3. Viri nizkofrekvenčnih EMS

• 3.1 Kateri so glavni viri nizkofrekvenčnih EMS ?

Transformatorska postaja

Sestavni del elektroenergetskega omrežja so tudi transformatorske in razdelilne transformatorske postaje, ki pretvarjajo električno energijo pri visoki napetosti v električno energijo pri nizki napetosti ali obratno.

Glavni del takšne postaje je transformator. V njem sta na skupnem feromagnetnem jedru primarno in sekundarno navitje. Transformator deluje na principu indukcije: na primarno navitje priključimo izmenično napetost, tako primarno navitje ustvarja spremenljivo magnetno polje, katerega feromagnetno jedro še dodatno ojači. Na sekundarnem navitju se zaradi spreminjanja magnetnega polja inducira napetost, katera je odvisna od števila ovojev. Tako imenovano prestavno razmerje transformatorja, to je razmerje med primarno in sekundarno napetostjo, določa razmerje med številom ovojev primarnega navitja in številom ovojev sekundarnega navitja.

Postaje se med seboj razlikujejo glede na njihov namen. Tako so v urbanih središčih nameščene tako imenovane transformatorske postaje (TP), velikokrat na podeželju srečamo transformatorje, nameščene na daljnovodne drogove, poznamo pa tudi velike razdelilne transformatorske postaje (RTP), ki skrbijo za prenos električne energije in so vanje napeljani številni daljnovodi.

V naseljih so za napajanje uporabnikov nameščene manjše TP, ki 10 ali 20 kV napetost transformirajo v 0,4 kV. Nazivne moči takšnih TP so od nekaj deset kVA pa vse do nekaj MVA, najbolj običajna in razširjena pa je TP moči 630 kVA. Nameščene so lahko v transformatorskih stavbah ali na nadzemnem drogu daljnovoda. Ne glede na namestitev povzročajo v svoji okolici razmeroma majhno električno polje, ki je podobno električnemu polju napajalnih kablov. Zato je pri določanju vplivnega območja pomembno magnetno polje oziroma gostota magnetnega pretoka.

Značilna TP v naselju (630 kVA) povzroča sevalne obremenitve, ki so že na razdalji približno 5 m nižje od zakonsko določenih mejnih vrednosti za I. območje varstva pred EMS. Tako ni pričakovati, da bi lahko taka postaja kakorkoli povečala električna in magnetna polja, ki so v stanovanju stalno navzoča zaradi sevanj gospodinjskih naprav ter električnega ožičenja. Oddaljenosti, ki so manjše od 5 m, si zaslužijo dodatno pozornost in natančnejše meritve. Še posebej je pomembno preučiti sevalne obremenitve v primeru, ko se transformator umešča v sam stanovanjski objekt in ne v ločeno, več metrov oddaljeno zgradbo. V primeru nepravilne namestitve so lahko v objektu namreč prisotne velike sevalne obremenitve zaradi delovanja transformatorja.

Razdelilna transformatorska postaja

V prejšnjem poglavju je bila opisana TP, ki skrbi za napajanje končnih uporabnikov v naseljih. Takšna TP je običajno priključena na 10 kV ali 20 kV daljnovod ali kablovod. Zato je med elektroenergetskim omrežjem, ki ga sestavljajo 400 kV, 220 kV in 110 kV daljnovodi, ter TP v naselju, potreben še en vmesni člen. To so RTP, ki napetost iz elektroenergetskega omrežja na višjem nivoju, ponavadi 110 kV, zmanjšajo na 10 kV ali 20 kV. Njihove moči so od nekaj MVA do več deset MVA.

Vplivno območje razdelilne transformatorske postaje je v pretežnem delu omejeno na območje znotraj ograje. Izven ograjenega območja sega le v bližini daljnovodov, ki so povezani v razdelilno transformatorsko postajo. V bližini daljnovodov je vplivno območje enako vplivnemu območju daljnovodov, ki je obširneje predstavljeno v prejšnjem poglavju.

V neposredni bližini večjih transformatorjev so presežene tudi mejne vrednosti za II. območje varovanja pred sevanji, vendar izven ograjenega območja ne prihaja do preseganja mejnih vrednosti.

Tabela: Okvirne velikosti vplivnega območja značilnih TP in RTP  za I. območje varstva pred EMS. Vplivno območje se določa kot razdalja od roba TP ali RTP do  roba vplivnega območja.

Podzemni kablovod

Podzemni kablovodi, ki so nameščeni v pozdemnih ceveh, opravljajo enako nalogo kot daljnovodi, saj skrbijo za prenos električne energije. Gradnja podzemnega kablovoda je navadno dražja od gradnje daljnovoda, vendar se zaradi manjšega vpliva na izgled pokrajine, manjših težav v urbanih območjih ter zaradi manjših vplivnih območji uporabljajo vse pogosteje. Največ se uporabljajo za nižje napetostne nivoje (npr. 0,4 kV ali 10 kV), redkeje pa za 110 kV ali celo 400 kV sisteme.

Vplivno območje podzemnega kablovoda je manjše kot vplivno območje podobnega daljnovoda. Razloga sta dva: kabli, ki sestavljajo kablovod, so oklopljeni s kovinskim oklopom, ki je ozemljen, poleg tega so še zakopani v zemljo, zato električnega polja nad nivojem tal praktično ne povzročajo. Pri daljnovodih pa je prav električno polje tisto, ki določa velikost vplivnega območja. Poleg tega je tudi magnetno polje kablovoda manjše od magnetnega polja daljnovoda, ker se posamezni vodniki nahajajo bližje. Tipična razdalja med vodniki daljnovoda je več metrov, pri kablovodu pa le nekaj 10 cm. Glede na lastnosti magnetnega polja velja, da bo to manjše v primeru, da se vodniki trofaznega sistema nahajajo bližje, zaradi česar kablovod povzroča manjše magnetno polje kot daljnovod.

Daljnovodi

Da lahko električna energija iz elektrarne prispe v naše domove, je potreben celoten elektroenergetski sistem, ki je sestavljen iz nizko-, srednje- in visokonapetostnih vodov. Da bi lahko prek daljnovodov ob kar najmanjših izgubah prenašali dovolj energije, morajo daljnovodi delovati pod visoko napetostjo, kar zagotavljajo transformatorske postaje, nameščene po celi državi. V Sloveniji se za distribucijo električne energije uporabljajo napetosti 400 kV, 220 kV, 110 kV, 35 kV, 20 kV, 10 kV in 0,4 kV.

Električno polje, ki je posledica napetosti v elektroenergetskem sistemu, se med delovanjem le malo spreminja, saj se tudi napetosti spreminjajo le malo. Drugače je z magnetnim poljem, saj je odvisno od trenutnega toka v vodnikih, ki se spreminja od nič do največjega dopustnega toka za posamezni daljnovod glede na porabo električne energije. Običajno nazivni tokovi, to so največji trajno dopustni tokovi, znašajo 1600 A za 400 kV daljnovod, 800 A za 220 kV daljnovod in 400 A za 110 kV daljnovod. Električno in magnetno polje v okolici daljnovoda pa sta poleg tega odvisna še od razporeditve vodnikov na stebru daljnovoda (t.i. tip daljnovoda), razporeditve faz ter oddaljenosti vodnikov daljnovoda od tal.

Na sliki  je prikazan najpogosteje uporabljen tip daljnovoda: dvosistemski daljnovod tipa sod. Dvosistemski je tisti daljnovod, na katerem sta nameščena dva sistema treh vodnikov (dvojni daljnovod), medtem ko je na enosistemskem nameščen en sistem 3 vodnikov. Vodniki na daljnovodih so vedno po trije skupaj, zaradi trofaznega sistema, ki se uporablja za prenos električne energije.

Neposredno pod 400 kV daljnovodi magnetno polje lahko na nivoju tal doseže prek 40 μT, medtem ko električna poljska jakost lahko preseže 9 kV/m. Tako električno kot magnetno polje se z oddaljenostjo od daljnovoda zmanjšujeta s kvadratom razdalje. Pri oddaljenosti nad 50 m sta navadno enaka vrednostim, ki jih najdemo na območjih, ki so od visokonapetostnih daljnovodov precej oddaljena. Poleg tega so nivoji električnega polja zaradi sten v notranjosti stavb precej nižji kot na prostem. Za 220 kV daljnovode znaša največja izmerjena vrednost 6 kV/m ter 3 kV/m za 110 kV daljnovode. Pri 220 kV daljnovodih največja vrednost za magnetno polje doseže 22 mT in pri 110 kV daljnovodih 13 mT. V stavbah v bližini daljnovodov vrednost tega ozadja znaša do okrog 0,2 μT.

Več o sevanju daljnovodov si lahko preberete na strani Sevalne obremenitve naprav in tehnologij\Daljnovodi.

Gospodinjske naprave

Najmočnejša nizkofrekvenčna električna polja, ki jih navadno najdemo v okolju, so pod visokonapetostnimi daljnovodi. V nasprotju s tem pa najmočnejša magnetna polja nizkih frekvenc navadno najdemo v neposredni bližini motorjev in drugih električnih naprav.

Tabela: Značilne vrednosti električne poljske jakosti električnih naprav na oddaljenosti 30 cm

Mnogi ljudje so presenečeni, ko se zavedo različnih magnetnih polj, ki obdajajo električne naprave. Poljska jakost ni odvisna od velikosti, zapletenosti, moči in glasnosti naprave. Celo med na prvi pogled podobnimi napravami se jakosti magnetnih polj zelo razlikujejo. Tako na primer nekateri sušilniki za lase oddajajo zelo močna polja, okrog drugih pa jih skoraj ni . Razlike v magnetni poljski jakosti so odvisne od zasnove naprave. Spodnja tabela prikazuje značilne vrednosti pri številnih električnih napravah, ki jih najdemo v gospodinjstvu. Meritve smo izvedli v akreditiranem laboratoriju Inštituta za neionizirna sevanja v Ljubljani. Omeniti je treba, da so bili izmerjeni nivoji magnetnega polja precej odvisni od modela naprave in oddaljenosti od nje.

Tabela. Značilne vrednosti gostote magnetnega pretoka električnih naprav na različnih oddaljenostih

Pri večini gospodinjskih naprav je magnetna poljska jakost na razdalji 30 cm precej nižja od priporočene mejne vrednosti za prebivalstvo, ki sicer znaša 100 μT.

Iz tabele lahko razberemo:

1. magnetna poljska jakost v okolici naprav z oddaljenostjo strmo pada;
2. večine gospodinjskih naprav med uporabo ne približujemo neposredno telesu. Na razdalji 30 cm so magnetna polja, ki obdajajo napravo, v večini primerov 100-krat manjša kot priporočena mejna vrednost, ki za prebivalstvo znaša 100 μT pri 50 Hz.

Nemški zvezni urad za varstvo pred sevanji (BfS) je opravil meritve 24-urne izpostavljenosti magnetnim poljem na 2000 prostovoljcih različnih poklicev in izpostavljenosti. Izmerjene izpostavljenosti so se precej razlikovale, povprečna dnevna izpostavljenost pa je znašala 0,10 μT. Ta vrednost je tisočkrat nižja kot standardna mejna vrednost, ki znaša 100 μT za prebivalstvo, ter 200-krat nižja kot mejna vrednost za izpostavljenost delavcev, ki znaša 500 μT. Poleg tega so meritve pokazale, da ni izrazitih razlik v izpostavljenosti med ljudmi, ki živijo v središčih velikih mest, in tistimi s podeželja. Celo izpostavljenost ljudi, ki živijo v bližini visokonapetostnih daljnovodov, se komaj opazno razlikuje od povprečne izpostavljenosti ljudi.

Indukcijsko kuhališče

Za razliko od običajne steklokeramične kuhalne plošče, ki deluje kot uporovni grelnik, indukcijske kuhalne plošče segrevajo hrano s pomočjo visokofrekvenčnih magnetnih polj. Ta povzročijo vrtinčne tokove v dnu posode, zaradi česar se posoda segreje. Indukcijska kuhališča zaznajo velikost dna posode in segrevajo samo dno. Kuhalna plošča se segreva zgolj posredno in minimalno, saj nanjo prehaja toplota segrete posode. Tako je bojazen pred opeklinami z indukcijskimi kuhališči odveč.

Ker gre v tem primeru za neposredno segrevanje posode (ne posredno segrevanje prek steklokeramične plošče), je izkoristek indukcijskih kuhalnih plošč zelo visok. Indukcijske kuhalne plošče so sorazmerno močan vir magnetnega polja, saj znaša moč posameznega indukcijskega kuhališča do 2 kW, skupno za vsa štiri indukcijska kuhališča pa do 7,5 kW. Delujejo v frekvenčnem območju 20 do 100 kHz. več

Sistemi za nadzor in indentifikacijo

Sistemi za nadzor in identifikacijo so sistemi, ki omogočajo nadzor nad predmeti. Sistemi za nadzor so namenjeni le za zaznavanje prisotnosti predmeta, sistemi za identifikacijo pa predmet tudi prepoznajo... več