Современный мегаполис — это не только высотки из стекла и бетона, но и сложная сеть инженерных систем. Одним из «невидимых жильцов» города стали электромагнитные поля. Их нельзя увидеть или услышать, но именно поэтому они особенно коварны: воздействие длительное, накопительное и нередко превышающее допустимые санитарные нормы.
Особую опасность представляет магнитное поле промышленной частоты (50–60 Гц). Даже слабое, но постоянное воздействие способно вызвать негативные изменения в организме человека.
Каждый житель города ежедневно попадает в зону действия множества источников электромагнитных полей:
Иными словами, невидимая «сеть» окружает нас повсюду — от подъезда до рабочего места.
В жилых районах основными источниками являются:
Особенно остро проблема стоит в многоэтажках, где трансформаторные подстанции размещают в первые этажи зданий. В таких случаях расстояние от источника магнитного излучения до жилого помещения может составлять всего несколько метров.
Трансформаторная подстанция — это мощный техногенный источник электромагнитного излучения. В современных высотках она с минимальными потерями снабжает электроэнергией десятки этажей, но при этом создает повышенный уровень магнитного поля.
Исследования показывают: поле встроенных подстанций мощностью 400–800 кВ способно превышать санитарные нормы в соседних квартирах в 3–10 раз. Главный виновник — токопроводы. Даже если магнитное рассеяние самого трансформатора заметно снижается на расстоянии двух метров, для жильцов ближайших квартир этого недостаточно.
Снизить излучение путем изменения конструкции подстанций сложно, поэтому наиболее доступным и эффективным решением становится электромагнитное экранирование.
Электромагнитный экран работает как щит и решает сразу несколько задач:
Среди последствий воздействия магнитного поля:
В разных странах действуют собственные стандарты, но многие из них опираются на рекомендации Международной комиссии по защите от неионизирующих излучений (ICNIRP).
Для магнитных полей промышленной частоты (50–60 Гц) предельные уровни для населения в Европе — около 100 мкТл, а для профессионального воздействия допускаются более высокие значения. В России и странах СНГ санитарные нормы строже — для жилых помещений предельный уровень часто ограничивают 0,5–1 мкТл.
Основы экранирования базируются на теории распространения электрического и магнитного полей. Излучаемая энергия переносится электромагнитным полем. Когда оно меняется во времени, электрическая (E) и магнитная (B) составляющие существуют одновременно, но их вклад может быть неравным:
Есть еще один нюанс городской среды: любой проводник в поле не только поглощает, но и переизлучает энергию. Поэтому рядом с конструктивными элементами (арматура, кабель-каналы, корпуса оборудования) распределение поля отличается от «идеального» свободного пространства — всплески, локальные усиления, «утечки».
Идея экрана проста: создать оболочку, в которую магнитный поток охотно «уходит» вместо того, чтобы проникать в жилое пространство. Ферромагнитные материалы обладают высокой магнитной проницаемостью: их сопротивление для прохождения магнитного потока меньше, чем у воздушного пространства. Благодаря этому поток замыкается внутри самого экрана (металла), а не попадает в близлежащие квартиры.
Однако степень защиты зависит не только от материала, но и от конструкции:
Интересно, что впервые экраны начали использовать вовсе не в жилых домах, а для защиты военной радиоаппаратуры от помех.
Самый распространенный способ защиты — пассивное экранирование. Заключается в установке экранов из ферромагнитных материалов в стены, перегородки и потолки. Иногда используют многослойные конструкции: внутренний слой собирает магнитный поток, внешний — за счет вихревых токов дополнительно снижает поле и экранирует электрическую составляющую.
Для эффективной защиты экранирующая оболочка должна образовывать замкнутый магнитопровод без длинных щелей:
Рекомендуемые формы для пассивного экрана — короб, цилиндр, «колокол», где плотность потока распределяется равномернее, а локальная насыщаемость ниже.
Активное экранирование (компенсация) — современный метод, при котором используются дополнительные катушки или устройства, создающие противоположное магнитное поле.
Активная защита состоит из:
Перспективность последнего направления растет, однако по-прежнему основное значение в практике имеет правильный выбор материалов для экранов. Ведь в типовом доме со встроенной подстанцией базовая защита — это пассивный ферромагнитный экран стен/перегородок с тщательной проработкой стыков и проходов.
В выборе материалов для экранирования ключевыми параметрами являются:
Также важное значение имеют технологические характеристики: обрабатываемость, свариваемость, коррозионная стойкость.
Пермаллои — железо-никелевые сплавы с высокой магнитной проницаемостью. Выпускаются с разным содержанием никеля; часто легируются молибденом, хромом и др.
Ключевые характеристики:
Пермаллои хорошо поддаются холодной обработке давлением; после механической деформации требуется отжиг для восстановления магнитных свойств. Прекрасно работают как в переменных, так и в постоянных магнитных полях.
Сферы применения:
Пермаллои нашли применение не только в узлах трансформаторных подстанций, где источник не создает сверхвысокой индукции, но и в бесконтактных реле, магнитных усилителях и другом оборудовании, где требуется чувствительность к слабым магнитным полям.
Высококачественный железо-никелевый сплав с высокой начальной проницаемостью и низкой коэрцитивной силой. Подходит для самых чувствительных систем и минимальных магнитных полей.
Основные физико-механические свойства:
Эти качества делают супермаллой незаменимым при изготовлении:
Супермаллой дорог и требователен к технологии сборки — каждое механическое или термическое воздействие может снизить магнитную проницаемость, поэтому производство требует корректной термообработки и щадящих методов соединения.
Сплав 50Н — модификация пермаллоя, ориентированная на сочетание высокой магнитной проницаемости и повышенной индукции насыщения.
Среди физико-механических характеристик сплава выделяют следующие:
Сплав 50Н подходит для условий с высокой индукцией. Из него изготавливают элементы экранов рядом с мощными трансформаторами и токопроводами.
Вопрос защиты человека от электромагнитных полей — это не только забота о комфорте, но и вопрос здоровья будущих поколений. Современные жилые комплексы невозможно представить без трансформаторных подстанций, а значит, и без эффективных решений по экранированию.
Использование сплавов с высокой магнитной проницаемостью — пермаллоев, супермаллоя, — сегодня остается самым надежным способом борьбы с нежелательным излучением.
На рынке уже доступны материалы, которые сочетают в себе высокие физические показатели и долговечность. Например, на ПЗПС можно купить холоднокатаную ленту из пермаллоев и супермаллоя, что открывает возможность для внедрения экранирующих технологий в массовое строительство.
Экранирование — это не роскошь, а реальная необходимость для мегаполисов, где каждый метр пространства на вес золота, а забота о здоровье — главный приоритет.
