольтной шины (LV), путем замены компонентов TS (с компонентами с более низкими выбросами) и, наконец, можно защитить близлежащие квартиры материалами с высокой проницаемостью или высокой проводимостью.
Вернуться к содержанию ↑
Материалы и методы
ситуация
Типичные ТС с номинальной мощностью 630 кВА, номинальное напряжение 10 / 0, 4 кВ расположены в подвале жилого дома. В первой комнате есть трансформатор (рис. 1), а во втором - распределительное устройство 20 кВ и низкого напряжения.
С нами связался владелец квартиры над TS, чтобы оценить уровень поля внутри квартиры. Первые измерения вытеснили плотность магнитного потока до значений 15 мкТ внутри квартиры над ТС.
Рисунок 1: Трансформатор, расположенный в правой комнате трансформаторной подстанции
Вернуться к содержанию ↑
измерения
Магнитное поле линейно коррелирует с фактической текущей нагрузкой, но это может меняться в течение дня в зависимости от текущего использования.
Для получения подробного моментального снимка магнитного поля в квартире над ТС, поэтому недостаточно сделать только точечные измерения, а также 24-часовые измерения для оценки временной изменчивости магнитного поля и определения наихудшего условия.
Анализатор полей Wandel & Goltermann EM EFA-3
Для измерения пятен мы использовали полевой анализатор Wandel & Goltermann EM EFA-3 с полевым зондом B. Для 24-часовых измерений мы использовали автоматическую измерительную станцию PMM 8055, которая измеряет плотность магнитного потока непрерывно 24 часа в сутки.
Он состоит из измерительного зонда для плотности магнитного потока ELF HP-051, блока управления с GSM-модемом для отправки измерений с измерительной станции на сервер, подключенный к Интернету, корпус с солнечными батареями и аккумулятором. После того, как данные будут автоматически переданы на сервер, их можно просмотреть всеми через интернет-приложение.
Согласно словенскому законодательству и международным стандартам (IEC 61786) плотность магнитного потока измеряется на высоте 1 или 1, 5 м над землей. Но в квартире не редкость, что у детей есть свои кровати на полу или они играют на полу, а при измерениях на 1 м над землей экспозиция будет сильно недооценена.
Поэтому все измерения - точечные и непрерывные 24 часа были взяты на высоте 0, 2 м над землей.
Вернуться к содержанию ↑
Численные расчеты
Мы использовали программный пакет Narda EFC-400EP для численного моделирования плотности магнитного потока в окрестности TS. Он основан на методе сегментации, где каждый проводник представлен конечными сегментами.
Соответствующие материальные и электромагнитные характеристики присваиваются всем сегментам, а результирующее магнитное поле представляет собой сумму вкладов всех сегментов.
Вернуться к содержанию ↑
Результаты
Результаты измерения пятна
Точечные измерения были проведены 22 октября 2008 года между 10.30 и 11.30. Измерения проводились в 15 местах внутри TS, а также в 17 местах в квартире над TS. Результаты измерений в квартире вместе с местоположениями показаны в таблице 1. По данным электрораспределительной компании значение тока на шине LV во время измерений было ≈100 А.
Таблица 1 - Измеренные значения плотности магнитного потока в квартире выше TS
Таблица 1 - Измеренные значения плотности магнитного потока в квартире выше TS
Вернуться к содержанию ↑
Результаты непрерывных 24-часовых измерений
Непрерывные 24-часовые измерения проводились впервые с начала декабря 2007 года по конец января 2008 года и во второй раз между началом измерений пятна (22 октября 2008 года) и 6 декабря 2008 года.
Наибольшая измеренная плотность магнитного потока составляла 15, 6 мкТ с самым высоким 24-часовым средним значением 9, 4 мкТ. По результатам непрерывных измерений мы оценили реальную наихудшую нагрузку TS.
При измерениях пятна ток в шине LV составлял ≈100 А. Номинальная нагрузка с током 909 А представляет собой наихудшее условие, когда такие условия в реальных ситуациях маловероятны. По результатам непрерывных измерений мы оценили, что в реальном худшем случае ток в шине LV составляет ≈200 А.
Вернуться к содержанию ↑
Численное моделирование
Чтобы проверить нашу численную модель TS, мы сравнили измеренные и рассчитанные результаты при тех же условиях нагрузки в тех же местах (таблица 2), и можно видеть, что оба значения хорошо согласуются. Небольшие различия возможны из-за разных факторов (упрощение модели, изменения нагрузки TS
,
).
Мы провели отдельные расчеты для разных частей TS, чтобы оценить, какие детали являются наиболее критичной и идентифицированной шиной LV, которая закреплена на потолке TS, и поэтому расстояние между шиной LV и полом в вышеуказанной квартире составляет всего 0, 5 м, Другими важными источниками являются также распределительные устройства и трансформаторы.
Основываясь на этих выводах, мы численно проанализировали перестройку ТС со следующими изменениями:
- Снятие шины шины LV, новая шина LV, расположенная под полом TS;
- Изменение распределительного устройства, поскольку оно уже устарело, с новым, которое должно быть как можно ниже;
- Правильный дизайн и реализация всех шин в TS (все кабели расположены близко друг к другу и расположены в треугольнике, как можно более короткие шины, особенно их части, которые выше, чем пол TS).
- Мы предлагаем трансформатор оставаться, поскольку он был заменен несколько лет назад.
Таблица 2 - Сравнение измеренной и рассчитанной плотности магнитного потока внутри квартиры над TS
Таблица 2 - Сравнение измеренной и рассчитанной плотности магнитного потока внутри квартиры над TS
Из результатов табл. 3 и рис. 2-5 видно, что реконструкция уменьшит максимальное значение плотности магнитного потока примерно в 10 раз.
Таблица 3 - Сравнение максимальных расчетных значений плотности магнитного потока до реконструкции и после него
Плотность магнитного потока до и после реконструкции
Результаты численного расчета плотности магнитного потока в квартире на высоте 0, 2 м над уровнем пола до (слева) и после реконструкции (справа). Ток на шине LV равен 100 A.
Рисунок 2: Результаты численного расчета плотности магнитного потока в квартире на высоте 0, 2 м над уровнем пола до (слева) и после реконструкции (справа). Ток на шине LV равен 100 A.
Результаты численного расчета плотности магнитного потока в квартире на высоте 0, 2 м над уровнем пола до (слева) и после реконструкции (справа). Ток на шине LV составляет 909 А.
Рисунок 3 - Результаты численного расчета плотности магнитного потока в квартире на высоте 0, 2 м над уровнем пола до (слева) и после реконструкции (справа). Ток на шине LV составляет 909 А.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ
Результаты численного расчета плотности магнитного потока в вертикальной плоскости через шину LV до (слева) и после реконструкции (справа). Ток на шине LV равен 100 A.
Рисунок 4 - Результаты численного расчета плотности магнитного потока в вертикальной плоскости через шину LV до (слева) и после реконструкции (справа). Ток на шине LV равен 100 A.
Результаты численного расчета плотности магнитного потока в вертикальной плоскости через шину LV до (слева) и после реконструкции (справа). Ток на шине LV составляет 909 А.
Рисунок 5 - Результаты численного расчета плотности магнитного потока в вертикальной плоскости через шину LV до (слева) и после реконструкции (справа). Ток на шине LV составляет 909 А.
Вернуться к содержанию ↑
Точечные измерения после реконструкции
Для проверки результатов численных расчетов была измерена плотность магнитного потока после реконструкции в тех же местах, что и до реконструкции (рис. 2). Во время измерений после реконструкции текущая нагрузка была немного выше тока: до того, как она составляла около 100 А, после того, как она составляла около 160 А.
В таблице 4 приведены значения плотности магнитного потока для измерений до реконструкции (вторая колонка) и после нее (третья колонка). Соотношение между двумя измерениями, показывающими уменьшение магнитного поля в квартире выше ТС, приведенное в четвертой колонке, поэтому немного недооценивает эффективность реконструкции, так как текущая нагрузка в 1, 6 раза выше во время измерений после реконструкции.
Таблица 4 - Измеренная плотность магнитного потока в квартире над TS
Таблица 4 - Измеренная плотность магнитного потока в квартире над TS
Вернуться к содержанию ↑
Обсуждение и выводы
Перед реконструкцией мы проанализировали магнитное поле в квартире над ТС. При численных расчетах реконструкция была оптимизирована с точки зрения экономической эффективности и целью снижения уровней магнитного поля в квартире над ТС.
Несмотря на то, что увеличение затрат на реконструкцию было минимальным, и реализация предлагаемого решения не была проблематичной, она все же уменьшала экспозицию людей, живущих в квартире, в 10 раз.
Для дальнейшего снижения магнитного поля в квартире необходимо либо сменить трансформатор на один с уменьшенными выбросами магнитного поля, либо использовать экранирующие материалы для магнитного поля ELF. Защитные материалы являются либо хорошими проводниками (алюминиевые или медные пластины), либо имеют высокую проницаемость.
С защитными материалами можно уменьшить магнитное поле в 5 раз или даже больше, но эти решения связаны с гораздо более высокими затратами по сравнению с предлагаемым.
Вернуться к содержанию ↑
Авторы: BLAŽ VALIČ и PETER GAJŠEK (ИНСТИТУТ НЕИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ПОХОРСКЕГА БАТАЛЬДЖОНА 215, 1000 ЛЮБЛДЖАНА, СЛОВЕНИЯ)
Рекомендации:
- IARC. (2002) Неионизирующее излучение. Часть 1. Статическое и чрезвычайно низкочастотное (ELF) электрическое и магнитное поля. IARC Monogr Eval Carcinog Риски Hum 80: 1-395. Лион, Франция
- Ahlbom A, Day N, Feychting M et. и др. (2000) Объединенный анализ магнитных полей и детского лейкоза. Br J Cancer 83: 692-698
- Greenland S, Sheppard AR, Kaune WT et. и др. (2000) Объединенный анализ магнитных полей, кодов и детского лейкоза. Исследовательская группа детского лейкоза-ЭМП. Эпидемиология 11: 624-634
- Kheifets L, Repacholi M, Saunders R et. и др. (2005) Чувствительность детей к электромагнитным полям. Педиатрия 116: 303-313
- Swanson J, Kheifets L (2006) Биофизические механизмы и вес доказательств для ЭДС. Radiat Res 165: 470-478
- Schuz J (2007) Последствия для руководящих принципов защиты от эпидемиологических исследований на магнитных полях и риска детского лейкоза. Health Phys 92: 642-648
- Ilonen K, Markkanen A, Mezei G et. и др. (2008) Внутренние трансформаторные станции как предсказатели живого воздействия магнитного поля ELF. Биоэлектромагнетик: 29: 213-218