1.1. Причины повышенного магнитного фона промчастоты 50 Гц и зависимость его уровня от конфигурации системы электропитания
Источники
магнитного фона промчастоты 50 Гц - силовые кабели, распределительные щиты,
контуры заземления, проводники (шнуры) электропитания электроприемников.
Основные, встречающиеся в практике
причины увеличения фона магнитного поля промчастоты 50 Гц (не только в
помещениях, но и иногда и в зданиях в целом !!!) следующие.
1. Пространственное
разнесение фазового и нулевого проводников в электропроводке зданий, помещений
и рабочих мест. Это имеет место, когда электропитание выполнено не посредством
кабеля (в котором конструктивно объединены фазный и нулевой провод), а двумя
самостоятельными пространственно разнесенными проводниками (см. рисунок 1-1).
Рис. 1-1.
Образование
контура с током (выделено пунктиром)
при
пространственном разнесении фазного
и нулевого
проводников в системе электропитания
1. Источник
электроэнергии (розетка, силовой щит и т.п.);
2.
Потребитель электроэнергии
О
том, что проводник с током создает в окружающем пространстве магнитное поле,
знают многие. Но глубоко ошибочна устоявшаяся точка зрения, согласно которой,
создаваемое во внешнем пространстве магнитное поле от электропроводников
сопоставляют с текущим через эти проводники током. Текущий по проводникам ток
является первопричиной. Но нужно помнить, что магнитное поле пропорционально
также площади пространственного контура с током, образуемого этими проводниками
и, в частности, расстоянию между ними.
На рисунках 1-2
¸
1-5 представлены результаты
экспериментальных исследований по зависимости величины магнитного поля во
внешнем пространстве от конструктивного исполнения электропроводки.
Приведенные ниже графики наглядно
демонстрируют – насколько значительна зависимость магнитного поля в
пространстве от общей конфигурации элементов электропитания. Если
электропитание выполнено не кабелем, а отдельными пространственно разнесенными
проводниками, то даже обычная лампочка мощностью 40 Вт (ток 0,2 А) создает в
пространстве поле, способное вызвать пространственную нестабильность
изображения на экране видеодисплейного терминала.
Рис.1-2. Два проводника скручены. Ток в проводниках 0,2 А. Приемная антенна
расположена над проводниками на высоте
Рис.1-3. Проводники
расположены рядом друг с другом.
Ток в проводниках 0,2 А. Приемная антенна расположена над проводниками на
высоте
Рис.1-4. Расстояние между проводниками
Ток в
проводниках 0,2 А. Приемная антенна расположена над проводниками на высоте
Рис.1-5
Расстояние между проводниками
Ток в проводниках 0,2 А.. Приемная антенна
расположена над проводниками на высоте
2.
Наличие дополнительных путей для протекания тока по нулевому проводнику, если
эти пути находятся в пространственном удалении от фазного проводника. Такое
имеет место, если в системе электропитания здания есть резервные кабели.
Практика обследования предприятий показывает - при отключенных фазных
проводниках нулевые проводники резервных кабелей практически никогда не отключаются
от силовых щитов. Подключен или не подключен нулевой проводник резервного
кабеля – для функционирования электроустановки безразлично. Но это не
безразлично для формирования магнитного поля в окружающем пространстве.
Электрический ток, величину которого определяет суммарная мощность электропотребителей
в здании, начинает течь по двум нулевым проводникам - нулевому проводнику
основного кабеля и нулевому проводнику резервного (отключенного по фазам)
кабеля. Резервный кабель зачастую располагается на значительном
пространственном удалении от основного кабеля (например, проложен по противоположной
стене здания). В пространстве появляется контур (см. рисунок 1-6) с разностным
током (J2), которым может охватывать все здание. Соответственно во всех (!!!)
помещениях этого здания резко увеличится фоновое магнитное поле.
Рис. 1-6. Образование
контура с током (выделено пунктиром) при
наличии в системе электропитания резервного кабеля с подсоединенным нулевым
проводником.
1. Силовой щит здания;
2. Потребители электроэнергии;
3. Основной (рабочий) кабель
электропитания;
4. Резервный кабель, подключенный только по
нулевому проводу;
J0. Суммарный ток, протекающий по фазовому
проводу;
J1. Ток, протекающий по нулевому проводу
рабочего кабеля;
J2. Ток, протекающий по нулевому проводу резервного
кабеля
(J1+ J2= J0).
3. Повышенный фон
магнитного поля могут создавать двухпроводные цепи электропитания, в которых
имеются сетевые фильтры, служащие для борьбы с сетевыми помехами. Обычно такие
устройства - схемы из индуктивно-емкостных фильтров (см. рисунок 1-7).
Рис. 1-7. Схема
протекания токов при питании электропотребителя через сетевой фильтр с заземлением.
|
П |
-Потребитель
электроэнергии; |
|
С1 - С4 |
-
Емкости фильтров; |
|
L1, L2 |
-
Индуктивности фильтров; |
|
Jп |
-
Ток потребителя электроэнергии; |
|
JС1, JС3 |
-
Токи, протекающие через конденсаторы фильтра на землю; |
|
Jп + JС1+JС3) |
-
Ток, протекающий по фазному проводу; |
|
Jп |
-
Ток, протекающий по нулевому проводу. |
Из приведенной
схемы видно, что через "фазную" ветвь фильтра протекают
дополнительные токи JC1 и JC3, пропорциональные емкостям конденсаторов С1 и С3.
Через конденсаторы С2 и С4 тока нет, так как эти конденсаторы включены между
нулевым проводом и заземлением. В результате возникает эффект несимметричности
токов в проводах, подходящих к электропотребителю от сети. Ток, протекающий по
нулевому проводу, не равен току, протекающему по фазному проводу.
Соответственно, не равны и магнитные поля, создаваемые этими проводами. В
окружающем пространстве возникает разностное магнитное поле, пропорциональное
количеству применяемых в аппаратуре сетевых фильтров и величине емкостей их конденсаторов.
При
использовании трехпроводных шнуров сетевого питания с жилой заземления (когда емкостные
токи фильтра протекают в том же шнуре) эффекта увеличения магнитного поля в
окружающем пространстве не возникает.
4.
Дополнительные пути для прохождения переменного тока промчастоты 50 Гц с
образованием контуров возникают также при гальванической связи нулевого
проводника и фактически существующих цепей заземления. Так, например,
практически невозможно избавиться от повышенного фона магнитного поля, если с
нулевым проводником гальванически соединена арматура железобетонных и иных
перекрытий здания, а также система теплоснабжения здания.
5.
Источником повышенного магнитного фона, естественно, являются силовые
распределительные щиты и силовые трансформаторы. Известны также случаи
неожиданно резкого увеличения фона магнитного поля вследствие прокладки рядом
со зданием силовых кабелей электропитания строительной техники на расположенных
рядом стройплощадках.
6.
Иногда причиной повышенного магнитного поля
являются блуждающие токи на трубах отопления или токи антикоррозийной защиты
труб.
1.2.
Снижение магнитного фона промчастоты 50
Гц путем оптимизации системы электропитания