Многие, наверное, знают о том, что вокруг линии электропередач происходит ионизация воздуха с образованием озона во вредной концентрации и окислов азота. Про особенности воздуха под высоковольтными линиями нам напоминает его специфический привкус. Однако о том, что ЛЭП является также источником электросмога нам не напоминает ничего. В то же время, исследование показывают, что жизнь рядом ЛЭП может приводить к печальным последствиям, не только из-за токсических газов, но и из за воздействия магнитного поля ЛЭП.

Основы электротехники

Так как затронутая тема может быть интересна и людям без технического образования, то начнем материал с ликбеза. Напомним, что линии электропередач характеризуются тремя параметрами — током, напряжением и частотой.

Ток измеряется в амперах и характеризует количество электричества, протекающее через провод. Наши домашние провода обычно рассчитаны на максимальный ток 10-16 А. Что же касается высоковольтных проводов, то они могут быть рассчитаны на токи до 2500 А.

Напряжение измеряется в вольтах. Оно характеризует потенциал источника. Если провести аналогию с водоснабжением, то напряжение аналогично давлению воды на заглушку крана, а ток — аналогичен количеству воды при открытой заглушке. Домашняя сеть переменного тока, как известно, имеет напряжение 220-230 В. Что же касается длинных магистралей, то они работают на более высоких напряжениях. Это позволяет передавать требуемое количество электроэнергии с меньшей силой тока, и, как следствие, снизить потери передаваемой энергии в проводах. Поэтому чем длиннее линия, тем под более высоким напряжением она работает. И поэтому неудивительно, что самая высоковольтная линия электропередачи (ЛЭП) была построена именно в Советском Союзе. Это ЛЭП Итат — Барнаул — Экибастуз — Кокшетау — Костанай — Челябинск общей протяженностью 2350 км с проектным напряжением 1150 кВ. Правда, после распада СССР в эксплуатации осталась только часть российского участка ЛЭП, который сейчас работает под напряжением 500 кВ.

Трансформаторная подстанция.

Частота тока характеризует продолжительность времени, за который переменный ток проходит один колебательный цикл — то есть, изменения амплитуды и направления движения.

Для сетей постоянного тока эта характеристика неактуальна. Но по линиям электропередач в подавляющем большинстве случаев передают переменный ток промышленной частоты — 50 Гц., благо такой ток значительно легче преобразовывать по напряжению. Для этого предназначены всем нам известные трансформаторные станции.

Как формируются поля

Электрическое поле существует везде, где есть электрические заряженные тела, например оно появляется при включении устройства в розетку, даже если само устройство выключено. А когда устройство включается появляется контур, по которому идет ток, и к электрическому полю добавляется магнитное. Такие же контуры представляют собой и ЛЭП. Так как они работают на частоте 50 Гц, то формируемые ими поля, электрическое и магнитное, также меняются с частотой 50 Гц. По своим свойствам эти поля отчасти схожи, в частности, оба они быстро ослабевают с увеличением расстояния от источника. Но на экранирование они реагируют очень по-разному: электрические поля экранируются достаточно просто, в то время как магнитные поля проникают практически через любые материалы — их экранирование возможно только с помощью специальных металлических сплавов и толстой алюминиевой фольги, и то лишь частичное.

Три фазы переменного тока

Три фазы переменного тока.

В сетях переменного тока промышленной частоты используется трехфазный ток. То есть контур создается тремя проводниками, пропускающими ток в трех разных фазах

В каждом из проводников ток сдвинут на одну треть периода частоты. Подключить три проводника к трем фазам источника (R,S и T ) можно шестью разными способами. Если поблизости нет другого такого же контура, то все 6 комбинаций будут генерировать магнитное поле одинаковой мощности. Однако если два таких контура окажутся поблизости друг от друга, то их магнитные поля могут взаимно усиливаться или ослабляться. Результат зависит от сочетания выбранных вариантов подключения проводников в каждом из контуров. Учитывая что магнитное поле почти не экранируется, оптимальный подбор фаз является самым эффективным способом его уменьшения. Для оптимизации используются специальные моделирующие программы, учитывающие характеристики ЛЭП.

Магнитное поле воздушных ЛЭП

Интенсивность магнитного поля линий электропередач измеряется с микротеслах (мкТ). Чем более высоковольтные линии, тем на большие объемы передаваемой энергии они рассчитаны и тем более сильное магнитное поле они генерируют при расчетной нагрузке. Надо учитывать, что фактическая загрузка ЛЭП зависит от уровня промышленного и бытового потребления тока в текущий момент и сильно колеблется в зависимости от времени суток, времени года и дня недели. Часто она сильно ниже расчетной. Вместе с передаваемой мощностью колеблется и уровень магнитного поля, поэтому его разовое измерение мало информативно.

Электрическое поле воздушных ЛЭП

В отличие от тока, напряжение в ЛЭП, формирующее электрическое поле, остается практически постоянным, его величина измеряется в единицах В/м. Его уровень зависит от уровня напряжения, которое в ЛЭП постоянно.

Под линией 380 КВ при стандартной высоте опор уровень электрического поля составляет до 5 КВ/м., под линией 220 кВ — до 3кВ/м для линий 110 к В до 700 В/м и для линий 50 кВ до 400 В/м. Кроме того, электрическое поле ослабевает с расстоянием, и, в отличие от магнитного, ослабляется любыми материалами с низкой проводимостью, такими как кусты, деревья или стены зданий. Экранирования стен обычно достаточно, чтобы снизить уровень электрического поля внутри здания на 90 и более процентов.

Магнитные поля от подземных кабелей

Схематическое изображение закладки подземного кабеля.

В то время, как магистральные междугородние линии проходят по воздуху, местные распределительные линии сейчас, в основном, прокладываются под землей, по крайней мере в крупных городах.

При воздушных инсталляциях роль изолятора между проводами играет воздух, и расстояние рассчитывается таким образом, чтобы исключить электрический пробой между проводами.

Но в случае подземной прокладки проводники хорошо изолированы и могут располагаться ближе друг к другу. Один из результатов более близкого расположения — возможность лучшей взаимной компенсации магнитных полей. Это означает, что по сравнению с воздушными линиями магнитные поля от подземных линий быстрее ослабляются в боковых направлениях, хотя на участках, расположенных прямо надо проводами, магнитное поле будет такой же силы, как и от воздушных линий.

Что же касается электрического поля, то оно полностью экранируется оплеткой кабелей и землей. Технически можно было бы завести под землю и магистральные линии, но совокупная стоимость такого решения делает его нереалистичным.

Если же принять внимание слабую возможность экранирования магнитного поля, то становится ясно, что именно оно может нести основную угрозу нашему здоровью при постоянном пребывании вблизи ЛЭП, но об этом мы поговорим в следующей части.

Продолжение здесь…