Обеспечение электромагнитной безопасности работающих и населения при воздействии электромагнитных полей составляет значительную проблему в связи с возрастающим электромагнитным загрязнением окружающей среды. Персонал, осуществляющий эксплуатацию электропередачи сверх- и ультравысокого напряжения, в зависимости от характера трудовой деятельности подвергается воздействию комплекса факторов производственной среды и трудового процесса.
К таким факторам относятся электромагнитные поля промышленной частоты, неблагоприятные микроклиматические условия, высокая тяжесть и напряжённость трудового процесса. Для некоторых видов работ характерны также повышенное нервно-эмоциональное напряжение, шум, вибрация и другие неблагоприятные воздействия.
При выполнении работ под напряжением существенное значение приобретают факторы, связанные с коронированием проводов. К ним относятся повышенная аэроионизация, концентрация оксидов азота и электромагнитные поля широкополосного спектра радиочастотного диапазона.
Основным фактором возможного неблагоприятного влияния на человека при обслуживании и эксплуатации электросетевых объектов является ЭМП промышленной частоты 50 Гц (ЭМП ПЧ). Источниками таких полей на рабочих местах являются элементы токоведущих систем различного напряжения: линии электропередачи, распределительные устройства, трансформаторное оборудование и другие объекты.
Широкое проникновение источников ЭМП ПЧ в среду обитания человека является потенциальным фактором риска для здоровья и в условиях внепроизводственных воздействий. Безопасность человека обеспечивается соблюдением требований гигиенических регламентов, разработанных на основе комплексных исследований.
Такие исследования включают адекватную гигиеническую оценку уровней ЭМП, а также разработку принципов, методов и средств защиты человека. Поэтому особенно актуальна задача достоверного определения характеристик электрических и магнитных полей в рабочих и жилых зонах.
Наряду с инструментальными измерениями большую значимость имеют расчётные методы. Они используются преимущественно при проектировании новых энергообъектов и реконструкции действующих установок.
Для открытых распределительных устройств проблема расчёта особенно сложна. Причина заключается в многообразии источников ЭМП, сложной пространственной компоновке электрооборудования и взаимном влиянии токоведущих частей.
Для воздушных линий электропередачи задача решается несколько проще. Существуют компьютерные программы, позволяющие с достаточной точностью оценивать распределение электрического и магнитного полей в зависимости от высоты подвеса проводов, фазного расположения и расстояния от трассы ВЛ.
Защита человека от неблагоприятного влияния ЭМП строится на трёх базовых принципах:
1. защите временем;
2. защите расстоянием;
3. применении средств коллективной и индивидуальной защиты.
Однако традиционные меры не всегда обеспечивают требуемый результат, поэтому необходим поиск новых технических решений для снижения уровней ЭП и МП в местах пребывания персонала и населения.
Источники и структура ЭМП промышленной частоты
Основными факторами воздействия электросетевых объектов на человека являются электрическое и магнитное поля (ЭП и МП) частотой 50 Гц. Частоты 50/60 Гц относятся к сверхнизкочастотному диапазону, включающему частоты от 30 до 300 Гц.
При высоких уровнях электрического поля необходимо учитывать не только напряжённость ЭП. Возможны дополнительные эффекты, связанные с токами стекания, ёмкостными токами и электрическими разрядами.
При работах с непосредственным касанием токоведущих частей, находящихся под напряжением, на человека дополнительно действуют факторы коронного разряда. Среди них шум, аэроионизация, оксиды азота и широкополосное электромагнитное излучение радиочастотного диапазона.
Источниками ЭМП промышленной частоты являются высоковольтные подстанции, воздушные и кабельные линии электропередачи, распределительные устройства и другие электроустановки. Поля создают все устройства, содержащие токонесущие провода, в том числе транспорт, промышленное, медицинское и бытовое оборудование.
Наиболее выраженным производственным воздействиям подвергается персонал, обслуживающий ОРУ и ВЛ сверх- и ультравысокого напряжения. Уровни полей определяются классом напряжения, величиной токов нагрузки, геометрией размещения фаз, расстоянием до токоведущих частей и режимом работы оборудования.
Население может подвергаться воздействию ЭМП ПЧ на открытой территории и внутри помещений. К основным внешним источникам относятся воздушные и кабельные линии, трансформаторные и распределительные подстанции, а также электротранспорт переменного тока.
В жилых помещениях источниками полей являются бытовые электроприборы: холодильники, электроплиты, утюги, пылесосы, электробритвы, фены, чайники, кофеварки, кофемолки, электрогрелки и электроодеяла. В гаражах, мастерских и на дачных участках значимый вклад могут вносить электроинструменты, сварочные аппараты, насосы и электроприводы.
На человека в жилых и общественных зданиях также могут воздействовать поля от внешних постоянно работающих источников. К ним относятся ВЛ и КЛ, распределительные и трансформаторные подстанции, встроенные электрощитовые и силовые кабельные трассы.
Широкое внедрение источников ЭМП ПЧ приводит к тому, что уровни полей в быту, детских, учебных и лечебных учреждениях в ряде случаев могут быть соизмеримы с профессиональными. Это делает необходимыми контроль, правильное проектирование электроснабжения и применение принципа разумного снижения экспозиции.
Исторический контекст
Интенсивное развитие электроэнергетики и внедрение электропередачи сверхвысокого напряжения с середины 1950-х годов потребовали учёта возможных последствий воздействия ЭМП на человека. В первую очередь проблема стала актуальной для персонала, работающего на подстанциях и воздушных линиях высокого класса напряжения.
Персонал электросетевых объектов одновременно подвергается комплексу факторов производственной среды. Поэтому оценка влияния ЭМП должна проводиться не изолированно, а с учётом тяжести труда, микроклимата, шума, вибрации, высотных работ и психоэмоционального напряжения.
Вопрос о возможности неблагоприятного влияния электрического поля на человека был впервые поставлен советскими исследователями в начале 1960-х годов. Основанием послужили жалобы персонала, обслуживавшего подстанции и ВЛ напряжением 400 и 500 кВ.
Среди жалоб отмечались головная боль, вялость, повышенная утомляемость, раздражительность, сонливость, нарушения деятельности сердечно-сосудистой системы и желудочно-кишечного тракта. Эти наблюдения стали основанием для начала систематического изучения состояния здоровья лиц, подвергающихся производственному воздействию ЭМП ПЧ.
На начальном этапе исследований основное внимание уделялось электрическому полю промышленной частоты. Возможное влияние магнитной составляющей ЭМП в ранних исследованиях практически не оценивалось.
Данные исследований о влиянии ЭМП ПЧ на здоровье
Здоровье работающих
Систематическое изучение состояния здоровья лиц, подвергающихся воздействию ЭМП ПЧ, было начато в 1960-е годы. Проводились обследования персонала, обслуживавшего подстанции напряжением 220, 330, 400 и 500 кВ.
В ряде ранних работ были отмечены неблагоприятные изменения состояния здоровья персонала. У работающих на подстанциях напряжением 400 и 500 кВ фиксировались жалобы неврологического характера: головная боль, вялость, повышенная утомляемость и сонливость.
Также описывались нарушения деятельности сердечно-сосудистой системы и желудочно-кишечного тракта. Жалобы могли сопровождаться функциональными расстройствами нервной и сердечно-сосудистой систем, включая проявления вегетативной дисфункции.
В отдельных исследованиях отмечались наклонность к тахикардии или брадикардии, артериальной гипертензии либо гипотонии. Указывалось на увеличение времени зрительно-моторной реакции, снижение внимания и памяти, изменение порогов обонятельной чувствительности и урежение пульса.
Сообщалось также об отдельных изменениях показателей периферической крови. Однако результаты таких исследований следует интерпретировать осторожно, поскольку условия экспозиции и влияние сопутствующих факторов не всегда оценивались в необходимом объёме.
Основным методическим недостатком ранних работ было отсутствие анализа зависимости между выявленными отклонениями и интенсивностно-временными характеристиками ЭМП. Контроль электрической составляющей выполнялся лишь в единичных случаях, а магнитная составляющая зачастую не измерялась.
Первые отечественные публикации стали основанием для аналогичных исследований в США, Канаде, Испании, Франции и других странах. Результаты оказались неоднородными и нередко не совпадали с выводами ранних советских исследований.
При обследованиях персонала, обслуживавшего ВЛ, в ряде исследований не было выявлено значимых изменений состояния здоровья в ходе первичного и повторного десятилетнего наблюдения. Аналогичные результаты получали при исследовании линейного персонала, обслуживавшего ВЛ 345 кВ.
Согласно данным канадских исследований, показатели здоровья лиц, работавших на подстанциях 735 кВ, а также на ПС и ВЛ 500 кВ, не отличались от показателей контрольной группы. Вместе с тем в отдельных работах, проведённых в Испании и Чехословакии, отмечалась более высокая частота жалоб у персонала ПС 400 кВ по сравнению с работниками ПС 220 кВ.
В отдельных отечественных исследованиях у персонала, обслуживающего ВЛ 500 и 750 кВ, были зафиксированы изменения функционального состояния сердечно-сосудистой, нервной и иммунной систем. Эти изменения не расценивались как патологические, но характеризовались определённой устойчивостью.
Комплексные клинико-физиологические исследования с учётом экспозиционной нагрузки к ЭП и МП ПЧ позволили обосновать вероятность повышенного риска потери здоровья у отдельных категорий персонала. В 1991 году это послужило одним из оснований для отнесения части работников к категориям с правом на льготное пенсионное обеспечение.
Онкологические риски
В последние десятилетия опубликовано значительное число работ, рассматривающих возможную связь между воздействием ЭМП ПЧ и онкологическими заболеваниями. Основное внимание в таких исследованиях уделялось магнитной составляющей поля.
Начиная с публикаций Wertheimer и Leeper 1979 года, обсуждается возможная связь длительного воздействия МП ПЧ с риском развития лейкозов. Однако данные эпидемиологических исследований остаются противоречивыми.
В отдельных исследованиях среди работников «электрических профессий» фиксировалось повышение показателей смертности или относительного риска лейкемии. В других работах статистически значимого увеличения риска не выявлялось.
Например, в раннем исследовании Milham был установлен статистически достоверный рост смертности от лейкемии у операторов подстанций. При этом превышение фоновой смертности у линейных работников не достигало статистической значимости.
В исследованиях, выполненных в США, Великобритании, Швеции, Финляндии, Канаде и Новой Зеландии, результаты различались по направлению и величине оценки риска. Существенным ограничением многих работ было недостаточное измерение фактических уровней электрического и магнитного полей на рабочих местах.
Часть исследований сообщала о возможном увеличении риска некоторых форм лейкемии, особенно острой миелоидной. Вместе с тем доверительные интервалы нередко были широкими, а статистическая значимость не достигалась.
В отдельных работах обсуждалась вероятность связи между ЭМП ПЧ и риском опухолей головного мозга. Однако и в этом случае результаты эпидемиологических исследований неоднозначны и не позволяют сформулировать строгую причинно-следственную зависимость.
При интерпретации таких данных необходимо учитывать эффект «здорового рабочего». Работники опасных производств обычно проходят предварительные и периодические медицинские осмотры, поэтому их общая смертность и заболеваемость могут отличаться от показателей общей популяции.
Современный подход требует не только анализа профессии или класса напряжения оборудования, но и количественной оценки индивидуальной экспозиции. Необходимо учитывать уровни ЭП и МП, длительность пребывания в поле, характер выполняемых операций и совокупность прочих производственных факторов.
Здоровье населения
Внепроизводственные воздействия ЭМП ПЧ представляют особый интерес в связи с постоянной работой источников вблизи жилых территорий. Наиболее часто обсуждается возможное влияние магнитных полей от ВЛ, кабельных линий и трансформаторных подстанций.
В эпидемиологических исследованиях детей, проживавших вблизи ВЛ, в ряде случаев отмечались статистические ассоциации между длительным воздействием МП ПЧ и частотой отдельных онкологических заболеваний. Однако результаты не являются единообразными и не доказывают причинную связь.
Датские исследования, посвящённые детям, проживавшим рядом с ВЛ, выявляли корреляции при средних значениях плотности магнитного потока около 0,3–0,4 мкТл и выше. При меньших уровнях связь была менее определённой.
В финских исследованиях рассматривались дети, проживавшие на расстоянии до 500 м от ВЛ напряжением 110–400 кВ. Авторы отмечали отдельные статистические закономерности для опухолей мозга у мальчиков при более высоких расчётных уровнях МП, но не сделали вывод о строгой причинной обусловленности.
Обобщение международных исследований показывает, что возможное увеличение риска детской лейкемии при длительном воздействии МП ПЧ в диапазоне порядка 0,3–0,4 мкТл продолжает обсуждаться. При этом биофизический механизм такой связи не установлен, а результаты эпидемиологических работ требуют осторожной трактовки.
Международное агентство по изучению рака классифицировало магнитные поля крайне низкой частоты как возможно канцерогенные для человека, группа 2B. Эта классификация отражает ограниченность доказательств и не означает доказанного причинного действия в каждом конкретном случае.
Практический вывод состоит в необходимости применения принципа предосторожности. При проектировании и эксплуатации постоянно действующих источников следует стремиться к технически и экономически обоснованному снижению уровней магнитных полей в местах длительного пребывания населения.
Методы оценки уровней ЭМП ПЧ
Адекватная оценка электромагнитной обстановки является основой управления риском. Она должна сочетать инструментальные измерения, расчётное моделирование и анализ сценариев фактического пребывания человека в зонах воздействия.
Инструментальный контроль необходим для подтверждения реальных уровней полей в конкретных точках. Измерения следует проводить на рабочих местах, маршрутах перемещения, площадках обслуживания оборудования, в зонах отдыха и на границах санитарно-защитных зон.
При оценке электрического поля измеряется напряжённость ЭП. Для магнитного поля применяют измерение напряжённости МП или магнитной индукции, в зависимости от требований используемых нормативных документов и измерительного оборудования.
Значения, полученные в ходе измерений, должны рассматриваться совместно с длительностью воздействия. Однократное измерение в отдельной точке не даёт полной картины, если персонал в течение смены перемещается между зонами с различной электромагнитной обстановкой.
Расчётные методы особенно востребованы на стадии проектирования. Они позволяют предварительно оценить распределение полей, выбрать рациональное расположение оборудования, определить границы зон возможного ограничения пребывания персонала и проверить эффективность инженерных решений.
Для ВЛ расчёт обычно выполняется с учётом геометрии расстановки проводов, высоты их подвеса, стрелы провеса, токов нагрузки, схемы фазировки и расстояния от оси трассы. Результатом являются карты или профили распределения электрического и магнитного поля на заданной высоте над поверхностью земли.
Расчётная оценка ОРУ существенно сложнее. В пределах одной площадки одновременно действуют многочисленные источники, а их вклад зависит от пространственного расположения шин, аппаратов, вводов, трансформаторов, токовых нагрузок и режимов работы.
Поэтому расчётные модели для ОРУ требуют обязательной верификации по результатам натурных измерений. Наиболее надёжным подходом является сочетание моделирования и инструментального контроля с последующей корректировкой модели.
Практические аспекты безопасности
Специфика ОРУ
Открытые распределительные устройства сверх- и ультравысокого напряжения формируют сложную электромагнитную обстановку. На уровнях обслуживания и в проходах персонала могут возникать локальные зоны с повышенными значениями электрических и магнитных полей.
Такие зоны зависят не только от номинального напряжения подстанции. Важны конструктивное исполнение ОРУ, расстояния между фазами, токовые нагрузки, высота шин, взаимное размещение оборудования и состояние коммутационной схемы.
Простое использование усреднённых данных способно привести к ошибке при оценке риска. Поэтому для объектов с высокой сложностью компоновки следует составлять карту электромагнитной обстановки, включающую точки регулярного пребывания людей и маршруты выполнения работ.
Карту необходимо актуализировать после реконструкции, изменения схемы электроснабжения, установки нового оборудования или существенного изменения нагрузочных режимов. Это позволяет своевременно выявлять зоны, требующие организационных или инженерных мер защиты.
Три принципа защиты
Защита временем означает ограничение продолжительности работы или пребывания человека в зоне с повышенными уровнями ЭМП. В рамках этого принципа применяют регламентацию операций, чередование персонала и планирование работ с учётом фактической экспозиции.
Защита расстоянием основана на снижении уровней поля при удалении от источника. Этот принцип реализуется выбором безопасных маршрутов, переносом постоянных рабочих мест, изменением мест установки щитов управления и организацией зон отдыха вне областей повышенных уровней полей.
Защита с применением коллективных и индивидуальных средств включает использование экранирующих конструкций, ограждений, защитной спецодежды и переносных экранов. Конкретное решение должно выбираться с учётом преобладающей составляющей поля, условий эксплуатации и требований электробезопасности.
Для электрического поля экранирование, как правило, реализуется сравнительно эффективно с использованием заземлённых проводящих конструкций. Снижение магнитного поля промышленной частоты является более сложной инженерной задачей и может потребовать изменения компоновки токоведущих частей, фазировки и геометрии проводников.
Организационно-технические меры
Практическая работа по обеспечению электромагнитной безопасности должна включать регулярный инструментальный контроль уровней ЭП и МП. Измерения необходимо выполнять как на постоянных рабочих местах, так и в точках выполнения периодических ремонтных и оперативных работ.
На объектах целесообразно выделять зоны с различным уровнем электромагнитной обстановки. Такие зоны должны иметь понятную маркировку, а персонал — инструкции по допустимой продолжительности пребывания и применяемым средствам защиты.
Маршруты перемещения персонала следует оптимизировать так, чтобы исключить необоснованное пребывание в местах локальных максимумов ЭП и МП. При проектировании новых объектов важно сразу размещать здания, щиты управления, помещения персонала и зоны отдыха с учётом результатов моделирования полей.
К инженерным решениям относятся изменение геометрии шинных соединений и взаимного расположения фаз, сокращение площадей с повышенным МП, применение экранирующих и ограждающих конструкций в местах длительного присутствия работников. В каждом случае необходимо оценивать фактическую эффективность решения измерениями после его реализации.
При работах под напряжением дополнительно требуется контролировать сопутствующие факторы коронного разряда: шум, концентрацию оксидов азота, аэроионизацию и широкополосные электромагнитные помехи. Защитные мероприятия должны рассматриваться комплексно, а не только с позиции воздействия ЭМП промышленной частоты.
Особое значение имеют обучение работников, соблюдение технологических карт и инструкций, использование исправных средств индивидуальной защиты и проведение предварительных и периодических медицинских осмотров. Только сочетание технических, организационных и медицинско-профилактических мер позволяет обеспечить устойчивое снижение производственного риска.
Выводы
Электромагнитные поля промышленной частоты 50 Гц являются ключевым фактором электромагнитной обстановки на электросетевых объектах. Наиболее актуальна проблема для персонала ОРУ и ВЛ сверх- и ультравысокого напряжения, где одновременно действуют ЭП, МП и другие неблагоприятные производственные факторы.
Данные о возможном влиянии ЭМП ПЧ на здоровье работающих и населения неоднородны. Ряд исследований указывает на статистические ассоциации с отдельными заболеваниями, но накопленные сведения не позволяют установить строгую и универсальную причинно-следственную зависимость для всех уровней и условий воздействия.
Ограниченность ранних исследований во многом была связана с недостаточной оценкой реальной экспозиции. Надёжный анализ требует измерения обеих составляющих ЭМП, учёта времени пребывания, характеристик рабочих операций и сопутствующих производственных факторов.
Для воздушных линий расчётные методы позволяют достаточно эффективно прогнозировать распределение полей. Для ОРУ развитие и верификация расчётных моделей остаются актуальной инженерной задачей из-за сложной компоновки и большого числа источников.
Электромагнитная безопасность должна обеспечиваться комплексно: соблюдением нормативов, защитой временем и расстоянием, применением коллективных и индивидуальных средств защиты, рациональной компоновкой оборудования, регулярным мониторингом и профилактическими мероприятиями. При проектировании новых и реконструкции действующих энергообъектов необходимо стремиться к технически обоснованному снижению уровней ЭП и МП в местах постоянного и длительного пребывания человека.
Андрей Повный