10. Екологічні аспекти підвищення напруги у тяговій мережі електрифікованих залізниць.

Як показано раніше, найбільш радикальним способом істотного збільшення енергетичної ефективності електричної тяги для забезпечення потреб перевізного процесу, достатніх на найближчу й віддалену перспективу, є підвищення напруги передачі енергії до поїздів. При здійсненні цього технічно вирішальними можуть стати обмеження рівня напруги в контактній мережі й живильних проводах нормативами, що визначають електро- і електромагнітну безпеку для працівників залізничного транспорту й пасажирів.

У зв'язку із цим необхідно оцінити електромагнітну обстановку уздовж полотна залізниці при використанні таких систем електротяги.

При підвищенні напруги в живильних проводах системи електропостачання значно знижуються тягові струми. У зв'язку із цим вплив магнітного поля проводів істотно менше, ніж при традиційних системах електропостачання. Найбільш актуальним у цьому випадку стає вплив електричного поля; саме розглядом його й обмежимося при оцінці електромагнітної безпеки нетрадиційних систем електричної тяги.

Завдання зводиться до визначення мінімальної припустимої за критеріями електромагнітної безпеки висоти підвішування живильних ПП і контактних КП проводів (А1 і А2 на мал. 41).

Ступінь впливу на організм людини електричного поля залежить від його напруженості, тривалості впливу, а також струмів зсуву, що протікають через тіло людини. Параметри електричного поля обумовлені напругою в проводах системи тягового електропостачання, кількістю проводів, їхнім взаємним розташуванням і координатою точки простору, у якій досліджується поле.

Відповідно до нормативних документів, що діють на території Росії, гранично припустиме значення напруженості Е електричного поля, що впливає, промислової частоти встановлюється вище 25 кв/м. При Е= 20-25 кВ/м персонал може перебувати в зоні дії цього поля не більше 10 хв. При Е= 5-20 кв/м час перебування персоналу в цій зоні розраховується по формулі

Т=50/Е-2;

при напруженості, що не перевищує 5 кв/м, цей час дорівнює 8 год (робочий день). У випадку Е > 25 кВ неприпустимо перебувати в зазначеній зоні без засобів індивідуального захисту.

Припустимий час може бути реалізоване одноразово або дробно протягом робочого дня; в інший робочий час необхідно або використати засоби індивідуального захисту, або перебувати в електромагнітному полі з напруженістю менш 5 кв/м.

Рис. 17.5.Різні варіанти розташування проводів на опорах контактної мережі

Параметри електричного поля можуть бути розраховані методом перетворення; як приклад даний такий розрахунок для конфігурації підвіски проводів, наведеної на рис. 17 .5.

Відомо, що при оцінці умов електробезпечності вплив форми земної поверхні на параметри електричного поля проводів системи з автотрансформаторами варто враховувати не для всіх зон обслуговування мережі. Наприклад, у випадку визначення часу безпечної роботи на контактній підвісці можна зневажити формою земної поверхні, тому що напруженість електричного поля поблизу контактної мережі практично однакова для ділянок, розташованих на насипі, у виїмках і на площадках. Разом з тим дослідження умов обслуговування під напругою живильних проводів, розміщених з польового боку опор (див. рис. 17 .5, а й б), варто проводити з урахуванням реальної конструкції земляного полотна, тому що параметри електричного поля у виїмках під проведенням на 20 % вище, ніж для ділянок, що перебувають на площадках.

У ряді випадків профілактичні роботи на живильному проводі варто виконувати при знятій напрузі. Тоді система з автотрансформаторами переводиться в режим роботи звичайної системи тягового електропостачання однофазного змінного струму, що, природно, приводить до зміни параметрів електричного поля. Такі режими також варто враховувати при оцінці електро- і електромагнітної безпеки.

При розробці математичної моделі для оцінки параметрів електричного поля прийняті ті ж допущення, що й при розрахунку полів ліній електропередачі. Так, звичайно вважають, що проводи електротягової мережі являють собою нескінченно довгі й паралельні провідники, конструкція земляного полотна й висота підвісу проводів незмінні на всьому протязі колії; ґрунт, що підстилає, розглядається як однорідний півпростір. Варто також урахувати, що питома електрична провідність землі нескінченно більше провідності повітря.

Опускаючи математичні викладення, одержимо, що потенціал і напруженість Е електричного поля контактної мережі й живильного проводу розраховуються по наступних формулах:

де — матриця потенціалів системи проводів ;— матриця лінійних щільностей зарядів системи проводів; f(z)— значення деякої аналітичної функції,

Напруженість електричного поля розраховувалася на висоті 1,8 м (розрахунковий ріст людини за ДСТ 12.1.002 - 84 ССБТ).

Аналіз результатів розрахунку (мал. 42) показує, що розглянуті системи змінного струму промислової частоти підвищеної напруги не представляють значної небезпеки по впливу на людину електричних полів (на висоті 1,8 м від рівня землі). Виключення становлять системи з напругою в живильному проведенні більше 85 кв, навіть при висоті підвісу живильного проведення 9,5 м і більше, а також 85 кв при розташуванні земляного полотна у виїмці.

Для цих випадків час перебування персоналу в зоні дії електричного поля обмежується й може бути розраховане відповідно до діючих норм. На жодну з розглянутих систем (при висоті 1,8 м від рівня землі) не поширюється заборона на роботи без спеціальних засобів захисту; лише в деяких випадках (напруга в живильному проведенні 85 кВ і більше) обмежується час перебування персоналу в зоні дії електричного поля, тобто безпосередньо під проводами тягової мережі.

Отже, розглянуті системи змінного струму промислової частоти підвищеної напруги не представляють значної небезпеки відносно впливу електричних полів на людину при виконанні наступних вимог:

• за умовами електромагнітної безпеки персоналу залізниць (можливий час перебування в зоні безпосередньо під проводами тягової мережі - до 8 ч) робоча напруга в контактній мережі не повинне бути вище 50 кв;

• висота підвішування живильних проводів автотрансформаторних систем за умовами електромагнітної безпеки для обслуговуючого персоналу, пасажирів і населення повинна бути не менш 7 м при Uпп = 65 кВ, 9,5 м — при Uпп = 85 кВ і 10 м — при Uпп =110 кВ;

• кращим як за умовами електромагнітної безпеки, так і по ефективності роботи автотрансформаторних систем тягового електропостачання підвищеної напруги (зниження опору тягової мережі й впливи на суміжні системи) є розташування живильного проводу на опорах з боку колії.

Таким чином, підтверджується можливість застосування обраних нетрадиційних систем тягового електропостачання (автотрансформаторна 65+25 кВ; 50; 2x50 кВ) без обмежень за умовами електромагнітної безпеки для працівників залізничного транспорту й населення.

Рис. 17.6.Розподів напруженості Е електричного поля на висоті 1,8 м вздовж проекції контактної підвіски на землю( в залежності від відстані хвід вісі шляху) при різних системах тягового електропостачання: 1 - Uкс=25кВ; 2 – Uкс=50кВ; 3 – система 2х25кВ при висоті ідвісу живлягого проводу h=6,5м; 4 – теж саме при Uпп=50кВ та h=9,5м; 5 – Uкс=50кВ, Uпп=50кВ; 6 – Uкс=25кВ, Uпп=85кВ при h=6,5 м та h=9,5м(пунктирна лінія)