CC BY
11Отражение электромагнитных полей промышленной частоты, генерируемых линиями электропередачи, от земной поверхности
Амирханян Мария Зауровна,
аспирант кафедры инженерной геологии и геоэкологии, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), [email protected]
Введение. Исследования электромагнитных полей (ЭМП) в рамках инженерно-экологических изысканий необходимы для разработки средств защиты населения и городских экосистем от негативных воздействий ЭМП при развитии инфраструктуры городского хозяйства. Исследование, описываемое в данной статье, посвящено выявлению эффекта усиления ЭМП промышленной частоты, генерируемых линиями электропередачи, в результате их зеркального отражения от увлажненной поверхности земли.
Материалы и методы. Для проведения исследования был выбран профиль измерений находящийся в пределах жилой застройки, перпендикулярный линии электропередачи ЛЭП-220 кВ в районе Свиблово в г. Москва. Измерения проводились в пределах профиля при разной степени увлажнения почвы (сухая и влажная). Измерения электромагнитных полей промышленной частоты (ЭМППЧ) в данном исследовании проводились с помощью измерительного прибора и антенн, предназначенных для измерений напряженностей магнитного и электрического полей.
Результаты. По результатам анализа данных измерений было установлено, что показатели напряженности электрического поля изменяются в зависимости от увлажнения почвы, значения увеличиваются при условиях, когда почва в выбранной зоне исследования влажная и значения в среднем увеличиваются на 25 В/м. Похожие изменения наблюдаются и в случае измерения напряженности магнитного поля, в данном случае показатели увеличиваются на 0,13 А/м. Характер изменений, при разном уровне увлажненности почвы, представлен на графике.
Выводы. Результаты измерений позволили установить, что при увлажнении почвы электрическая составляющая ЭМП усиливается приблизительно на 10%, магнитная - на 18%. Это увеличение связано с возрастанием проводимости почвенного покрова.
Ключевые слова. электромагнитное поле, экологическая безопасность, земная поверхность, электросетевое хозяйство, инженерно-экологические изыскания, защита от электромагнитных полей, линии электропередачи.
Введение
Воздействие электромагнитных полей на биологические объекты требует повышенного внимания. Это обусловлено ростом производства электроэнергии и уровня ее потребления в городской среде, развитием электросетевой инфраструктуры городского хозяйства, развитием телекоммуникационных сетей [1]. В связи с этим необходимым этапом предпроектных работ является проведение инженерных изысканий, включающих инженерно-экологические изыскания, а в свою очередь инженерно-экологические изыскания подразумевают исследования электромагнитных полей и предложения по защите от них в случае превышения санитарных норм [2;3]. В ранее опубликованных исследованиях [4,5] рассматриваются идеальные условия отражения электромагнитного поля, в данном же исследовании рассматриваются реальные условия отражения электромагнитных полей при разном состоянии почвы.
Материалы и методы
Методика измерений основана на базе ранее проведенных экспериментов [6]. Также, исходя из опыта упомянутых исследований, был выбран прибор для измерений. Для измерения электромагнитных полей в данной работе был использован прибор ОКТАВА-110А с антеннами П6-70 и П6-71, которые предназначены для измерений напряженностей магнитного (P6-70) и электрического (P6-71) полей [7]. Результаты измерений были обработаны в программном комплексе Signal + [8]. Исследование выполнено на участке ЛЭП-220 кВ вблизи улицы Амундсена и проезда Серебрякова на северо-востоке Москвы. Территория исследований приведена на рис. 1.
X X
о
го А с.
X
го m
о
Рисунок 1. - Фотоснимок исследуемой территории
ю 2
М О
о
CS
CS Ol
о ш m
X
<
m О X X
Для выявления изменений в показателях напряженности электромагнитного поля были проведены натурные измерения в зоне расположения линий электропередачи [9;10;11]. Измерения проводились в два этапа. Первый этап подразумевал под собой проведение исследования в засушливый период, когда почва исследуемой территории будет сухой, на втором этапе исследования были проведены в тот период, когда почва исследуемого участка была влажной.
Результаты
В результате проведения исследования было выявлено, что показатели напряженности электрического поля изменяются в зависимости от увлажнения почвы, значения увеличиваются при условиях, когда почва в выбранной зоне исследования влажная и значения в среднем увеличиваются на 25 В/м. Характер изменений представлен на графике (рис. 2).
Рисунок 2. - Изменения напряженностей электрического (а) и магнитного полей (б) с расстоянием от оси ЛЭП
График (рис. 2) представляет собой перпендикулярный отрезок, на котором показаны значения напряженности электрического поля. Измерения производились в точках с шагом 1 м по обе стороны от линии электропередачи. Пунктирная линия отражает результаты измерений напряженности электрической составляющей электромагнитного поля в засушливый период.
Сплошная линия графика (рис. 2) отражает результаты проведения измерений на том же участке что и в первом случае, однако, в данном случае измерения были проведены, когда почва участка измерений была влажной. На графике можно наблюдать изменения показателей напряженности электрического поля в зависимости от погодных условий на исследуемой территории.
Похожие изменения наблюдаются и в случае измерения напряженности магнитного поля, в данном случае показатели увеличиваются на 0,13 А/м.
По аналогии с измерением напряженности электрического поля, были проведены измерения напряженности магнитного поля и построен соответствующий график (рис. 2). Пунктирная линия представляет собой перпендикулярный отрезок, на котором показаны значения напряженности магнитного поля. Измерения производились в точках с шагом 1 м по обе стороны от линии электропередачи. На линии показаны результаты измерений напряженности магнитной составляющей электромагнитного поля в засушливый период.
График (рис. 2) был построен по результатам проведения измерений на том же участке что и в первом случае, однако, в данном случае измерения были проведены, когда почва участка измерений была влажной. На
графике можно наблюдать изменения показателей напряженности магнитного поля в зависимости от погодных условий на исследуемой территории.
В силу ограничений использования прибора для измерений, невозможно провести подобные исследования в зимний период и при наличии снежного покрова, но можно с уверенностью констатировать, что наличие снега обусловит эффект, аналогичный влажной почве [12;13].
Поскольку разница значений напряженности несущественна, можно заключить, что сухая с виду почва, тем не менее, проявляет свойства проводника [14;15;16]. При влажном состоянии почвы напряженность электрического поля увеличивается до 10% относительно сухого, а магнитного до 18%, тогда как в ранее упомянутых исследованиях значения напряженности электромагнитного поля, при повышении влажности увеличивается вдвое. В связи с этим нельзя считать землю идеальным проводником [17;18;19].. С учетом полученных результатов представляется рациональным рекомендовать поправку на увеличение электрической составляющей электромагнитного поля в размере 10% и для магнитной составляющей в размере 18%.
Выводы
Выполнены измерения электромагнитного поля, генерируемого ЛЭП-200 кВ в городской зоне при различных условиях увлажнения почвы.
В силу того, что разница значений напряженности несущественна, можно заключить, что сухая с виду почва, проявляет свойства проводника.
Результаты измерений позволили установить, что при увлажнении почвы электрическая составляющая ЭМП усиливается приблизительно на 10%, магнитная -на 18%. Это увеличение связано с возрастанием проводимости почвенного покрова.
Литература
1. Miah T, Kamat D., Current Understanding of the Health Effects of Electromagnetic Fields, US National Library of Medicine National Institutes of Health, 2017. № 4. С. 1-3.
2. СП 47.13330.2012. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96 // Госстрой РФ. 2012. 110 с.
3. СанПиН 2971-84. Санитарные нормы и правила защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты // Минздрав СССР. 1984. 8 с.
4. Л.В.Быковская, Е.В. Чурикова. Моделирование электрического и магнитного полей воздушной линии электропередачи // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2016. №5. 6 с.
5. Б.К. Сивяков, А.А. Скрипкин, Д.Б. Сивяков, А.В. Цыганков. Электрическое и магнитное поля высоковольтной воздушной линии на удалении от нее // Вестник СГТУ. 2015. №3. С. 200-206.
6. M. Amirkhanyan, F. Bryukhan. Measurement errors of electromagnetic fields of industrial frequency in urban areas // MATEC Web of Conferences. 2018. №170. 5 с.
7. Руководство по эксплуатации «Шумомер-анали-затор спектра, виброметр портативный Октава-110А» // Приборостроительное объединение «Октава-электрон-дизайн». 2006. 48 с.
8. Signal+. Программное обеспечение // Октава-Элек-тронДизайн Приборостроительное объединение - 2018
9. D. Micheli, A. Delfini, F. Santoni, F. Volpini, M. Marchetti. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2015. Vol.14, Pp. 698-702
10. Д.Е. Пелевин. Электротехника и Электромеханика. 2015. №. 4. С. 53-55
11. ГОСТ Р 50414-92. Совместимость технических средств электромагнитная. Оборудование для испытаний. Камеры экранированные // Госстандарт России. 1992. 28 с.
12. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Электродинамика сплошных сред (Издательство физматлит, Москва, 2005)
13. М.М. Резинкина. Выбор параметров тонких электромагнитных экранов для снижения уровней магнитной индукции // Научно-технический центр магнетизма технических объектов НАН Украины. Журнал технической физики. 2014, Т. 84, № 2.
14. И.С. Петров. Локализация и ослабление побочных электромагнитных излучений от средств вычислительной техники путем экранирования электромагнитных волн // Вестник ЮУрГУ. 2012. № 2
15. L. Diez, R. Agüero, L. Muñoz, Electromagnetic Field Assessment as a Smart City Service: The SmartSantander Use-Case, Sensors, 17, 20 (2017)
16. Д.Н. Шапиро. Электромагнитное экранирование // ИД Интеллект. 2010. 120 с.
17. M. Havas. Biological Effects of Low Frequency Electromagnetic Fields // Spon Press, London. 2004. P. 535.
18. Aslan, A., Ikinci, A., Bas, O, Long-term exposure to a continuous 900 MHz electromagnetic field disrupts cerebellar morphology in young adult male rats. Biotech Histochem, 2017. № 92, 324-330.
19. Recent Research on EMF and Health Risk, Thirteenth report from SSM's Scientific Council on Electromagnetic Fields, 2018
Reflection of electromagnetic fields of industrial frequency, generated by electric transmission lines from land's surface
Amirkhanyan M.Z.
Moscow State University of Civil Engineering (National Research
University) (MGSU) Introduction. Electromagnetic fields (EMF) investigation in the framework of engineering and environmental surveys are necessary for the development of means to protect the population and urban ecosystems from the negative effects of EMF in the development of urban infrastructure. Investigation described in this article reveals the EMF amplification effect of industrial frequency as a result of their mirror reflection from the land's surface.
Materials and methods. For this investigation was chosen the measurement profile perpendicular to the power line in the Sviblovo district, Moscow. Measurements were taken within the limits of profile at different soil moisture levels (dry and moist). In order to undertake the study, we used a measuring device with antennas for magnetic and electric fields measurements. Results. According to the analysis outcome of measurements' results, EMF significantly increases in the moist condition. The values increase under conditions when the soil in the selected study zone is wet and the values increase on average by 25 V / m. Similar changes are observed in the case of measuring the magnetic field strength, in this case, the indicators increase by 0.13 A / m. Pattern of the changes, with different levels of soil moisture, is presented in the graph.
Conclusions. The results of measurements allowed establish that at the same time, the electrical component of the EMF increases by approximately 10% and the magnetic component by 18%.
Key words. electromagnetic field, ecological security, land surface, power grid facilities, engineering and environmental surveys, electromagnetic fields defense, power line communication. References
1. Miah T, Kamat D., Current Understanding of the Health Effects of
Electromagnetic Fields, US National Library of Medicine National Institutes of Health, 2017. No. 4. P. 1-3.
2. SP 47.13330.2012. Engineering surveys for construction. The
main provisions. Updated edition of sNiP 11-02-96 // Gosstroy of the Russian Federation. 2012.110 s.
3. SanPiN 2971-84. Sanitary standards and rules for protecting the
population from the effects of an electric field created by overhead power lines of alternating current of industrial frequency // Ministry of Health of the USSR. 1984. 8 p.
4. L.V. Bykovskaya, E.V. Churikova. Modeling of the electric and
magnetic fields of an overhead power line // Bulletin of the Kuzbass State Technical University. 2016. No5. 6 sec
5. B.K. Sivyakov, A.A. Skripkin, D.B. Sivyakov, A.V. Gypsies. Electric and magnetic fields of a high-voltage overhead line at a distance from it // Vestnik SGTU. 2015. No3. S. 200-206.
6. M. Amirkhanyan, F. Bryukhan. Measurement errors of electromagnetic fields of industrial frequency in urban areas // MATEC Web of Conferences. 2018. No170. 5 sec
7. Operation manual "Sound level analyzer spectrum analyzer,
portable vibrometer 0ctava-110A" // Instrument-making association "Octave-electron design". 2006.48 p.
8. Signal +. Software // Octave-Electron Design Instrument-Making
Association - 2018
9. D. Micheli, A. Delfini, F. Santoni, F. Volpini, M. Marchetti. IEEE
Antennas and Wireless Propagation Letters. 2015. Vol.14, Pp. 698-702
10. D.E. Pelevin. Electrical Engineering and Electromechanics. 2015. no. 4.P. 53-55
11. GOST R 50414-92. Electromagnetic compatibility of technical equipment. Testing equipment. Shielded cameras // Gosstandart of Russia. 1992.28 p.
12. L.D. Landau, E.M. Lifshits. Electrodynamics of continuous media (Fizmatlit Publishing House, Moscow, 2005)
13. M.M. Rezinkina. The choice of parameters of thin electromagnetic screens to reduce the levels of magnetic induction // Scientific and Technical Center of Magnetism of Technical Objects of NAS of Ukraine. Journal of Technical Physics. 2014, T. 84, No. 2.
14. I.S. Petrov. Localization and attenuation of secondary electromagnetic radiation from computer equipment by shielding electromagnetic waves // Bulletin of SUSU. 2012. No 2
15. L. Diez, R. Agüero, L. Muñoz, Electromagnetic Field Assessment as a Smart City Service: The SmartSantander Use-Case, Sensors, 17, 20 (2017)
16. D.N. Shapiro. Electromagnetic shielding // ID Intellect. 2010.120 s.
17. M. Havas. Biological Effects of Low Frequency Electromagnetic Fields // Spon Press, London. 2004. P. 535.
18. Aslan, A., Ikinci, A., Bas, O, Long-term exposure to a continuous 900 MHz electromagnetic field disrupts cerebellar morphology in young adult male rats. Biotech Histochem, 2017. No. 92, 324330.
19. Recent Research on EMF and Health Risk, Thirteenth report from SSM's Scientific Council on Electromagnetic Fields, 2018
X X О го А С.
X
го m
о
ю 2
М О
