Средства индивидуальной защиты спасателя при воздействии электромагнитных полей

В настоящее время наблюдается размещение электроэнергетического оборудования высокого напряжения в местах постоянного и непостоянного пребывания человека. Для функционирования электроэнергетических систем все чаще применяются подстанции высокого напряжения в закрытом исполнении. При исследовании электромагнитного поля (ЭМП) на закрытой подстанции 110/10 кВ было установлено [1], что в помещениях с постоянным пребыванием людей напряженность электрического и магнитного поля промышленной частоты не превышает предельно допустимых уровней, что обусловлено качественным экранированием помещений для персонала подстанции, например стены и пол, непосредственно граничащие с токоведущими частями, экранированы с помощью заземленной металлической сетки с размером ячейки не более 100×100 мм, диаметром не менее 4 мм.

Однако измеренные уровни ЭМП могут значительно увеличиться с учетом максимальной мощности электрооборудования, так как токи, протекающие через фазные провода и шины подстанции, в момент измерения были значительно ниже номинальных. Ввиду вышеизложенного, встает вопрос, что при возникновении чрезвычайной ситуации (ЧС) — превышение нормативов может оказаться на порядок выше, поэтому создание СИЗ от ЭМП является весьма актуальной задачей.

Результаты проведенных исследований представлены на рис. 1 и 2. На рис. 1 изображено распределение напряженности магнитного поля в помещении диспетчерской вдоль линии, проходящей параллельно наружной стене, под которой осуществлен ввод фазных проводов в закрытое распределительное устройство (ЗРУ) 110 кВ, измерения проводились на расстоянии 0,5 м от нее на разных высотах от уровня пола (0,5 м; 1,5 м; 1,8 м). Увеличение напряженности магнитного поля до 0,22 А/м на отметке 7 м и высоте 1,5 м от пола связано с наиболее близким расположением точки измерения к токоведущим проводам (не более 3 м) и наличием оконного проема в этом месте. Окно также экранировано металлической сеткой.

Максимальная напряженность магнитного поля вблизи одного из двух бетонных токоограничивающих реакторов составила 147 А/м на высоте 1,7 м от уровня пола, сдвоенные реакторы установлены за ограждением в виде металлической сетки (рис. 2). Это выше предельно допустимых уровней (ПДУ) 80 А/м, однако ниже ПДУ 400 А/м для пребывания в течение 4 ч. При удалении от реакторов, в проходах между ячейками распределительного устройства, в основном, уровень магнитного поля не превышает 20 А/м. Лишь в ближайшем к реакторам проходе в одной точке напряженность магнитного поля составила 82 А/м, что связано с прохождением сверху в этом месте шинного моста. У входа в ЗРУ 10 кВ напряженность магнитного поля равна 1,9 А/м.

Рис. 1. Уровни напряженности магнитного поля в помещении диспетчерской

Рис. 2. Максимальные уровни напряженности магнитного поля в помещении ЗРУ 10 кВ: а — измеренные значения, б — значения при пересчете на максимальный рабочий ток реакторов; 1 — вход в помещение ЗРУ; 2 — проход возле реактора; 3 — проход сбоку реактора; 4 — первый проход между ячейками под шинным мостом; 5 — первый проход между ячейками; 6, 7 — второй проход между ячейками

Согласно СанПиН 2.2.4.1191-03 [2], при такой напряженности магнитного поля допускается нахождение персонала не более 1,1 ч за смену. Однако в документе [1] не учитывается возможность совместного воздействия на здоровье человека ЭМП широкого диапазона частот. Соотношения по учету такого влияния даны в рекомендациях Европейского Союза [3].

Для учета электрических эффектов, существенных до 10 МГц, в данных рекомендациях применяется следующее требование для ограничения уровней магнитных полей:

150 kHz         10 MHz

Е .. +^ Т " 1, j=1 Hz H L J  j>150Hz b где Нj — напряженность магнитного поля на частоте j;

Н_{L , j} — предельно допустимое воздействие для напряженности магнитного поля на частоте j ;

b = 5 А/м (6,25 мкTл).

Используя данное соотношение и полученные максимальные значения, можно сказать, что напряженность магнитного поля диапазона частот 150 кГц —10 МГц не должна превышать 0,17 А/м (при 1543,5 А/м на частоте 50 Гц) и 3,2 А/м (при 147 А/м на частоте 50 Гц). Это ниже предельно допустимого уровня согласно СанПиН 2.2.4.1191-03 (50 А/м для частот 30 кГц—3 МГц), соответственно, почти в 300 и 16 раз. В условиях близости ЗРУ 10 кВ к помещениям ЗРУ 110 кВ и релейного щита указанная напряженность не будет соблюдаться. Согласно санитарноэпидемиологическим правилам и нормативам — СанПиН 2.2.4.1191-03, время пребывания работников в помещении ЗРУ 10 кВ необходимо ограничить до 1,1 ч. В случае более длительного нахождения оперативного персонала в ЗРУ 10 кВ необходимо осуществлять контроль уровня магнитного поля для определения допустимого времени пребывания, или рекомендовать работу в таких помещениях с использованием средств индивидуальной защиты от ЭМП.

Таким образом, если в случае нормального функционирования электроэнергетических систем имеет место превышение нормативов, регламентированных СанПиН 2.2.4.1191-03, то при возникновении ЧС реальные параметры, определенные данными нормами, могут значительно возрасти.

В результате проведенных исследований, авторами разработано несколько новых конструктивных решений в этой области [4, 5].

Легкий защитный костюм спасателя с защитным жилетом от электромагнитного излучения (рис. 3) состоит из брюк 7 с защитными чулками, рубахи 1 с капюшоном 2, двупалых перчаток 11 и подшлемника. Брюки 7 сшиты вместе с чулками, заканчивающимися резиновой осоюзкой с ботами 8. К ним пришиты тесемки 9 для крепления к ногам. В верхней части брюк имеются плечевые лямки 10 и полукольца. Рубаха 1 совмещена с капюшоном 2, сзади к ее нижнему обрезу пришит промежуточный хлястик 5, который пропускается между ног и застегивается на пуговицу в нижней части рубахи 1 спереди. Сумка 6 зафиксирована на хлястике. Рукава заканчиваются петлями 4, которые надеваются на большой палец после надевания перчаток 11. На рукавах куртки имеются манжеты, облегающие запястье. Капюшон 2 фиксируется на шее лентой 3 и пластмассовым шпеньком. Низ куртки (рубахи) стянут эластичной лентой и снабжен паховым ремнем. Брюки удерживаются с помощью двух лямок 10 и пряжек из полуколец и фиксируются внизу хлястиками.

Легкий защитный костюм спасателя может ком- плектоваться защитным жилетом от электромагнит- ного излучения (рис. 4), который состоит из ткане- вой подкладки 12, в которой закреплены упругие каркасные стойки 13 посредством фиксаторов 15 на поясном ремне. Защитная оболочка 14 крепится на упругих каркасных стойках 13. Защитная оболочка (рис. 5) 14 может быть

Рис. 4. Конструкция защитного жилета от электромагнитного воздействия

Рис. 3. Конструктивная схема легкого защитного костюма спасателя

закреплена на каркас ных стойках 13 по всей площади торса человека-оператора, включая и плечевые суставы и кисти рук.

Защитная оболочка 14 выполнена трехслойной, причем первый слой, обращенный в окружающую оператора среду, выполнен в виде связанных между собой колец, в качестве материала которых использована нержавеющая сталь, которая

Рис. 5. Схема защитной оболочки защитного жилета

обработана композиционным материалом с повы-

шенными защитными свойствами от электромагнитного излучения. Третий слой 16, обращенный к телу оператора, выполнен из перфорированного полимер-

ного материала, например арамидного волокна, а второй слой 17, расположенный между ними, выполнен упругим из упругих сетчатых элементов. При этом плотность сетчатой структуры упругих сетчатых элементов находится в оптимальном интервале величин 1,2 г/см3…2,0 г/см3 , причем материал проволоки упругих сетчатых элементов — сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм…0,15 мм.

Композиционный материал для защиты от элек-

тромагнитного излучения состоит из полимерной основы с частицами 18 и 20 (рис. 6), в которой распределены частицы 19 соединений — (Fe, Si) или — Со с нанокристаллической структурой объемной плотностью (0,6÷1,4)·10–5 1/нм3. Полимерная основа

Рис. 6. Структура композиционного материала

для фиксации положения частиц порошка с нанокристал-лической структурой выполнена в виде чередующихся между собой элементов структуры с частицами 18 и 20, расположенными под углом 90° друг к другу, а каждый из элементов с частицами выполнен в виде расположенных в параллельных рядах частиц вытянутой формы, причем частицы, расположенные слева и справа от нее, сдвинуты на величину, не превышающую половины максимального размера частицы. Использование в качестве наполнителя материала, обладающего нанокристаллической структурой, обеспечивает увеличение магнитной проницаемости.

Экспериментально установлено, что при объемной плотности нанокристаллов в аморфной матрице менее 0,6·10–5 1/нм3 эффект повышения значения магнитной проницаемости не наблюдается. При объемной плотности нанокристаллов в аморфной матрице больше, чем 1,4·10–5 1/нм3, происходит уменьшение значения магнитной проницаемости. Следовательно, оптимальным является следующий диапазон значений объемной плотности нанокристаллов в аморфной матрице: больше 0,6·10–5 1/нм3, но менее 1,4·10–5 1/нм3.

Электромагнитная волна, проникшая вглубь материала, интенсивней поглощается в нем за счет более высокой поглощающей способности нанокристалли-ческой структуры, обладающей большей магнитной проницаемостью по сравнению с аморфной. При достижении электромагнитной волной противоположной поверхности происходит ее большее поглощение, что приводит к повышению коэффициента экранирования.

При объемной плотности нанокристаллов — (Fe, Si) или — Со (0,6÷1,4)·10–5 1/нм3 магнитная проницаемость композитов по сравнению с аморфным состоянием увеличивается в 2—3 раза и составляет от 90 до 135 ед.

Таким образом, разработанные авторами новые конструктивные решения средств индивидуальной защиты для проведения работ в зонах опасного электромагнитного воздействия позволяют обеспечить защиту спасателя от вредного воздействия электромагнитного поля.