4. Акустический шум и радиопомехи воздушных линии электропередачи

В настоящее время шум превратился в серьезную пробле­му человечества, в жестокий бич современных городов. Ухо человека воспринимает в виде звука не все колебания, а лишь те, частота которых лежит в пределах от 17 до 20 тыс. Гц.

Количественным параметром звука является его громкость, измеряемая по логарифмической шкале, в которой каждая ступень соответствует изменению интенсивности шума в 10 раз и называется белом. Величина, в 10 раз меньшая бе­ла, носит название децибела (дБ).

Для оценки негативного для человека воздействия шума одним параметром пользуются шкалой, которая определяет шум по четырем различным частотным характеристикам и вносит поправки на другие воздействия. Эта шкала обозна­чается буквой А и записывается как дБА. Частоты свыше 90 дБА могут вызывать глухоту, поэтому не разрешается на­ходиться в обстановке шума при частоте 90 дБА более 8 ч, при частоте 93 дБА — более 4 ч, 96 дБА — более 2 ч, 99 дБА — более 1 ч.

Воздействие сильного шума на организм человека приво­дит не только к потере слуха. Шум, кроме этого, может стать причиной нервных заболеваний, язвенной болезни, расстрой­ства эндокринной и сердечно-сосудистой систем. При чрез­мерной силе звука или значительной его длительности может возникнуть перевозбуждение клеток коры головного мозга, приводящее к охранительному торможению и изменению от­ветной реакции. Резкий, сильный звук вызывает усиленное сердцебиение и повышает кровяное давление [2].

Адаптация к регулярным и частым шумам наступает го­раздо легче, чем к нерегулярным и редким.

Инфразвуки частотой ниже 20 Гц в диапазоне 5—10 Гц вызывают у некоторых людей вибрацию органов и почти у всех (до 70%) ухудшение зрения; при частоте звука 12, 14 и 19 Гц ощущается звон в ушах. Инфразвуки отражаются на всех видах интеллектуальной деятельности, вызывают ощущение тревоги и страха. Наиболее чувствительны к дей­ствию шума люди старшего возраста. Так, в возрасте до 27 лет на шум реагирует примерно половина людей, а в воз­расте старше 27 лет — более 70%.

Нормируемыми параметрами шума приняты уровни сред­них квадратичных звуковых давлений и уровни звука L. Не­постоянныйшум оценивается в эквивалентных уровнях зву­каL _экв,дБА, под которыми понимается его среднестатисти­ческий уровень, оказывающий то же воздействие, что и по­стоянный шум того же уровня. В вычисления уровней как постоянного, так и непостоянного звука вводятся поправки, зависящие от характера шума (тональности или импульсности, места расположения объекта и времени суток). При оценке постоянного шума вводится также поправка на про­должительность его воздействия.

При своей работе линии электропередачи сверх- и ульт­равысокого напряжения создают акустические шумы, влия­ющие на экологическую обстановку. Шум имеется при любой погоде, но особенно он усиливается при дожде. Шум вызы­вается коронным разрядом на проводах. При отсутствии осадков он определяется «электрическим ветром»—движе­нием воздуха по замкнутым траекториям, вызванным лавинно-импульсным механизмом разряда с отдельных точек по­верхности провода, положение которых регулируется сопря­женными воздушными потоками. При наличии капель дождя на проводе возникает новый процесс, связанный с деформа­цией заряженных капель и их отрывом от поверхности про­вода.

Уровень шума, дБА, на расстоянии 100 м от крайней фазы в зависимости от параметров ВЛ и параметров режима ее работы приближенно можно определить по формуле

где Етак.—действующее значение максимальной напряженности поля на поверхности провода, кВ/м; /•o—радиус про­вода, см;п—число составляющих проводов в фазе;у—рас­стояние от крайней фазы, м.

Наличие трех фаз можно учесть путем добавления к по­лученному результату по выражению (4.1) 3—4 дБА.

С появлением линий электропередачи ультравысокого на­пряжения (более 1000 кВ) коронный разряд такой линии может явиться серьезным источником шума, мешающим жи­вущим вблизи людям. В настоящее время охранная зона для линий напряжением более 1000 кВ принимается в виде уча­стка земли и воздушного пространства, ограниченного верти­кальными плоскостями, отстоящими по обе стороны от край­них проводов на расстоянии 50 м. За пределами охранной зоны допустимо сохранение отдельных жилых зданий, а так­же промышленных сооружений. В целом до населенных пун­ктов с учетом их перспективного развития расстояние от оси линии должно составлять не менее 300 м, а на стесненных участках трассы это расстояние может быть уменьшено до 100 м. На меньших расстояниях акустический шум, создава­емый в процессе коронирования линии, может являться ме­шающим фактором. Для ЛЭП более низких классов напря­жения эти расстояния меньше.

По своим характеристикам шум от линии электропереда­чи может быть отнесен к широкополосным шумам с непре­рывным спектром шириной полосы более одной октавы, чис­тые тона спектра при этом в отдельности не учитываются.

По временной характеристике его можно отнести к непо­стоянным шумам с интенсивностью L,колеблющейся по вре­мени.

В соответствии с законом Вебера—Фехнера прирост си­лы слухового ощущения пропорционален логарифму отноше­ния интенсивностей двух сравниваемых раздражений. Это дало основание ввести понятие уровня интенсивности звука, определяемое как:

Для интерпретации норм на шумы вводится понятие громкости звука. Через громкость звука учитываются разли­чия слуховых ощущений шума одинаковой интенсивности, но разных частот. Уровень громкости звука на частоте 1000 Гц считается равным его интенсивности в децибелах [8].

Шумы от высоковольтной линии электропередачи изменя­ются в течение года в зависимости от погоды: наличия осадков, тумана, высокой влажности воздуха и др. Максимально возможные шумы от короны возникают в сильный дождь. Шумы достаточно длительные и они накладываются на фо­новый шум, создаваемый падающими каплями дождя. По­этому вредные воздействия шума оцениваются по интеграль­ному эффекту воздействия на человеческое ухо звуковой энергии в течение всего времени плохой погоды. В хорошую сухую погоду шумы от линии электропередачи обычно соиз­меримы с окружающим шумовым фоном местности и поэто­му могут не учитываться.

Непостоянные шумы оцениваются по статистическим ха­рактеристикам в течение некоторого периода времени. Ха­рактеристикой непостоянного шума является эквивалентный (по энергии) уровень звука, дБА,

где Д — число отсчетов в данном интервале изменения уров­ня звука по отношению к общему числу отсчетов, %; L. — средний уровень звука в ;-м интервале, дБА.

Использование параметра L _эквпозволяет показать, что кратковременное увеличение шума вызывает менее острую реакцию, чем постоянно действующий шум того же уровня.

В дневное время на границе полосы отчуждения (100 м) допустимы более высокие уровни шума от короны линии, чем ночью. Нормируемые допустимые уровни шума для дневных часов — 55 дБА, а для ночных — 45 дБА. Допускаются неко­торые усреднения нормативных параметров за годовой пери­од, что приводит к отклонениям в значении на 2—3 дБА. Данная величина может быть использована в качестве кри­терия при проектировании линии электропередачи, причем сравниваться она должна с фактическим среднегодовым эк­вивалентным уровнем звука с учетом всех видов плохой по­годы, который возникнет на проектируемой линии при ее экс­плуатации. Для линии напряжением более 1000 кВ-L _экв=53 дБА [9].

Следует заметить, что спектр шума короны линии элект­ропередачи отличается об обычных шумов, создаваемых ма­шинами и механизмами, на которые в основном ориентиро­ваны вышеуказанные нормативные значения. В частности, в некоторые виды погоды значительно увеличиваются уровни звукового давления в верхней части частотного спектра. В настоящее время имеются статистические данные по из­мерению шумов а ЛЭП напряжением более 1000 кВ. Так, по­лучены зависимости роста шумов при изменении напряже­ния на линии. Напряженность поля £oна поверхности прово­да при этих измерениях изменялась от 19 до 29 кВ/см. В дождь изменение максимального градиента на поверхности провода на 1 кВ/см приводит к изменению уровня шума от линии в среднем на 1,6 дБА. Эта зависимосгь может быть выражена формулой

Затухание акустических шумов при удалении от линии, полученное по результатам измерений, имеет вид

где R1, R2—начальное и конечное расстояния от линии.

По зарубежным исследованиям получена зависимость акустического шума линии от радиуса провода Гцв санти­метрах:

В проводах линии токи, вызывающие радиопомехи, воз­буждаются также коронным разрядом и содержат пакеты импульсов, генерируемых в положительные полупериоды пе­ременного напряжения. Соответственно электромагнитные поля радиопомех содержат пакеты импульсов, частота следо­вания которых изменяется от частоты синусоидального на­пряжения до утроенного значения этой частоты. Из-за отно­сительно большого интервала времени между пакетами им­пульсов они представляют собой импульсную помеху, а не «белый шум». Возникающие высокочастотные волны распро­страняются вдоль линии.

Продолжительность полупериода такова, что ионы, обра­зованные во время смены знака напряжения, не могут уда­литься более чем на несколько десятков сантиметров (при­мерно 30 см) от каждого провода. Радиопомехи, возникаю­щие во время отрицательного полупериода, незначительны. Однако значительные положительные кистевые разряды, по­являющиеся в большей части положительного полупериода, вызывают интенсивные паразитные поля. Спектр каждого коронного разряда имеет характер «белого шума» вплоть до частот, близких к 1 МГц, далее он резко падает (рис. 4.1). Каждый коронный разряд распространяет непосредствен­но вокруг себя сферическое излучение, которое было выявле­но на больших естественных или искусственных кистевых разрядах. Воздушная линия представляет собой для импуль­сных или высокочастотных волн волноводы.

Выявлено, что возникающие паразитные поля, излучае­мые ВЛ сверхвысокого напряжения, не нарушают нормаль­ной работы телевизоров.

Радиопомехи, как и потери на корону, чувствительны к состоянию поверхности проводов. Так, установлено, что со временем пыль, находящаяся в воздухе, осаждается на про­вод и обугливается, образуя прочный и пористый нагар. По­ристость нагара вызывает уменьшение коронных разрядов при дожде, поскольку он поглощает капли воды. Наблюдает­ся явление постепенного старения проводов, при этом про­исходит медленное, хотя и неравномерное, убывание потерь энергии и радиопомех.

Уровень радиопомех под воздействием метеорологических условий увеличивается (рис. 4.2). Однако метеорологическая статистика говорит о том, что неблагоприятные значения уровней паразитных полей получаются под линией лишь в течение незначительного периода времени за год (несколько процентов от всего времени).

Уровень помех связан с изменением подвеса провода hи расстоянием от вертикали наиболее близкого проводникауи снижается по мере удаления от линии, поскольку пара­зитное полеЕпаримеет характер направленного униполярно­го поля, убывающего по закону, близкому к

где Ео—напряженность на поверхности провода, кВ/м.

Необходимо упомянуть о явлении экранирующего эффек­та высоковольтной ВЛ, влияющей на уровень сигналов ра­диостанций. Это сказывается только на радиостанциях, рас­положенных в непосредственной (десятки метров) близости от линии электропередачи.

Средства, применяемые для уменьшения паразитных по­лей вблизи линий сверхвысокого и ультравысокого напряже­ний, немногочисленны. Их принцип состоит в снижении по­тенциала поля на поверхности проводов с целью уменьшения ударной ионизации — расщеплении фазы на несколько со­ставляющих. При сильном ненастье паразитные радиопомехи могут превосходить допустимые пределы, поэтому применя­ется:

— установка антенны радиоприемников вдали от ВЛ и присоединение ее к приемнику экранированным кабелем;

— использование для радиопередачи самой линии, кото­рая действует как антенна.

Нормы радиопомех: 10 дБ на расстоянии 30 м от оси ли­нии и 30 дБ на расстоянии 61 м. Указанные нормы учитываются на стадии проектирования при выборе конструкции ВЛ электропередачи.