Michaÿ Zeþczak1
Pola elektromagnetyczne emitowane
przez energetykÿ zawodowþ
w żrodowisku czüowieka
Streszczenie
Referat przedstawia problemy zwiÿzane z emisjÿ pól elektromagnetycznych przez energetykþ
zawodowÿ. W pierwszej czþżci referatu podano podstawowe wüażciwożci pól elektromagnetycznych
zaznaczajÿc róûnicþ miþdzy strefÿ promieniowania a strefÿ bliskÿ. Pola elektromagnetyczne emitowane
przez energetykþ zawodowÿ podzielono na pola: elektrostatyczne, magnetostatyczne, elektryczne i
magnetyczne 50 Hz oraz na pola wysokiej czþstotliwożci. Dla tych pól podano wartożci natþûeÅ›
wystþpujÿcych w żrodowisku.
1. Wstÿp
Od poczÿtku istnienia żrodowiska naturalnego istniaüy pola elektromagnetyczne i zachodziüy
wzajemne oddziaüywania miþdzy tymi polami a ûywymi organizmami. Z chwilÿ rozwoju cywilizacji
nastÿpiüo intensywne zastosowanie zjawisk elektromagnetycznych, które sÿ podstawÿ dziaüania wielu
urzÿdzeÅ›. W ten sposób w żrodowisku pojawiüy siþ pola elektromagnetyczne o czþstotliwożciach, a
przede wszystkim o natþûeniach dotychczas niespotykanych. Jednÿ z dziedzin odpowiedzialnych za
wykorzystanie i wytwarzanie pól elektromagnetycznych jest elektroenergetyka. Jeżli weÅ‚mie siþ pod
uwagþ zakres dziaüalnożci elektroenergetyki obejmujÿcy: wytwarzanie, przesyü, rozdziaü,
przeksztaücanie i czþżciowe uûytkowanie energii elektrycznej to üatwo zauwaûyÅ‚, ûe elektroenergetyka
emituje do żrodowiska pola elektromagnetyczne prawie z caüego zakresu czþstotliwożci. Przede
wszystkim jednak elektroenergetyka emituje pola elektromagnetyczne o czþstotliwożci 50 Hz.
2. Podstawowe wþażciwożci pól elektromagnetycznych
Pole elektromagnetyczne moûe byÅ‚ zdefiniowane jako obszar, w którym na kaûdy üadunek q
poruszajÿcy siþ z prþdkożciÿ v dziaüa siüa Lorentza:
F = q(E + vÿ B)
(1)
E to wektor natþûenia pola elektrycznego (PE), którego jednostkÿ jest 1 V/m. Natomiast B to wektor
indukcji magnetycznej, którego jednostkÿ jest Tesla. Wektor indukcji B i wektora natþûenia pola
magnetycznego (PM) H stosowane mogÿ byÅ‚ zamiennie (B = m0H ). Jednostkÿ natþûenia PM jest 1
A/m (1 A/m þ 1,25 mT). Czþsto stosowana jest (zwüaszcza w USA) jednostka indukcji magnetycznej 1
gaus (1 Gs = 100 mT). Dawniej stosowana byüa jednostka natþûenia pola magnetycznego 1 oersted (1
Oe = (1/4p)ż103 A/m).
Ogólne zaleÿnoþci pomiżdzy powyÿszymi i innymi wielkoþciami charakteryzujücymi pole
elektromagnetyczne opisujü równania Maxwella.
Wielkożci E i B powiÿzane sÿ ze sobÿ za pomocÿ potencjaüu magnetycznego A.
üA
E = -ÿ V -
(2)
üt
B = ÿ þ A
(3)
1
Politechnika Szczeciÿska, Wydziaþ Elektryczny
W zaleûnożci od odlegüożci od Å‚ródüa pola elektromagnetycznego wyróûnia siþ: strefþ bliskÿ, strefþ
dalekÿ (promieniowania) oraz strefþ pożredniÿ. W strefie dalekiej (r>>l) powiÿzanie sküadowej
elektrycznej i magnetycznej jest zupeüne, poniewaû üA/üt >> ÿ V. Wtedy:
üA
E ż -
(4)
üt
W strefie promieniowania wektor Poytinga S:
S = E ÿ H
(5)
ma tylko sküadowÿ czynnÿ. Moc niesiona przez ten wektor jest czysto czynna i rozchodzi siþ w
kierunku promieniowym. Wartożci natþûeÅ› pól E i H powiÿzane sÿ poprzez impedancjþ falowÿ próûni
Zf:
E m0
Zf = = =120p W
(6)
H e0
Zaleûnożci (5) i (6) majÿ bardzo duûe znaczenie praktyczne, poniewaû umoûliwiajÿ w strefie
dalekiej utworzenie prostej zaleûnożci miþdzy gþstożciÿ powierzchniowÿ strumienia mocy S,
natþûeniem PE, natþûeniem PM i impedancjÿ falowÿ próûni:
E2
S = = H2 ü Zf
(7)
Zf
W polu dalekim wystarczy wiþc pomiar tylko jednej sküadowej E, H lub S.
W obszarze, w którym speüniony jest warunek r << l/2p wystþpuje strefa bliska (strefa indukcji) i
jest speüniony warunek ÿ V >> üA/üt. Wówczas:
E û -þ V
(8)
W strefie bliskiej obie sküadowe: elektrycznÿ i magnetycznÿ moûna opisywaÅ‚ oddzielnie. I tak PE
bþdÿ powstawaÅ‚ wokóü czþżci majÿcych pewien potencjaü wzglþdem ziemi, a PM wokóü czþżci
przewodzÿcych prÿd. W strefie bliskiej konieczny jest niezaleûny pomiar E i H.
Pomiżdzy strefü bliskü i dalekü znajduje siż strefa poþrednia, w której pola majü strukturż zûoÿonü.
Kaÿdorazowo przy analizie oddziaûywania PEM na organizmy ÿywe naleÿy wiżc porównaÅ› dûugoþÅ› fali,
odlegûoþÅ› organizmu od Å‚ródûa oraz rozmiary organizmu. Najczżþciej przy czżstotliwoþciach poniÿej 1
MHz (l>300 m) istotna jest strefa bliska. Przy czþstotliwożciach znacznie wiþkszych od 1 MHz
najczþżciej istotna jest strefa promieniowania, chociaû istniejÿ wyjÿtki (np.: telefon komórkowy).
W aktach normatywnych stosuje siþ pewne okreżlenia charakteryzujÿce dodatkowo wüażciwożci pól
elektromagnetycznych.
PEM wielkiej impedancji jest to pole, w którym E/H > 100 W. Pole to wystþpuje w strefie dalekiej
PEM oraz w strefie pola indukcji w otoczeniu obwodów, w których miþdzy napiþciem U i prÿdem I
zachodzi w przybliûeniu zaleûnożł U/I > 100 W.
PEM żredniej impedancji jest to pole, w którym 0,01 W þ E/H þ 100 W. Pole to wystþpuje zazwyczaj
w strefie bliskiej PEM wokóü obwodów elektrycznych, w których miþdzy napiþciem U i prÿdem I
zachodzi w przybliûeniu zaleûnożł 0,01 W þ U/I þ 100 W.
PEM maüej impedancji jest to pole, w którym E/H < 0,01 W. Pole to wystþpuje zazwyczaj w strefie
bliskiej wokóü obwodów elektrycznych, w których miþdzy napiþciem U i prÿdem I zachodzi w
przybliûeniu zaleûnożł U/I < 0,01 W.
3. Pola elektromagnetyczne wystÿpujüce w żrodowisku
Pola elektromagnetyczne wystþpujÿce w żrodowisku moûna podzieliÅ‚ na pola naturalne i pola
pochodzenia technicznego (zwane czasami polami sztucznymi).
2
Z wszystkich pól naturalnych najlepiej znane jest pole geomagnetyczne. Natþûenie tego pola
wynosi od 16 do 56 A/m. Nad powierzchniÿ Ziemi wystþpuje równieû naturalne pole elektryczne o
natþûeniu okoüo 120 V/m przy normalnej pogodzie.
Z chwilÿ wykorzystywania energii elektrycznej przez czüowieka urzÿdzenia techniczne zaczþüy
wytwarzaÅ‚ PEM o bardzo róûnych czþstotliwożciach i poziomach natþûeÅ›. W tablicy 1 przedstawiono
zakresy czþstotliwożci oraz typowe ich zastosowanie.
Tablica 1. Zakresy czÿstotliwoþci oraz ich typowe zastosowanie
F ZASTOSOWANIE
Trakcja elektryczna prÿdu staþego, technologie elektrostatyczne, linie przesyþowe prÿdu
0ś300 Hz
staþego, trakcja elektryczna 16 2/3 Hz i 50 Hz, elektroenergetyka, þÿcznożü.
(SELF, ELF)
Sterowanie czûstotliwożciÿ akustycznÿ, medycyna, þÿcznożü, piece indukcyjne, hartowanie,
0,3ś3 kHz
lutowanie, topienie, rafinacja.
(ULF)
Telekomunikacja, radionawigacja, medycyna, ogrzewanie indukcyjne, lutowanie, topienie,
3ś30 kHz
hartowanie, rafinacja, monitory ekranowe.
(VLF)
Radionawigacja, telekomunikacja morska i aeronautyczna, telefonia energetyczna nożna,
30ś300 kHz
radiolokacja, monitory ekranowe, indukcyjne topienie metali, tomografia impedancyjna,
(LF)
ulot, ukþady zapþonowe.
0,3ś3 MHz Telekomunikacja, radionawigacja, radio amatorskie, radiofonia AM, spawanie RF,
zgrzewarki opakowaÅ›, medycyna.
(MF)
3Å›30 MHz Pasmo czûstotliwożci dla uÅ‚ytku powszechnego, radiomodelarstwo, telekomunikacja
miûdzynarodowa, diatermie, rezonans magnetyczny, ogrzewanie dielektryczne.
(HF)
30ś300 MHz Policja, strał połarna, amatorskie radia FM, telewizja VHF, diatermie, pogotowie
ratunkowe, kontrola ruchu powietrznego, rezonans magnetyczny, ogrzewanie
(VHF)
dielektryczne, ulot.
Radio amatorskie, taxi, strał połarna, radary, radionawigacja, telewizja UHF, kuchenki
0,3ś3 GHz
mikrofalowe, telefonia komórkowa, diatermie, dezynsekcja, akceleratory.
(UHF)
Radary, telekomunikacja satelitarna, radio amatorskie, strał połarna, taxi, samolotowe
3ś30 GHz
radary pogodowe, policja, radiolinie, alarmy przeciwwþamaniowe.
(SHF)
Radary, telekomunikacja satelitarna, radiolinie, radionawigacja, radio amatorskie.
30ś300 GHz
(EHF)
4. Pola elektromagnetyczne emitowane przez elektroenergetykÿ
Elektroenergetyka korzysta prawie z caüego widma elektromagnetycznego, jednak z metodycznego
punktu widzenia moûna wyróûniÅ‚: pola elektrostatyczne, magnetostatyczne, elektryczne 50 Hz,
magnetyczne 50 Hz oraz pola o wyûszych czþstotliwożciach.
4.1. żRÓDüA PÓL ELEKTROSTATYCZNYCH
÷ródüem pola elektrostatycznego jest nieruchomy i niezmienny w czasie üadunek elektryczny.
Jednorodne pole elektrostatyczne wystþpuje w żrodku kondensatora püaskiego, jeżli odlegüożł d
miþdzy oküadzinami jest duûo mniejsza od rozmiarów tych oküadzin. Jeżli kondensator taki jest
naüadowany do napiþcia U, to natþûenie pola elektrycznego wewnÿtrz kondensatora wypeünionego
powietrzem wynosi:
U
E =
(9)
d
Wzór (9) moûe süuûyÅ‚ do wstþpnego, bardzo przybliûonego oszacowania natþûenia PE w wielu
uküadach spotykanych w praktyce.
Innym uküadem wystþpujÿcym w elektroenergetyce jest przewód (lub uküad przewodów)
naüadowany do pewnego potencjaüu, zawieszony nad przewodzÿcÿ püaszczyznÿ (najczþżciej jest to
powierzchnia Ziemi). Przy obliczeniach stosuje siþ nastþpujÿce zaüoûenia:
Å‚ przewody sÿ nieskoÅ›czenie düugimi walcami prostoliniowymi, równolegüymi wzglþdem siebie i
Ziemi,
Å‚ przenikalnożł dielektryczna e powietrza jest równa przenikalnożci próûni,
ł przewodnożł powietrza jest równa zeru,
3
Å‚ nie uwzglþdnia siþ wpüywu sÿsiednich mas przewodzÿcych,
Å‚ odlegüożci pomiþdzy poszczególnymi przewodami, jak równieû miþdzy kaûdym przewodem i ziemiÿ
sÿ bardzo duûe w porównaniu z promieniem danego przewodu lub wiÿzki.
Wektor natþûenia PE ma dwie sküadowe: pionowÿ Ex oraz poziomÿ Ey. Wypadkowa wartożł E:
E = E2 + E2
(10)
x y
Na rys. 1 przedstawiono rozküad natþûenia PE na wysokożci 1,8 m nad Ziemiÿ, wzdüuû linii
prostopadüej do osi jednoprzewodowej linii prÿdu staüego o napiþciu 231 kV, wyposaûonej w przewód
wiÿzkowy AFL-8 o przekroju 2ÿ454 mm2 i d = 0,4 m. Wysokożł zawieszenia przewodu nad Ziemiÿ: 10
m. W rzeczywistej linii prÿdu staüego naleûy uwzglþdniÅ‚ trudny do doküadnego zamodelowania
üadunek przestrzenny w otoczeniu przewodów.
Z pomiarów wynika, ûe pod liniami napowietrznymi prÿdu staüego natþûenie pola
elektrostatycznego przekracza 20 kV/m [1] (w Polsce nie moûe przekraczaÅ‚ 16 kV/m). Linie prÿdu
staüego budowane sÿ czþsto jako kable podziemne. Wówczas na powierzchni Ziemi nie obserwuje siþ
mierzalnych wartożci natþûenia PE.
9
8
Ex
7
Ey
6
E
5
kV/m
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
y [m]
Rys. 1. Rozkżad natÿüenia PE pod liniû jednoprzewodowû 231 kV prûdu stażego
Naleûy pamiþtaÅ‚, ûe pola elektrostatyczne sÿ bardzo üatwe do ekranowania, dlatego nie stanowiÿ
uciÿûliwego problemu eksploatacyjnego.
4.2. żRÓDüA PÓL MAGNETOSTATYCZNYCH
Pole magnetostatyczne powstaje wokóü nieruchomego obwodu z prÿdem staüym. Przy obliczaniu
pola magnetycznego zaküada siþ, ûe przenikalnożł magnetyczna powietrza i Ziemi jest taka sama jak
próûni.
Jeżli przez przewód püynie prÿd I, to wartożł wektora natþûenia PM w punkcie odlegüym od żrodka
przewodu o r obliczona za pomocÿ prawa Biota-Savarta wynosi:
I
H(r) =
(11)
2pr
W zwiÿzku z tym, ûe PM przenika niezaküócone przez wiþkszożł obiektów przyrodniczych, dla
których mr û 1 moûna w sposób przybliûony wyznaczaÅ‚ wartożci indukcji i natþûenia PM uwzglþdniajÿc
tylko obecnożł przewodów przewodzÿcych prÿd wykorzystujÿc zaleûnożł (11). Wyniki obliczeÅ› zaleûÿ
od püynÿcego prÿdu, dlatego czþsto podaje siþ wartożci indukcji lub natþûenia PM przeliczone na 1000
A.
4
Na rys. 2 przedstawiono rozküad natþûenia PM wzdüuû linii prostopadüej do osi jednoprzewodowej
linii z poprzedniego przyküadu. Linia przewodzi prÿd I = 1000 A.
20
18
16
Hx
14
Hy
12 H
10
A/m
8
6
4
2
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
y [m]
Rys. 2. Rozkżad natÿüenia PM pod liniû prûdu stażego przy prûdzie 1000 A
Jeżli linia napowietrzna prÿdu staüego jest liniÿ dwubiegunowÿ, to naleûy uwzglþdniÅ‚ przeciwny
kierunek prÿdu w obu przewodach.
Przyküadowo, w uküadzie przesyüowym Polska - Szwecja (450 kV) w sÿsiedztwie linii kablowej (1 m)
przy prÿdzie 1330 A natþûenie PM wyniesie okoüo 215 A/m. Przy takim samym prÿdzie w linii
napowietrznej, o wysokożci zawieszenia przewodów 10 m, wartożł natþûenia PM przy powierzchni
Ziemi wyniosüaby okoüo 25 A/m [2].
4.3. żRÓDüA PÓL ELEKTRYCZNYCH 50 HZ
Podstawowym Å‚ródüem PE 50 Hz w żrodowisku sÿ linie elektroenergetyczne. Istnieje wiele
algorytmów do wyznaczania natþûenia PE wokóü linii elektroenergetycznej [3]. Wiþkszożł z tych
algorytmów wykorzystuje zaawansowane techniki obliczeniowe uwzglþdniajÿce róûny zwis przewodów,
obecnożł süupów, a takûe innych obiektów przewodzÿcych. Poniûej w uproszczeniu przedstawiono
algorytm do wyznaczania rozküadów natþûenia pola elektrycznego wokóü linii wykorzystujÿcy metodþ
odbiÅ‚ zwierciadlanych i zasadþ superpozycji. Uküad przewodów linii elektroenergetycznej
zaprezentowano na rys. 3.
5
Rys. 3. Ukżad przewodów linii elektroenergetycznej
Przyjmuje siþ takie same zaüoûenia jak dla linii prÿdu staüego, z tym ûe naleûy uwzglþdniÅ‚
przesuniþcie czasowe pomiþdzy przebiegami napiþÅ‚ w poszczególnych przewodach. Kolejnożł
postþpowania przy obliczeniach jest nastþpujÿca:
I. Skompletowanie danych: konfiguracja linii, napiþcia przewodów wzglþdem Ziemi.
II. Obliczenie rozküadu üadunku elektrycznego na przewodach.
III. Na podstawie rozküadu üadunku na przewodach i geometrii linii oblicza siþ potencjaü w dowolnym
punkcie wokóü linii (najczþżciej na wysokożci 1,8 m nad Ziemiÿ).
IV. Wykorzystujÿc zaleûnożł (8) oblicza siþ natþûenia PE w tym punkcie. Pole elektryczne pod liniÿ jest
superpozycjÿ dwóch pól wirujÿcych w przeciwnych kierunkach z prþdkożciÿ kÿtowÿ w:
E(x, y, t) = 2E1(x, y)ejwt + 2E2(x, y)e- jwt
(12)
Wektor natþûenia pola elektrycznego zakreżla w ciÿgu jednego okresu elipsþ
o póüosi düuûszej:
Ea (x, y) = (1/ 2) max E(x, y, t)
(13)
tł(0,T)
i póüosi krótszej:
Eb (x, y) = (1/ 2)tmin) E(x, y,t)
(14)
Å‚(0,T
W celu jednoznacznego okreżlenia stanu pola elektrycznego w danym punkcie przestrzeni
wystarczÿ wartożci skuteczne: Ea (x, y), Eb (x, y) oraz wartożł kÿta nachylenia elipsy wzglþdem
Ziemi.
Na rys. 4 przedstawiono przebieg sküadowej Ea dla dwóch typowych polskich linii 400 kV i 750 kV,
których dane zestawiono w tablicy 2. Zaprezentowano równieÿ wszystkie skûadowe wektora natżÿenia
PE w wybranym punkcie.
W tablicy 3 zamieszczone sü przybliÿone wartoþci natżÿeÅ‚ PE wokóû linii elektroenergetycznych o
róÿnych konfiguracjach i napiżciach spotykanych w róÿnych krajach.
6
Tablica 2. Parametry linii 400 kV na sżupach Y52 i 750 kV na sżupach U45P
Przekrój Odlegÿoþż we wiüzce Odlegÿoþż od osi Wysokoþż nad
Przewód
[mm^2] [m] [m] Ziemiü [m]
LINIA 400 KV
A 2x525 0,4 -10,3
8,0
B 2x525 0,4 0,0 8,0
C 2x525 0,4 10,3 8,0
0 70 - -8,2
14,7
0 70 - 8,2 14,7
LINIA 750 KV
A 4x525 0,4 -17,5 15,2
B 4x525 0,4 0,0 15,2
C 4x525 0,4 17,5 15,2
0 70 - -14,9
26,7
0 70 - 14,9 26,7
Tablica 3. Przybliüone wartoþci natÿüeÅ› PE wokóż linii
o róünych napiÿciach i konfiguracjach [3]
Napiÿcie znamionowe [kV] Natenie PE [kV/m]
10 0,1
20
0,5 Å› 1,0
30 0,6
110
1,0 Å› 2,6
220
2,5 Å› 6,0
245 2,5
275 6,0
345 7,5
380
5,0 Å› 9,6
400
3,2 Å› 10,5
520 8,5
750
10,0 Å› 13,5
1050 15,3
1150 12 Å› 20
1300 17,4
1500 18,4
Najwyûsze wartożci natþûeÅ› PE w miejscach dostþpnych dla personelu wystþpujÿ na stacjach
elektroenergetycznych. Za pomocÿ prostych zaleûnożci analitycznych nie jest moûliwe wyznaczenie
rozküadów natþûenia PE na terenie stacji, w bezpożredniej bliskożci aparatów elektrycznych. W sferze
projektowania stacji moûna uûyÅ‚ metod numerycznych lub przeprowadziÅ‚ badania modelowe,
natomiast w stacjach istniejÿcych najlepiej przeprowadziÅ‚ pomiary. Istnieje duûa róûnorodnożł
konstrukcji stacji elektroenergetycznych, wiþc pomiary przeprowadzone na jednej stacji nie zawsze sÿ
süuszne w innej, o tym samym napiþciu.
15
400 kV
750 kV
10
5
0
0 10 20 30 40 50
y [m]
Rys. 4. Przebieg skżadowej Ea dla linii 400 kV i 750 kV oraz skżadowe wektora natÿüenia PE
7
kV/m
Z przeprowadzonych pomiarów [3] wynika, ûe na stacjach 110 kV najwyûsze wartożci natþûeÅ›
dochodzÿ do 6 kV/m, na stacjach 220 kV do 12 kV/m, a na stacjach 400 kV przekraczajÿ 20 kV/m.
Najwyûsze wartożci wystþpujÿ na obszarach, nad którymi nisko prowadzone sÿ przewody, co ma
miejsce w polach liniowych. Z uwagi na niûszÿ wartożł napiþÅ‚ roboczych wokóü urzÿdzeÅ› żredniego
i niskiego napiþcia nie naleûy spodziewaÅ‚ siþ wysokich wartożci natþûeÅ› PE.
4.4. żRÓDüA PÓL MAGNETYCZNYCH 50 HZ
Istniejÿ róûne algorytmy do obliczania natþûenia PM wokóü linii trójfazowych [3]. Najprostsza
metoda wykorzystuje prawo Biota-Savarta i zasadþ superpozycji. Jeżli przez przewód o wspóürzþdnych
xk, yk püynie prÿd Ik to wartożł wektora indukcji w punkcie o wspóürzþdnych x,y moûna wyliczyÅ‚
analogicznie jak dla pola elektrycznego:
n
I y - yk
k
H (x, y)= ż
(15)
x þ
2 2
2p - xk ) + (y - yk )
(x
k=1
n
I xk - x
k
H (x, y) = ż
(16)
y þ
2p (x - xk )2 + (y - yk )2
k =1
Wektor natþûenia PM równieû zakreżla w czasie okresu elipsþ o osiach:
Ha (x, y) = (1/ 2) max H (x, y,t)
(17)
tł(0,T )
Hb (x, y) = (1/ 2) min H (x, y,t)
(18)
tł(0,T )
Wartożci skuteczne Ha, Hb oraz kÿta nachylenia elipsy wystarczajÿ do okreżlenia stanu pola w
danym punkcie przestrzeni.
Na rys. 5 przedstawiono rozküad natþûenia PM pod liniami 400 kV i 750 kV na podstawie danych z
tablicy 2, przy zaüoûeniu przepüywu prÿdu 1000 A.
Istotne wartożci natþûeÅ› PM wystþpujÿ nie tylko wokóü linii przesyüowych WN
i NWN, lecz takûe wokóü linii rozdzielczych i linii SN. W liniach tych czþsto pojawia siþ sküadowa
zerowa, co jest czynnikiem zwiþkszajÿcym wartożci natþûeÅ› PM. Niesymetria prÿdów przyczynia siþ do
wystþpowania mierzalnych wartożci H wokóü linii kablowych WN, SN oraz nn.
Istotne wartożci natþûeÅ› PM wystþpujÿ we wszystkich rodzajach stacji elektroenergetycznych. W
róûnych stacjach wystþpujÿ róûne wartożci. Przyküadowo: na stacji o napiþciach 400/220/110 kV
najwyûsze wartożci natþûeÅ› PM (po przeliczeniu na obciÿûenie maksymalne 25 A/m) nie przekraczaüy
80 A/m (w polu linii 220 kV), a na stacji 110/15/6 kV dochodziüy do 80 A/m [3].
25
400 kV
750 kV
20
15
10
5
0
0 10 20 30 40 50
y [m]
Rys.5. Rozkżad pola magnetycznego pod liniû 400 kV i 750 kV przy przepżywie prûdu 1 kA
8
H [(A/m)/kA]
Im niûsze napiþcie robocze urzÿdzeÅ› stacyjnych, tym mniejsze odlegüożci miþdzy czþżciami
przewodzÿcymi prÿd, a miejscami dostþpnymi dla osób postronnych. Bardzo ciekawymi obiektami sÿ
stacje SN/nn, poniewaû teren przylegüy do budynku takiej stacji jest dostþpny dla osób postronnych.
Na rys. 6 przedstawiony jest obszar wokóü stacji transformatorowej 15/0,4 kV, 630 kVA. Stacja
zasilana jest liniÿ kablowÿ 15 kV.
Rys. 6. Stacja transformatorowa
15/0,4 kV (630 kVA)
Czþsto spotyka siþ stacje 15/04 kV umieszczone bezpożrednio w budynkach mieszkalnych. Stacje
te znajdujÿ siþ w piwnicy lub zajmujÿ mieszkanie na parterze. Natþûenie PM w mieszkaniu nad stacjÿ
wynosi od 2 do 10 A/m. Wyniki pomiarów natþûeÅ› PM w elektrowni przy instalacjach nn wykazaüy
obecnożł pól o natþûeniach od 30 do 50 A/m (rozdzielnia potrzeb wüasnych). Godny odnotowania jest
fakt lokalnego wzrostu natþûenia PM przy wstawkach bakelitowych do wartożci 9 A/m w drzwiach
celek, podczas gdy przy powierzchni metalowej wynosi ono tylko 0,2 A/m.
W stacjach elektroenergetycznych, w elektrowniach i w innych obiektach przemysüowych bÿdÅ‚
biurowych trzeba zwracaÅ‚ uwagþ na przebieg linii kablowych. Czþsto w pomieszczeniach wizualnie nie
naraûonych na istnienie PM (np.: pomieszczenie socjalne, warsztaty, laboratoria, itp.) notuje siþ
istotne wartożci natþûeÅ› PM rzþdu 10Å›15 A/m. Czþsto przyczynÿ jest przechodzÿcy pod podüogÿ kabel
bÿdÅ‚ transformator czy düawikownia umieszczone za żcianÿ lub piþtro niûej. Dotyczy to takûe miejsc w
przestrzeni otwartej. Na rys. 7 przedstawiono rozküad H na ogólnie dostþpnym chodniku. Przyczynÿ
istnienia pola jest linia kablowa 0,4 kV ze stacji zaprezentowanej na rys. 6, zasilajÿca jednego z
odbiorców.
Rys. 7. Rozkżad natÿüenia
PM nad chodnikiem
9
4.5. żRÓDüA PÓL ELEKTROMAGNETYCZNYCH WYûSZYCH CZÅ›STOTLIWOÅ‚CI
W dostatecznie duûej odlegüożci od Å‚ródüa (r >> l/2p) wystþpuje strefa daleka, czyli strefa
promieniowania. Istnieje w literaturze wiele modeli pozwalajÿcych obliczyÅ‚ natþûenie pola
elektrycznego i magnetycznego oraz wartożł gþstożci powierzchniowej mocy promieniowania. Modele
te najczþżciej opierajÿ siþ na dipolu Hertza, czyli na elementarnym Å‚ródle fal elektromagnetycznych.
Natomiast w technice Å‚ródüem oscylacji sÿ anteny, czyli odpowiednio uksztaütowane uküady
przewodów zasilanych zmiennymi w czasie prÿdami. ÷ródüami fal elektromagnetycznych sÿ równieû
inne uküady oscylacyjne, jak: uküady rezonansowe, komutatory, lampy wyüadowcze, aparaty
spawalnicze.
Analizujÿc pola elektromagnetyczne wyûszych czþstotliwożci naleûy braÅ‚ pod uwagþ uksztaütowanie
powierzchni Ziemi, jej krzywiznþ i ograniczonÿ güþbokożł wnikania fali elektromagnetycznej. Zastþpczÿ
güþbokożł wnikania zdefiniowaÅ‚ moûna jako güþbokożł, przy której natþûenie (E lub H) maleje e-
krotnie. Oblicza siþ jÿ z zaleûnożci:
2
b =
(19)
wmg
gdzie: w - czþstożł koüowa (2pf),
m - przenikalnożł magnetyczna,
g - przewodnożł.
Güþbokożł wnikania pola elektromagnetycznego (np. 50 Hz do ziemi) przy rezystywnożci gleby od
0,2 (grunt nasycony wodÿ morskÿ) do 1000 W/m (skaüy) wynosi od 32 m do 2250 m. Jeżli
czþstotliwożł wynosi 500 kHz, to dla tych samych parametrów gleby güþbokożł wnikania wynosi od
0,32 m do 22,5 m. Ziemia stanowi dożł skutecznÿ ochronþ przed promieniowaniem
elektromagnetycznym, zwüaszcza przy wyûszych czþstotliwożciach.
Znane sÿ wzory do obliczania natþûenia PE wokóü anten wzorcowych. Natþûenie pola elektrycznego
dla wszystkich anten wzorcowych moûna obliczyÅ‚ z zaleûnożci [4]:
k
E = P
(20)
r
gdzie: E w [mV/m],
P - moc promieniowania w [kW],
r - odlegüożł w [km],
k - wspóüczynnik zaleûny od rodzaju anteny wzorcowej:
- antena elementarna w wolnej przestrzeni (dipol elementarny),k = 212,
- antena elementarna uziemiona, k = 300,
- antena izotropowa (promieniowanie dookólne), k = 173,
- antena póûfalowa (dipol póûfalowy), k = 222,
- antena świerśfalowa, k = 314.
Promieniowanie elektromagnetyczne niejonizujüce wystżpujüce w þrodowisku naturalnym pochodzi
od wielu róÿnych Å‚ródeû. W zaleÿnoþci od charakteru urzüdzenia osoby eksponowane mogü znajdowaÅ›
siż w strefie bliskiej (najczżþciej jest to obsûuga urzüdzenia) lub w strefie dalekiej (osoby postronne).
W tablicy 4 podane sü orientacyjne wartoþci natżÿeÅ‚ pól i ewentualnie gżstoþci promieniowania
niejonizujücego pochodzücego od róÿnych urzüdzeÅ‚ zarówno w strefie bliskiej, jak i w strefie
promieniowania [3].
Warto zwróciÅ› uwagż na telefoniż komórkowü. Z pomiarów i obliczeÅ‚ wynika, ÿe stacja nadawcza
jest przyczynü o wiele mniejszej ekspozycji w þrodowisku niÿ telefon komórkowy trzymany blisko
gûowy.
W przypadku dokûadnej analizy obecnoþci pól elektromagnetycznych na danym terenie podaje siż
analizż widmowü uþrednionego natżÿenia PEM dla wystżpujücych czżstotliwoþci w postaci wykresu E
10
= f(f). W tym celu przeprowadza siþ pomiary w okolicach pozamiejskich czy w centrum miast, aby
oceniÅ‚ naraûenie zamieszkujÿcej populacji na pola elektromagnetyczne [5].
Tablica 4. Poziomy natÿüeÅ› pól elektromagnetycznych niejonizujûcych
wokóż róünych obiektów
OBIEKT CZżSTOTLIWOüû POZIOM UWAGI
Radiotelefon 27 Å› 44 MHz 15 Å› 20 V/m na stanowisku pracy
Monitor 20 Å› 200 MHz 4 Å› 32000 mV/m w odlegþożci 1 m
Piec indukcyjny 20 kHz 5 mT w odlegþożci 30 cm przy mocy 4 kW
Nadajniki radiowe Å›
88 108 MHz
1,4 W/m2 w pobliłu anteny nadawczej w mieżcie Portland
VHF (USA)
2
900 MHz 12,74 mW/m w odlegżoþci 1 km od stacji 40 W
2
na dachu w odlegżoþci 10 m od stacji 20 W
GSM 900 0,5 W/m
2
na dachu w odlegżoþci 30 m od stacji 20 W
0,13 W/m
DCS 1800 1800 MHz mW/m2 w odlegżoþci 1 km od stacji 2,5 W
0,8
mW/m2
NMT 450 MHz 15,92 w odlegżoþci 1 km od stacji 50 W
2
Telefon 450 MHz 2,75 W/m wokóż gżowy
2
komórkowy 4,0 W/m z tyżu gżowy
2
oko
NMT 7,5 W/m
Linia 735 kV 0,5 MHz 1,1 mV/m 15 m od zewnÿtrznego przewodu
0,5 MHz 1,3 mV/m 15 m od zewnûtrznego przewodu
Linia ÷ 500 kV
5. Literatura
[1] Bracken T. D., Capon A. S., Montgomery D.V.: Ground level electric fields and ion currents on the Celilo-
ÿ
Sylmar 400 kV DC intertie during fair weather. IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems, Vol.
PAS-97, no. 2, March/April 1978, str. 370-377.
[2] Komorowska I.: Oddziaÿywanie ukÿadów przesyÿowych prþdu staÿego na otoczenie,
IV Konferencja Naukowo-Techniczna p.n.: Pola elektromagnetyczne 50 Hz a energetyka i żrodowisko.
Szczyrk, 4-6 listopada 1998 r, str. 133-143.
[3] Zeÿczak M.: Analiza technicznych problemów zwiżzanych z dozymetriż pól elektromagnetycznych o
czüstotliwoûci przemysþowej. Prace Naukowe Politechniki Szczeciÿskiej, Instytut Elektrotechniki, Szczecin
1998.
[4] Pieniak J.: Anteny telewizyjne i radiowe. WKÅ›, Warszawa 1997.
[5] Anioþczyk H., Pachocki K., Rółycki S.: Pola elektromagnetyczne wielkiego miasta z punktu widzenia
ochrony ûrodowiska. Paÿstwowa Inspekcja Ochrony Å‚rodowiska. Warszawa 1995.
11