studiul câmpului magnetic generat de liniile electrice de înaltă

ADAPTARE LA SCHIMBĂRILE CLIMATICE PRIN MANAGEMENT ECOSISTEMIC ȘI ADAPTATIV

Buletinul AGIR nr. 4/2015 ● octombrie-decembrie 9

STUDIUL CÂMPULUI MAGNETIC GENERAT DE LINIILE ELECTRICE DE ÎNALTĂ TENSIUNE

ÎNTR-O ZONĂ CU ACCES PUBLIC

Dr. ing. Georgiana ROȘU (MARIN) 1, Prof. dr. ing. Gheorghe SAMOILESCU2, Prof. dr. ing. Alexandru SOTIR2, Asist. univ. dr. ing. Adelina BORDIANU3,

Prof. em. dr. Octavian BALTAG4

1Academia Tehnică Militară – București, 2Academia Navală „Mircea cel Bătrân” – Constanța, 3Facultatea de Inginerie Electrică, Universitatea Politehnica – București, 4Facultatea de Bioinginerie, Universitatea de Medicină și Farmacie – Iași

REZUMAT. Lucrarea își propune să atragă atenţia asupra nivelurilor de câmp magnetic la care este expus factorul uman aflat într-o zonă cu acces public – un spaţiu comercial, aflat în imediata vecinătate a unei staţii de transformare a energiei electrice din reţeaua de distribuţie naţională. În acest scop s-au efectuat o serie de măsurători ale inducţiei magnetice într-un set de puncte dispuse pe conturul unei suprafeţe din cadrul spaţiului comercial. Datele obţinute sunt comparate cu limitele impuse de standardele în vigoare privind expunerea factorului uman la câmpuri electromagnetice, constatându-se în anumite zone ale suprafeţei analizate depășirea nivelului de câmp magnetic impus de standarde.

Cuvinte cheie: factor uman, măsurarea câmpului magnetic, densitate de flux magnetic, magnetometru, standarde.

ABSTRACT. The purpose of the paper is to evaluate the levels of magnetic field which the human factor is exposed to in a public access area. The public access area is a market place located in the vicinity of a transformer substation, part of the Romanian national power grid. To this scope there was performed a series of measurements of the magnetic field on the border of a selected area within the market place. The obtained data was compared to the limits imposed by standards regarding the human factor exposure to electromagnetic fields. It was found that in some areas of the market place the magnetic field is exceeding the standard imposed levels.

Keywords: human factors, magnetic field measurement, magnetic flux density, magnetometers, standards.

1. INTRODUCERE

Expunerea populației la camp electromagnetic [1-3] este reglementată de standarde și legi naționale și internaționale, precum Directivele Comisiei Europene nr. 1999/519/EC, 2004/40/EC, Ghidul ICNIRP privind limitarea expunerii la câmpuri electromagnetice [7-10].

Abordând problema protecției publice față de câmpurile electromagnetice, a fost efectuat un studiu de caz asupra unei zone de acces public adiacentă unei stații de transformare a energiei electrice, situată în nordul Constanței. Datele obținute în urma măsurătorilor de câmp magnetic au fost comparate cu limitele impuse de Directiva 1999/519/EC, ridicând câteva probleme privind expunerea factorului uman.

Modelul de calcul al câmpului magnetic produs de o linie de înaltă tensiune se bazează pe aproximarea cvasi-statică [2, 5, 6]. Curentul electric ce parcurge conductorul de fază constă în curentul longitudinal, iar curentul transversal este neglijat.

Considerând un sistem de linii trifazate, câmpul magnetic total se obține din superpoziția câmpurilor, luând în calcul defazajul dintre curenții ce parcurg liniile. În general, câmpul magnetic generat de linii electrice trifazate este eliptic [1].

Calculul câmpului magnetic se efectuează în planul xByB perpendicular pe axele conductorilor – ilustrat în figura 1 şi se bazează pe metoda imaginii pentru conductoare, înlocuind planul solului cu un plan situat la o anumită adâncime sub nivelul solului.

Luând în considerare conductorii imagine, inducţia magnetică produsă de conductoarele trifazate, calculată în punctul P(xB,yB), are componentele Bx, By:

2222

3

1

0

2

2

2 kBkB

kB

kBkB

kB

kkx

xxpyy

pyy

xxyy

yyIB

(1)

2222

3

1

0

22 kBkB

kB

kBkB

kB

kky

xxpyy

xx

xxyy

xxIB

(2)

CERCETARE ȘI EXPERTIZĂ INGINEREASCĂ


Fig. 1. Componentele câmpului magnetic field produs de un conductor de fază şi conductorul imagine corespondent.

Aici Ik reprezintă curentul ce parcurge con-ductorul de fază k, xk şi yk reprezintă coordonatele conductorului k în planul xByB considerat, iar µ0 este permeabilitatea magnetică a vidului. Adâncimea de pătrundere este notată cu p şi este dată de conductivitatea solului σ şi pulsaţie ω, calculându-se cu relaţia [4]:

0

1p (3)

2. ORGANIZAREA MĂSURĂTORILOR

La nord de Constanța, pe drumul național 3C, se află o stație de transformare 400 / 110 kV aparținând

CN Transelectrica, în vecinătatea căreia este dispusă o suprafață comercială, după cum se observă în figura 2. Personalul acesteia este expus la câmpul electric și magnetic al liniilor electrice aeriene care converg spre stație și dinspre aceasta. În centrul suprafeței comerciale se află dispus unul din stâlpii de înaltă tensiune (400 kV), care transportă energie electrică din rețeaua națională către postul de transformare.

Pentru a determina nivelul la care este expus personalul din locația comercială s-au efectuat măsurători ale densității de flux magnetic pe conturul unei suprafețe din interiorul spațiului comercial, suprafață ilustrată în figura 2. Suprafața aleasă are în vecinătatea sa stâlpul de tensiune 400 kV – în colțul din dreapta sus, iar în apropierea laturii de vest se află trei stâlpi de tensiune 110 kV, marcaţi în partea stângă a figurii 2.

Scopul cercetării a fost o primă evaluare a nivelului de câmp magnetic din zona de acces public, pentru a determina dacă personalul care desfăşoară activităţi în zona respectivă este supus la riscuri asociate expunerii la câmp magnetic.

Aparatul utilizat în cadrul măsurătorilor este un gaussmetru GM08, fabricat de firma Hirst Magnetic Instruments, cu sondă Hall transversală. Sonda a fost calibrată înainte de realizarea măsurătorilor și după încheierea acestora. Simultan au fost înregistrate cu un GPS coordonatele punctelor în care s-au efectuat măsurătorile.

Măsurătorile au fost efectuate la 1 metru deasupra nivelului solului, conform standardului IEEE Std 644-1994 [11], cu sonda în poziţie orizontală, măsurând astfel componenta verticală a câmpului magnetic By calculată cu relaţia (2).

Fig. 2. Suprafața comercială adiacentă stației de transformare (imagine GoogleMaps).



Fig. 3. Valori ale măsurătorilor referențiate în coordonate carteziene.

Coordonatele geografice ale punctelor au fost convertite în coordonate carteziene bidimensionale, având ca origine a axelor de coordonate un punct de referință ales pe intersecția meridianului 28,55° E cu paralela 44,15° N. Trebuie menţionat faptul că acest sistem de coordonate al măsurătorilor – ilustrat în figura 3 descrie un plan orizontal situat la un metru deasupra nivelului solului şi nu coincide cu sistemul de coordonate xByB din figura1.

3. DISCUŢIA REZULTATELOR

Pe conturul zonei s-au măsurat valori ale inducției magnetice, pornind de la câțiva µT, până la câteva sute de µT. În figura 3 este reprezentat conturul măsurătorilor, precum și câteva valori medii înregistrate pe diferite porțiuni. Valorile maxime înregistrate se află în intervalul între 300 µT şi 460 µT.

În funcţie de perioada expunerii factorului uman la iradierea câmpurilor electromagnetice cu densitate de putere scăzută, se diferențiază expunerea rezidenţială de cea ocupaţională.

Expunerea rezidenţială constă în acţiunea câmpu-rilor de densitate mică de putere asupra subiectului, zi şi noapte, aflat în locuinţa sa. Expunerea ocupa-ţională se produce în timpul exercitării profesiei, este limitată în timp, iar câmpurile ce acționează asupra personalului sunt de densităţi de putere mai mari decât în cazul expunerii rezidenţiale [10].

În cadrul Uniunii Europene, problema limitării expunerii populației la câmpuri electromagnetice, precum și cea a expunerii ocupaționale la radiații neionizante, este reglementată prin Directiva 1999/519/EC și respectiv, Directiva 2004/20/EC,

acestea fiind preluate și în legislația națională [7, 8]. Conform acestor standarde, în cazul frecvenței industriale de 50 Hz, pentru expunerea rezidențială, nivelul maxim admis de câmp electric este E = 5000 V/m, iar cel de câmp magnetic este H = 80 A/m şi respectiv, B = 100 µT. În cazul expunerii ocupaționale, nivelurile maxime de câmp electric și magnetic de frecvență industrială sunt: E = 10 kV/m, H = 400 A/m și respectiv B = 500 µT.

Conform standardului SR EN 50166-1 referitor la expunerea umană la câmpuri electrice și magne-tice de frecvență industrială, suprafața analizată nu poate fi încadrată în categoria zonă controlată, întrucât este o zonă cu acces public, în care ex-punerea factorului uman este continuă, fără ca acesta să fie instruit și dotat cu măsuri de protecție [10].

Astfel, considerând zona studiată drept una cu acces public, este evident faptul că nivelul maxim admis de inducţie magnetică de 100 µT este depăşit în anumite părţi ale zonei analizate. Comparând datele măsurate cu nivelul impus de standarde, pot fi desprinse câteva observaţii:

− valori mari de câmp magnetic au fost deter-minate în vecinătatea liniilor aeriene de înaltă tensiune;

− în majoritatea punctelor de măsură de pe latura sudică a zonei analizate, în apropierea liniilor de tensiune de 110 kV, densitatea de flux magnetic depăşeşte valoarea standard de 100 µT, indicând o arie periculoasă pentru factorul uman;

− nivelul de inducţie magnetică este depăşit şi în colţul de NE al zonei analizate, în apropierea stâlpului de tensiune de 400 kV, exact sub conductorii liniei de tensiune.

Pentru evaluarea consecințelor asupra sănătății factorului uman prezent în arealul prezentat este

CERCETARE ȘI EXPERTIZĂ INGINEREASCĂ


necesar un studiu biologic pe termen lung [3, 4]. Totuşi, nivelul ridicat de câmp magnetic indică un impact potenţial negativ.

Personalul uman din zona comercială a raportat frecvente descărcări electrice la nivelul diferitelor obiecte metalice sau nemetalice, în condiții de umiditate ridicată, ce poate fi explicat prin încărcarea electrică prin inducţie a propriului corp. Au fost observate descărcări electrice între articula-țiile unei umbrele cu legături metalice imperfecte, dar şi la contactul mâinilor cu suprafaţa umedă a legumelor, ceea ce întăreşte ideea existenţei unui câmp potenţial nociv în zona analizată.

4. CONCLUZII

Scopul lucrării constă într-o evaluare iniţială a nivelului de câmp magnetic din zona de acces public, pentru a determina dacă personalul uman care desfăşoară activităţi comerciale în zona respectivă este supus la riscuri asociate expunerii la câmp magnetic, luând în consideraţie descărcările electrice frecvente semnalate.

Conform standardelor referitoare la expunerea umană la câmpuri electrice și magnetice de frecvență industrială, suprafața analizată este o zonă cu acces public, cu expunerea continuă a factorului uman. De aceea analiza a fost întocmită considerând limitele de câmp privind expunerea rezidențială.

În baza măsurătorilor de inducţie magnetică (componenta verticală), s-a constatat că există porțiuni ale suprafeței comerciale în care limitele de câmp magnetic sunt depășite. Au fost semnalate descărcări electrice de către personalul uman neavizat, exact în aceleași zone în care s-au măsurat

valori ale câmpului superioare limitelor admise. Astfel că este necesară adoptarea unor măsuri de protecţie a personalului.

Totuşi, autorii îşi propun continuarea cercetării în zona analizată prin efectuarea unei etape suplimen-tare de măsurări, cu echipament specializat de performanţă superioară, care să permită măsurarea triaxială a câmpului electric şi magnetic.

BIBLIOGRAFIE

[1] M. Atudori, M. Rotariu, Electromagnetic radiation field near power lines and its environmental impact, U.P.B.Sci.Bull., 2012, Series C, vol. 74, nr. 1, pp. 231 – 238.

[2] G. Filippopoulos, D. Tsanakas, Analytical calculation of the magnetic field produced by electric power lines, IEEE Transactions on Power Delivery, 2005, vol.20, nr. 2, pp. 1474 - 1482.

[3] C. Gary, The biological effects of magnetic fields from the electrical engineer standpoint, Energetica, 1993, vol. 41, nr. 2-B, pp. 56-68.

[4] I.A. Holodov, Magnetismul în biologie, Ed. Ştiinţifică, Bucureşti, 1974.

[5] M. Peric, S. Aleksic, Electromagnetic field distribution in vicinity of power lines above real earth, Analele Universităţii Craiova, 2010, Electr. Engin. series, vol. 34, pp. 1-6.

[6] S. Vujevic, P. Sarajcev, D. Lovric, Computation of the Power Line Electric and Magnetic Fields, 17th Telecommunications forum TELFOR, 2009, Belgrad, Serbia, pp. 875-878.

[7] ***Directive 2004/40/EC of the European Parliament and of the Council, 2004.

[8] ***EC Directive, Council Recommendation of 12 July 1999 on the limitation of exposure of the general public to electromagnetic fields (0 Hz to 300 GHz) 1999/519/EC.

[9] ***ICNIRP Guidelines for Limiting Exposure to Time-Varying Electric, Magnetic and Electromagnetic Fields (up to 300 Hz), 1998, Health Physics, 74, 4, 494-522.

[10] ***SR EN 50166-1, Work Safety. Human Exposure to Electric and Magnetic Fields at Power Frequency, 1994.

[11] *** IEEE Std 644-1994 IEEE Standard Procedures for Measurement of Electric and Magnetic Fields of AC Power Lines, IEEE, New York, 1994.

Despre autori

Dr. ing. Georgiana ROȘU Academia Tehnică Militară, București

Membră AGIR din 2010, este autoare a unei cărți și peste 40 de articole și studii de cercetare, în domeniul amprentei magnetice navale, măsurătorilor de câmp magnetic și metodelor software de optimizare a sistemelor navale. A primit distincția „Spadino d’onore” la absolvirea Academiei Navale „Mircea cel Bătrân” cu titlul de șef de promoție. În perioada 2009-2015 a lucrat ca cercetător științific la Centrul de Cercetare Științifică pentru Forțele Navale. Din septembrie 2015 lucrează ca şef de laborator în cadrul Centrului de Cercetare „Sisteme de securitate, senzori şi reţele de comunicaţii folosite în apărare şi securitate naţională” aparţinând Academiei Tehnice Militare.

Prof. dr. ing. Gheorghe SAMOILESCU Academia Navală „Mircea cel Bătrân”, Constanța

Din anul 2007 este profesor universitar în cadrul Academiei Navale „Mircea cel Bătrân”, ocupând de-a lungul anilor diverse funcții de conducere în managementul învăţământului universitar şi a cercetării în cadrul instituţiei. Deține o invenție, 4 premii pentru cărți în domeniul Știință si Tehnică, a scris 4 tratate si 24 cărți și peste 200 articole publicate în reviste științifice sau comunicate la conferințe și simpozioane naționale și internaționale. Membru AGIR și vicepreședinte al Filialei AGIR Constanța, precum și membru al următoarelor asociații: SRPRNI,



Asociaţia Internaţională a Inginerilor din Construcţia de Maşini, Asociaţia Balcanică de Mediu, Asociaţia de Compatibilitate Electromagnetică din România etc.

Prof. dr. ing. Alexandru SOTIR Academia Navală „Mircea cel Bătrân”, Constanța

Deține două brevete de invenție și numeroase diplome, premii, ordine, nominalizări, printre care: ordinul militar „Virtutea Maritima in grad de Ofiter“ cu insemn pentru civili, medalii primite la diferite saloane internaționale de invenții. Deținător al titlului profesor emeritus al Academiei Navale „Mircea cel Bătrân”. Membru al următoarelor asociații: AGIR, Asociația Oamenilor de Stiinta; Societatea Inventatorilor din Romania, ARACIS - MEC, Membru fondator al ACER și SRPRNI.

Asist.univ. dr. ing. Adelina Rodica BORDIANU Facultatea de Inginerie Electrică, Universitatea Politehnica din București

Absolventă a Facultății de Inginerie Electrică a Universității Politehnica din București, a urmat programul de master Magnetism Tehnic și Aplicat, din partea Universității Politehnica din București în anul 2011. De asemenea, a dobândit titlul de doctor în Inginerie electrică în anul 2013. Începând cu anul 2012 lucrează ca asistent universitar la Facultatea de Inginerie Electrică a Universității Politehnica din București. Este membru IEEE și autor a peste 25 de articole publicate în reviste științifice sau comunicate la conferințe și simpozioane naționale și internaționale.

Prof.em. dr. Octavian BALTAG Universitatea de Medicină și Farmacie „Gr. T. Popa”, Facultatea de Bioinginerie Medicală, Iași

Este autorul a 11 cărți, a mai mult de 400 de articole publicate în reviste științifice sau comunicate la conferințe și simpozioane naționale și internaționale și a 22 de invenții. Este conducător de doctorat in Fizică, la Școala Doctorală a Facultății de Fizică, Universitatea „Al. I. Cuza” din Iași. Deținător al titlului profesor emeritus al Universității de Medicină și Farmacie „Grigore T. Popa” din Iași, precum și al medaliei „Henry Coandă” pentru activitatea de inventică, al premiului Academiei Române „Traian Vuia”, al Ordinului de Merit Național Român în grad de Cavaler și a unui număr de peste 70 de medalii de aur, argint și bronz și premii primite la diferite saloane internaționale de invenții și tehnologii noi. Este membru a numeroase asociații profesionale, precum: IEEE, IET, New York Academy of Science, Societatea Română de Bioinginerie Medicală, Societatea Română de Compatibilitate Electromagnetică etc.

studiul câmpului magnetic generat de liniile electrice de înaltă

Documents