Опасные электромагнитные поля на подвижном составе и в локомотивных депо электрифицированных железных дорог тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Закиев, Евгений Эдуардович

• Закиев, Евгений Эдуардович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Закиев, Евгений Эдуардович

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ НОРМИРУЕМЫХ ЗНАЧЕНИЙ 6 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРИ РАБОТЕ АППАРАТУРЫ

И ДЛЯ УСЛОВИЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО И НЕПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ

1.1. Источники электромагнитных полей

1.2. Основные системы санитарно-гигиенического нормирования 10 электромагнитных полей в России и в Европе

1.3. Предельно-допустимые уровни электромагнитного влияния на 19 технические средства электроподвижного состава и смежные устройства в локомотивных депо

2. ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ОТ СИСТЕМ 24 ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРИ ПРОХОДЕ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

2.1. Математические методы описания параметров электромагнитных 24 полей

2.2. Электромагнитная обстановка в зонах пересечений тяговой сети и 34 высоковольтных линий высокого и сверхвысокого напряжения

2.3. Моделирование электромагнитных полей тяговых сетей 38 переменного тока при компенсированном влиянии нескольких источников излучения

2.4. Особенности построения систем тягового электроснабжения с 51 учетом снижения влияния опасных электромагнитных полей

3. ИЗМЕРЕНИЕ И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА 55 ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ И НА РАБОЧИХ МЕСТАХ

В ЛОКОМОТИВНЫХ ДЕПО

3.1. Измерение и анализ напряженностей электромагнитных полей на 55 электроподвижном составе

3.2. Исследование влияния электроподвижного состава и тягового 63 электроснабжения на смежные устройства СЦБ и AJ1C

4. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И 76 ОРГАНИЗАЦИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ

4.1. Совершенствование систем электроснабжения и разработка 76 устройств защиты от воздействия электромагнитных полей при электрической тяге переменного тока

4.2. Применение экранов для защиты приборов электропоездов и 94 устройств автоматики и телемеханики от влияния электромагнитных полей

4.3. Рекомендации по выполнению регламентных работ на 111 электрифицированных железных дорогах с точки зрения снижения опасного влияния электромагнитных полей на человека ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ И ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Опасные электромагнитные поля на подвижном составе и в локомотивных депо электрифицированных железных дорог»

Электрифицированным железным дорогам во всем мире отдается явное предпочтение. Длительный опыт эксплуатации подтверждает их преимущества в обеспечении надежности работы, перевозок грузов и пассажиров, в снижении себестоимости перевозок, экономии топливо-энергетических ресурсов.

Российские железные дороги занимают ведущее место по протяженности электрифицированных линий. При этом на линиях с электротягой выполняется более 80% общего объема железнодорожных перевозок. Токи, протекающие в проводах высоковольтных и низковольтных сетей электроснабжения, и токи электроподвижного состава (ЭПС) генерируют сложные электромагнитные поля (ЭМП). На электрифицированных участках железных дорог в тяговой сети из-за мощных переходных процессов в режимах включения и отключения тяги, рекуперации, регулирования скорости движения в аварийных режимах (короткие замыкания, грозовые разряды и т.д.) протекают токи с широким спектром помех от 1 до 109 Гц. Напряженность электрической и магнитной составляющих этих токов во многих местах может достигать значительного уровня, превышающего нормированные значения.

Экспериментальное изучение биологического действия ЭМП показало, что при напряженности поля 1 кВ/м наблюдаются изменения в нервной системе и эндокринном аппарате человека. Для закрытых помещений, где человек подвергается влиянию ЭМП продолжительное время (8 - 20 часов в сутки), как установлено в работе Ю.Г. Григорьева «Электромагнитная безопасность человека» и ряде других работ, допустимые электрические поля постоянного и переменного тока промышленной частоты равны соответственно 600 и 110 В/м. Слабые ЭМП также влияют на организм человека и животных, приводя к изменению ритма сердечных сокращений, уровня кровяного давления, электрической активности мозга и возбудимости нервных клеток. Под действием слабых ЭМП у человека могут возникать зрительные, слуховые и осязательные, у животных - разнообразные эмоциональные реакции. Наиболее высока чувствительность организмов к многократным воздействиям ЭМП. Электромагнитные поля также оказывают существенное влияние на технические средства, вызывая опасные помехи на линиях радиосвязи, опасные перенапряжения на микропроцессорных шинах передачи данных и др.

Масштабы электромагнитного загрязнения стали столь существенны, что Всемирная организация здравоохранения включила эту проблему в число наиболее актуальных для человечества. Поэтому в настоящее время во всем мире развернуты широкие исследования, направленные на разработку методов и средств обеспечения экологической безопасности в зонах влияния ЭМП.

Разработкой вопросов, направленных на снижение влияния электромагнитных полей на смежные устройства железнодорожного транспорта, занимался целый ряд отечественных и зарубежных ученых. Отметим работы в этом направлении Косарева Б.И., Косарева А.Б., Котельникова А.В., Кузнецова К.Б., Марквардта К.Г., Бочева А.С., Азарова Н.Н. и многих других ученых.

Разработке вопросов воздействия электромагнитных полей на организм человека, а также созданию эффективных средств защиты человека от воздействия этих полей посвящены работы Головко С.В., Думанского Ю.Д., Кривовой Т.И., Сазоновой Т.Е., Григорьева Ю.Г., Петрова В.И., Долина П.А. и других исследователей.

Однако выполненные до настоящего времени работы, охватывая широкий круг вопросов по обеспечению электромагнитной безопасности, не ставили основной целью детальное исследование параметров опасных электрических и магнитных полей в зонах нахождения обслуживающего персонала и пассажиров (тяговые подстанции, контактная сеть, рельсовый путь, электрический подвижной состав и т.д.), а также детального исследования опасных полей, излучаемых при движении поездов.

Целями диссертационной работы является решение научно-практической задачи оценки, анализа и снижения уровня опасных электромагнитных полей в зонах электромагнитного влияния систем тягового электроснабжения и устройств подвижного состава при перевозке пассажиров; анализ и проверка уровней электромагнитных полей, генерируемых системами электроснабжения железнодорожного транспорта, которые установлены в действующей нормативной документации и в проекте технического регламента «Об электромагнитной безопасности»; разработка технических и организационных решений, направленных на снижение опасных ЭМП в зонах работы обслуживающего персонала, зонах возможного нахождения пассажиров и в зонах размещения технических устройств железнодорожного транспорта.

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Закиев, Евгений Эдуардович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ И ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель распределения электромагнитных полей на железнодорожном участке и на территориях локомотивных депо, учитывающая реальное расположение проводов в пространстве и сдвиг фаз мгновенных комплексных амплитуд напряжений проводов относительно земли, а также учитывающая реальный рельеф местности.

2. Разработана методика расчета параметров электромагнитного поля, в которой учтено реальное токораспределение по проводам тяговой сети с представлением рельсового пути и экранирующих проводов цепями с распределенными параметрами.

Установлено, что, при работах на контактной сети без снятия напряжения как в традиционных системах тягового электроснабжения, так и в нетрадиционных, параметры магнитного поля промышленной частоты в зонах нахождения персонала не превышают нормируемых значений.

3. Уточнена схема для практических расчетов магнитной индукции электротяговых сетей переменного тока сложной конфигурации при наличии постов секционирования и пунктов параллельного соединения как для перегонов и станций, так и для локомотивных депо.

Установлено, что уточненная схема для практических расчетов позволяет снизить погрешность на 7-10%.

4. Показана степень влияния геометрии подвеса проводов ЛЭП при пересечении их с проводами контактной сети как 27,5, так и 3 кВ, а также зоны опасного нахождения людей вблизи таких пересечений.

5. Разработана методика оценки параметров электромагнитных полей на рабочих местах и в зонах нахождения обслуживающего персонала, где учитываются факторы повышающие электробезопасность персонала, а также пассажиров.

6. Показана эффективность выбора устройств защиты от электромагнитного влияния, с учетом различных режимов работы электроподвижного состава и смежных систем. Даны конкретные рекомендации по защите от воздействия электромагнитных полей. Принципы построения систем экранирования.

7. Подтверждена эффективность внедрения индивидуальных заземлителей, систем грозозащиты, металлополимерных рельсовых накладок для повышения надежности работы системы тягового электроснабжения.

Установлено, что внедрение этих устройств в системах тягового электроснабжения решает задачу повышения электромагнитной безопасности обслуживающего персонала за счет сокращения времени его нахождения в зоне воздействия электромагнитных полей без использования индивидуальных средств защиты, а также снижает уровни воздействия на смежные устройства СЦБ и AJIC.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Закиев, Евгений Эдуардович, 2007 год

1. Alan R.N. Les problemes de potentiel les lignes haute tension. " 1.die. Ind." №9. 1975. p. 31-33.

2. Schmitt O.H. and Tucker P.D. Human Perception of Moderate Strength Low Frequency Fielgs. IEEE International Electromagnetic Compatibility Symposium Record. New York. 20-22. 1973. p. 65-70.

3. Velentinuzzi М/ Concentration change of a solution in a magnetic field. In: Proceedings of the II International Biomagnetic Symposium. N.Y. 1963. p. 17-18.

4. Wacker and Bowman. Quantifging harardons electromagnetic fields. IEEE Transations. № 2.1971. p. 178-187.

5. Азаров B.C., Косарев А.Б., Персидский C.B. Обобщенный метод расчета электромагнитного влияния тяговых сетей на продуктопроводы. Известия Академии промышленной экологии, № 1, 1998. М.:-с. 71-73.

6. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. М.: Наука. 1964. -380 с.

7. Анненков В.З. Аналитический расчет сопротивления стержневого заземлителя при токе молнии. Электричество. 1988, № 10. - с. 8 -16.

8. Апполонский С.М. Расчет электромагнитных экранирующих оболочек. JI.: Энергоиздат. 1982. 143 с.

9. Артюх А.Н., Косарев А.Б. Матричный метод расчета токораспределения в многопроводных тяговых сетях переменного тока. Труды ВНИИЖТ. М.: 1991.-е. 58-64.

10. Артюх А.Н., Косарев Б.И., Кушнир А.И., Добровольские Т.П. Система тягового электроснабжения для электрифицированных дорог на участках со скалистыми и вечномерзлыми грунтами. Электричество. 1990. №2.-с. 24-29.

11. Асанов Т.К., Караев Р.И. Схема замещения тяговой сети переменного тока в переходном режиме. Электричество. 1977. № 11. с. 36 - 39.

12. Атабеков Г.И. Основы теории цепей. М.: Энергия. 1969. - 424 с.

13. Бессонов JI.A. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа. 1964. - 750 с.

14. Бинкс, Лауренсон. Анализ и расчет электрических и магнитных полей. -М.: Энергия. 1970.-321 с.

15. Бурсиан В.Р. Теория электромагнитных полей, применяемых в электроразведке. М.: Недра. 1972. - 351 с.

16. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука. 1968. -215 с.

17. Головко С.В., Климченко Л.И. Исследование магнитных полей в кузовах электровоза ВЛ 80 К. Тр. Ростовский институт инженеров ж.-д. транспорта. 1977. Вып. 138. - с. 32 - 35.

18. Григорьев Ю.Г. и др. Электромагнитная безопасность человека. Российский национальный комитет по защите от неионизирующего излучения, М: 1999-с. 150.

19. Григорьев Ю.Г. Электромагнитная совместимость. (Проблемы защиты населения от электромагнитного излучения). Электричество. М.: 1997. № 5 с. 21 -25.

20. Дернов А.И., Сенкевич П.И., Лемеш Г.А. О биологическом действии магнитных полей. Воен. мед. журнал, № 3,1968, с. 43.

21. Думанский Ю.Д., Попович В.М., Козарян И.П. Влияние электромагнитного поля низкой частоты на функциональное состояние человека. Гигиена и санитария. № 12. М.: 1997. с. 32-36.

22. Инструкция по техническому обслуживанию направляющих (волноводных) линий поездной радиосвязи. М. Транспорт, 1990, с. 14

23. Карякин Р.Н. Резонанс в тяговых сетях и его демпфирование. М.: Высшая школа. 1961.-230 с.

24. Карякин Р.Н. Тяговые сети переменного тока. М.: Транспорт. 1987. -279 с.

25. Качанов Э.С., Иоссель Ю.А., Струнский М.Г. Расчет электрической ёмкости. Л.: Энергия. 1969.

26. Козлов А.А. и др. Исследование намагниченности концов рельсов в изолирующих стыках разной конструкции. Вестник ВНИИЖТ № 2, 2005, с. 36-40.

27. Конча А.А., Косарев А.Б. Система тягового электроснабжения с экранирующим проводом и отсоединенными от рельсов опорами контактной сети. Электричество №2,1997, с. 19-25.

28. Косарев А.Б. Анализ импульсных перенапряжений в неоднородных рельсовых цепях. Труды МИИТ. Вып. 819, М., 1990, с. 112-115.

29. Косарев А.Б. Методы и средства обеспечения экологической безопасности в зонах электромагнитного влияния электрифицированных железных дорог переменного тока. Дисс. докт. техн. наук. М.: ВНИИ жел.-дор. транспорта. 1999. 273 с.

30. Косарев А.Б. Основы теории электромагнитной совместимости систем тягового электроснабжения переменного тока. М.: Интекст. 2004 г. -272 с.

31. Косарев А.Б. Электромагнитная совместимость низковольтных сетей и смежных металлических коммуникаций с системой тягового электроснабжения при её усилении. Автореферат диссерт. канд. техн. наук. М.: ВНИИ жел.-дор. транспорта. 1991. - 21 с.

32. Косарев А.Б., Добровольские Т.П., Артюх А.Н., Косарев Б.И., Охотников B.C. Тяговые сети переменного тока при чередующейся установке отсасывающих трансформаторов и экранирующего провода. Вестник ВНИИЖТ. № 3. 1992. с. 30-32.

33. Косарев А.Б., Клинов В.Ю. Рекомендации по обеспечению электромагнитной безопасности и совместимости электроснабжениямонорельсовой транспортной системы. ВИНИТИ. Транспорт, наука, техника, управление № 5,2001, с. 18-20.

34. Косарев А.Б., Полишкина И.И. Экологическая обстановка в зонах электрического влияния контактной сети железных дорог при ее пересечении с высоковольтными линиями электропередачи. Известия академии промышленной экологии № 3 2000 г.

35. Косарев А.Б., Полишкина И.И., Наумов А.А. Заземление контактной сети переменного тока на станциях обработки нефтеналивных составов. Вестник № 3,2001г.

36. Косарев А.Б., Полишкина И.И., Фролов А.В Стоячие электромагнитные волны в многопроводных тяговых сетях магистральных железных дорог. Транспорт № 3 2001 г.

37. Косарев А.Б., Семенова Е.Н. Способ снижения электромагнитного влияния электрифицированных железных дорог на трехпроводные линии ВЛ СЦБ. Международная конференция «ЭК ВНИИЖТ-70» М. 2002, с. 256-257.

38. Косарев Б.И. Электробезопасность в тяговых сетях переменного тока. М.: Транспорт. 1989. - 219 с.

39. Косолапов Г.Н. Заземление устройств электроснабжения в тяговых сетях 2 х 25 кВ магистральных железных дорог. Диссерт. канд. техн. наук. М.: 1979.-207 с.

40. Котельников А.В., Косарев А.Б. Электромагнитное влияние тяговых сетей переменного тока на металлические конструкции. Электричество № 9,1992, с. 26-34.

41. Котельников А.В., Косарев А.Б. Электромагнитное влияние тяговых сетей переменного тока на металлические конструкции. Электричество № 9,1992, с. 26-34.

42. Котельников А.В., Косарев А.Б., Полишкина И.И. Экологическая безопасность в зонах магнитного влияния электрифицированных железных дорог переменного тока. Известия академии промышленной экологии № 4 2000 г.

43. Котельников А.В., Косарев А.Б., Полишкина И.И., Сербиненко Д.В. Электромагнитная безопасность систем тягового электроснабжения повышенного напряжения. Вестник ВНИИЖТ № 6 2002 г.

44. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт. 1982. 528 с.

45. Марский В.Е. Основные характеристики систем тягового электроснабжения переменного тока повышенного напряжения. Труды ВНИИЖТ, М.: Транспорт, 1991.

46. Марский В.Е., Бородулин Б.М., Векслер М.И., Павлов И.В. Система тягового электроснабжения 2x25 кВ. М.: Транспорт, 1989.-274 с.

47. Мельников Н.А. Матричный метод анализа электрических цепей. М.: Энергия. 1972.-232 с.

48. Методические указания № 4109-86. По определению электромагнитного поля воздушных высоковольтных линий электропередачи и гигиенические требования к их размещению.

49. Михайлов М.И. Влияние внешних электромагнитных полей на цепи проводной связи и защитные мероприятия. М.: Связьиздат. 1959. 583 с.

50. Михайлов М.И., Разумов Л.Д., Соколов С.А. Электромагнитные влияния на сооружения связи. М.: Связь. 1979.-264 с.

51. Ориентировочные безопасные уровни воздействия переменных магнитных полей частотой 50 Гц при производстве работ под напряжением на ВЛ электропередачи 220-1150 кВ. Утв. Зам. гл. гос. Сан. Bp. СССР Коваленко В.Н. 28 сентября 1988 г., № 5060-89.

52. Павлов И.В. Отсасывающие трансформаторы в тяговых сетях переменного тока. М: Транспорт, 1965,204 с.

53. Петров В.И. Действие электромагнитного поля низкой частоты на высшую нервную деятельность. В кн.: Труды института физиологии им. Павлова И.П. М.- Л.: 1952. Т.1. с. 396-375.

54. Полишкина ИИ. Экспертная оценка факторов, определяющих электромагнитную безопасность работников железнодорожного транспорта и населения. Вестник № 3 2001 г.

55. Правила (Инструкция) по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах. М.: Транспорт. 1993. 68 с.

56. Правила защиты устройств проводной связи и проводного вещания от влияния тяговых сетей электрифицированных железных дорог переменного тока. М.: Транспорт. 1989. 135 с.

57. Правила содержания тяговых подстанций и постов секционирования электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт. 1969. 89 с.

58. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации ЦЭ 462.1997 г., 80 с.

59. Правила устройства электроустановок. Раздел IV. Распределительные устройства и подстанции. М.: Атомиздат. 1978. 96 с.

60. Публикация ВОЗ № 35. (1984). Критерии охраны зоровья. Экстремально низкие частоты электромагнитных полей.

61. Радченко В.Д. Техника высоких напряжений. М.: Наука. 1976. 467 с.

62. Реакция организма человека на воздействие опасных и вредных производственных факторов. Справочник. М.: Издательство стандартов. Т.2.1991.

63. Сазонова Т.Е. Влияние электрического поля промышленной частоты на формирование двигательной доминанты. Гигиена труда и профзаболевания. М.: № 2. 1971. с. 17-21.

64. Сазонова Т.Е. К вопросу о физиолого-гигиенической оценки условий труда на открытых распредустройствах сверхвысокого напряжения. Труды ВНИИОТ ВЦСПС. Л.: 1967. с. 113-120.

65. Санитарные нормы и правила № 2971-84. Защита населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты.

66. Система стандартов безопасности труда. ГОСТ 26797-85 (СТ СЭВ 4793-84). Защита оборудования проводной связи и обслуживающего персонала от влияния электромагнитных полей. Методы измерения.

67. Система стандартов безопасности труда. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах. ГОСТ 12.1.002-84.

68. Система стандартов безопасности труда. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля. ГОСТ 12.1.006-84.

69. Санитарные нормы и правила № 2.5.1198-03. Организация пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте.

70. Санитарные нормы и правила № 2.2.4.1191-03. Электромагнитные поля в производственных условиях.

71. Соколов А.А. Технические средства контроля электромагнитной установки. НТС по проблеме «Биологическое действие и гигиеническое нормирование электромагнитных излучений». Всероссийский институт оптикофизических измерений, 2001 г.

72. Федин В.М. и др. Повышение надежности изолирующих стыков рельсов при использовании металлополимерных накладок. Вестник ВНИИЖТ № 2,2004, с. 18-21.

73. Фигурнов Е.П. Сопротивление рельсовой цепи электротяговой сети переменного тока. М.: Электричество. № 7. 1989. с. 17-22.

74. Чеботарев Ю.А. Анализ электромагнитной совместимости в системах электроснабжения с мощными нелинейными нагрузками. Межвуз. тематический сборник научных трудов. ОмИИТ. 1988. с. 64-67.

75. Чернов Ю.А. Расчет токораспределения в системе энергоснабжения 2 х 25 кВ. труды МИИТа. Вып. 570. 1985. с. 53-58.

76. Шалимов М.Г, Сопротивления проводов линий электропередачи и контактной сети в спектре повышения частот. Автореферат дисс. докт. техн. наук. Омск. 1970.

77. Шатилов В.Н. Исследование вопросов безопасности обслуживания устройств электроснабжения магистральных железных дорог в зонах электромагнитного влияния. Дисс. канд техн. наук. М.: 1979.-207 с.

78. Шварцман В.О. Защищенность цепей связи от влияния электромагнитных полей. М.: Связь. 1971. 64 с.

79. Шимони К. Теоретическая электротехника. М.: Мир. 1964. 773 с.

80. Широков A.M. Надежность радиоэлектронных устройств. М.: Высшая школа. 1972.-272 с.

81. Щуров А.И., Косарев А.Б., Скоблянов А.А. Использование мгновенных характеристик электрических цепей при анализе и синтезе пассивных двухполюсников. ВИНИТИ. Транспорт. Наука, техника, управление. № 6. 1999.

82. Щуров А.И., Фролов А.В., Косарев А.Б. Метод прямого синтеза электрических цепей по их обменным характеристикам. Вестник ВНИИЖТ. № 2.1995. с. 26-29.