12-F-ENV-2438 چكيده ايران

Transcript

1 بررسي و اندازه گيري ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي در مجاورت خطوط و پستهاي فشار قوي كلان شهر تهران 12-F-ENV سيد زمان حسيني احمد جليلي جهرمي محمد علي ملكوتيان 1 -شركت سهامي برق منطقهاي تهران 2 -شركت مهندسي ايمن موج داناك ايران واژه هاي كليدي: ميدان الكتريكي و مغناطيسي ميدان الكترومغناطيسي حداكثر مقادير مجاز ميدان اندازه گيري ميدان. چكيده وضعيت موجود و معماري شبكه هاي انتقال و فوق توزيع انرژي الكتريكي در كلان شهر تهران بصورت خطوط هوايي و پست هاي AIS گسترش يافته و همين موضوع باعث ايجاد نگراني در شهروندان از اثرات سوء ميدان هاي اطراف خطوط و پست ها شده است. برق منطقه اي تهران در كارگروهي متشكل از دانشگاه و صنعت نسبت به بررسي اين موضوع در مقالات استانداردها پروژه هاي تحقيقاتي و عملي اقدام نموده است. دراين مقاله نتايج گزارش ها و استانداردهاي بين المللي مورد بررسي قرار گرفته است كه پايه محاسبات آن]ها جريان آستانه خطرناك براي بدن انسان ميباشد. در اين پروژه اندازهگيري از 28 خط و پست صورت گرفته و سپس مقادير اندازه گيري شده در ارتفاع صفر از سطح زمين با مقادير استخراج گرديده از استانداردها مقايسه شد. باتوجه به اينكه در هيچ موردي مقادير بيش از استانداردها گزارش نشده است مي توان نتيجه گرفت در وضعيت موجود خطري شهروندان و كاربران پست ها را تهديد نمي نمايد. 50 در فركانس هرتز باتوجه به اينكه ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي هيچ برهمكنشي ندارند ميدان الكترومغناطيسي توليد نشده وميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي به صورت جدا اندازهگيري ميشوند. امروزه مقدمه 1- بحث الكترومغناطيسي ميدانهاي الكتريكي مغناطيسي و در صنعت بواسطه اثرات زيان آور احتمالي خود بصورت جدي در مراكز علمي و پژوهشي پيگيري ميگردد.تاثيرات مخرب احتمالي اين ميدانها بر روي سلامتي شهروندان ونيروهاي شاغل در اطراف اين پستها و خطوط همواره در رسانه ها افكار عمومي و نيز محافل علمي محل بحث و بررسي بوده است و بعضا موجب نگراني ميشود در بررسيهاي علمي امواج وميدانهاي الكترومغناطيسي پرتوهاي الكترومغناطيسي را به دو دسته پرتوهاي يونساز و غيريونساز تقسيم بندي كرده اند بخشي از پرتوهاي الكترومغناطيسي كه پس از 1

2 ورود به ماده انرژي كافي جهت ايجاد يونش را دارا نيستند و بيشتر ايجاد گرما كرده و ميتوانند واكنشهاي شيميايي توليد كنند راپرتوهاي غير يونساز ميگويند. هريك از فوتونهاي پرتوهاي غير يونساز انرژي اي كمتر از 12,4 (حداقل ev انرژي لازم جهت ايجاد يونش در مواد بيولوژيكي) را دارا ميباشند. به عبارت ديگر پرتوهاي غيريونساز پرتوهايي هستند كه فركانس آنها در هوا كمتر از Hz طول موج آنها بلندتر از 100 نانومتر و انرژي كوانتومي آنها كمتر از 12,4eV است (شكل 1). جذب پرتوهاي الكترومغناطيسي غيريونساز توسط بافت- هاي بيولوژيكي موجب ايجاد گرما در آنها مي شود و اكثر اثرات بيولوژيكي حاصل از پرتوهاي غير يونساز به موجب همين پديده صورت مي گيرد. برخي از اثرات ديگر هم به موجب واكنش هاي شيميايي بوجود مي آيند [1]. براساس مطالعات مستند صورت گرفته برخي اثرات امواج دربدن را به دو دسته برگشت پذير (Reversible) و غير برگشت پذير (Ireversible) تقسيم كرده اند[ 2 ]. شكل 1. محدوده پرتوهاي يونساز و غير يونساز از آنجا كه پستها و خطوط فشار قوي داراي فركانس 50Hz ميباشند لذا در تقسيم بندي باندهاي فركانسي جزو فركانسهاي فوق العاده پاي ين (ELF) محسوب مي- شوند. دامنه فركانسي ميدان ه يا ELF بالاتر از صفر تا حداكثر 3000Hz است و در صورتي كه بررسي وضعيت امواج الكترومغناطيسي توليد شده توسط اين خطوط مد نظر باشد اين امواج طول موج بسيار بزرگي دارند 6000km) براي فركانس ) 50Hz كه بمنظور مهيا شدن شرايط پخش الكترومغناطيسي يا ميبايست با فركانس ه يا بالا سروكار داشته باشيم و يا خطي با طول 6000 كيلومتر داشته باشيم (اين مقادير توسط معادلات الكترومغناطيس نظير معادلات ماكسول براي فركانس 50 Hz به دست آمده است) و از آنجا كه اين طول خط در شبكه ايران موجود نيست لذا طبق منابع علمي و تاي يد داكيومنتهاي سازمان بهداشت جهاني ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي روي هم تاثيري نداشته و بايد بصورت جداگانه اندازه گيري شوند (در اين بازه فركانسي) [1]. براي هر نقطه از فضا ميداني تعريف ميشود ميدان الكتريكي معرف نيروي اعمال شده به واحد بار الكتريكي است و ميدان مغناطيسي با نيروي وارد شده به يك بار 2

3 الكتريكي در حال حركت تعريف ميشود. ميدان الكتريكي توسط بار الكتريكي با صرف نظر از حركت آن ايجاد ميشود. يك بار الكتريكي ميداني در همه جهات ايجادميكند كه صورت كروي دارد و تا بينهايت ادامه پيدا ميكند (شكل 2). يك خط بار الكتريكي (مثل خطوط قدرت) يك ميدان دور خط ايجاد ميكند كه صورت استوانهاي دارد. شكل كلي ميدان الكتريكي در هر نقطه به توزيع بار در مجاورت آن بستگي دارد. در سيستمهاي مهندسي توزيع بارهاي الكتريكي به ولتاژ وابسته است و نه به جريان و توان سيستم. ميدانهاي مغناطيسي توسط حركت بارهاي الكتريكي ايجاد ميشوند پس با صرف نظر از ولتاژ با جريان الكتريكي رابطه مستقيم دارد (شكل 3 ).جريان برقرار شده در هر هادي با صرف نظر از شكل هادي ميتواند به بخشهاي كوچكي تقسيم شود كه ميدان مغناطيسي ايجاد شده توسط هر بخش با استفاده از قانون بيوساوار بدست ميآيد. الكتريسيته و مغناطيس دو پديده كاملا مجزا هستند. توزيعهاي بار متغير با زمان منجر به درهم كنش ميدان- هاي الكتريكي و مغناطيسي ميشوند كه با افزايش فركانس شديدتر ميشود. مشخصات و درهم كنش ميدان- هاي الكتريكي و مغناطيسي بطور كامل توسط معادلات ماكسول شرح داده شده است. معادلات ماكسول شامل چهار معادله انتگرالي است كه هركدام از آنها با نام اراي ه دهنده آن شناخته ميشوند[ 8 ]. قانون الكتريسيته گاوس: قانون مغناطيس گاوس: قانون فارادي: قانون آمپر-ماكسول: r r E. da = B r. d A r = 0 Q ε enc 0 r r dφ E. B ds = dt r r dφe B. ds μ0ε 0 + μ0i dt = enc شكل 2. خطوط ميدان الكتريكي در مجاورت دو بار الكتريكي غير هم نام طول موج فاصله بين دو دوره تناوب از موج است. در فضاي آزاد با فركانس رابطه عكس دارد كه توسط رابطه زير تعريف ميشود: λ = c f تا شكل 3. خطوط ميدان مغناطيسي دور سيم حاوي جريان زمانيكه بارهاي الكتريكي و جريان ثابت هستند در فركانس 50Hz طول موج بسيار كيلومتر). در حاليكه يك موج راديويي كيلو هرتز طول موج 3 كيلومتر دارد. اين در مقاله ابتدا در بخش مطالعه و تحقيق بزرگ است ( با فركانس به بررسي استانداردهاي موجود در اين زمينه پرداخته ميشود سپس در بخش اندازهگيري مقادير پستهاوخطوطاراي هگرديده اندازهگيري و نهايتا شده از محل در بخش نتايج مقادير اراي ه شده در استانداردها مقايسه خواهد شد. با 3

4 ANSI و IEEE استانداردها و گزارش هاي جهاني با استناد به مراجع مقالات پزشكي وكنفرانسهاي برگزار گرديده پيرامون و انجمنهاي علمي موضوع حفاظت نيروي انساني در برابر خطرات احتمالي ناشي از ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي استانداردها و گزارشهاي صاحب نظر در اين حوزه انتخاب گرديدهاست كه مرجع تصميم گيري در اين حوزه بحساب ميآيند. كميسيون بين المللي حفاظت در برابر تشعشعات غيريونيزه كننده (ICNIRP) انجمن علمي مهندسين برق و الكترونيك كشور امريكا (IEEE) موسسه استاندارد ملي كشور امريكا (ANSI) انجمن علمي سازمان بهداشت جهاني اتحاديه (WHO) هيي ت اروپا (EC) مليحفاظت در برابر تشعشع كشور انگلستان HPA) (NRPB & و كنفرانس امريكايي متخصصان بهداشت روي صنايع دولتي (ACGIH) استانداردها و گزارشهاي منتخب بعنوان مرجع قضاوت و تصميم گيري در خصوص مقادير مجاز و غير مجاز ميدان مي باشند. ICNIRP -1-2 (WHO) باهمكاري سازمان سلامت جهاني ICNIRP برنامه محيطي ايالات متحده (UNEP) واستفاده از ساير انتشارات علمي به بررسي تاثيرات ميدان ه يا الكتريكي و مغناطيسي پرداخته است [3]. در اين گزارش كه هرچند سال يكبار در يكي از كشورهاي عضو برگزار ميشود بين نيروي فعال در صنعت و مردم عادي تفاوتهايي لحاظ شده است. افراد حرفهاي تحت پرتودهي شامل افراد بالغي هستند كه به پتانسيل پرتودهي و ميزان ريسك پذيري آن آگاه هستند و براي انجام اعمال پيشگيرانه آمادگي كامل دارند. در مقابل محيط عمومي در بر گيرنده افراد با همه سنين و هر وضعيت سلامت است. در بيشتر موارد افراد حاضر در محيطهاي عمومي آگاهي كافي از اثرات ميدان هاي الكترومغناطيسي ندارند. و چون از افراد محيط عمومي ميدان انتظار اقداماتي نميرود عمومي پايينتر است. بر يا ه يا محدوديت كاهش و ميدان يا براي بردن از بين محيطهاي اين استانداردها حدود تشعشع امواج الكترومغناطيس در محدوده فركانسيKHz 0-3 را براي حفاظت در برابر اثرات مضر اين امواج روي بدن انسان تعريف ميكنند كه با بهره گيري بيولوژيكي البته لازم بذكر ايجاد پزشكي از مكانيزم امواج روي انتشار ه يا بدن انسان گسترش است تشعشعاتي ميشوند را شامل نميشود يافته يافته تاثيرات است. كه بر اثر فرايندهاي [4]. استاندارد IEEE و ANSI نيز تعريف دقيقي از محيط كار حرفهاي و عمومي اراي ه داده است كه در متن استانداردها به آن اشاره شده است. مقادير بيان شده در اين استانداردها از كيلوهرتز 3 تا DC فركانس ميكند. اين را پشتيباني مقادير در جداولي در متن گزارش آورده شده كه در پايان اين بخش از مقاله به اختصار بيان گرديده است. HPA و NRPB -3-2 انجمن ملي حفاظت در برابر تشعشعات (NRPB) مسي وليت تنظيم و اراي ه دستورالعمل هاي حفاظتي در برابر تشعشعات ميدان ه يا الكترومغناطيسي (EMF) در بازه فركانسيGHz را بر عهده دارد. كه شامل ميدان ه يا الكتريكي و مغناطيسي ايستا فركانس هاي قدرت (50 (Hz فركانس هاي خيلي پاي ني (ELF) فركانس ه يا راديويي (RF) و تشعشعات آن ها مي شود [5]. در سال NRPB 1993 گزارش جامع و كاملي از اثرات ها روي ميدان اين سلامتي منتشر نمود و در پي آن محدوديت هايي براي مقادير اين ميدان ها در نظر گرفت. اين گزارش محدوديت براي مشابهي كاركنان و مردم عادي در مورد در معرض قرار گرفتن اين ميدان ها قاي ل مي شد. با توجه به اين استدلال برآورده شدن استاندارد ICNIRP نيز ميباشد. گزارش جديد به معني بر آورده شدن استاندارد NRPB NRPB با شماره b2004 از بازبيني گزارش a2004 توسط يك انجمن علمي در سال

5 منتشر گرديد كه در حال حاضر اين گزارش مورد استفاده قرار مي گيرد. در اين استاندارد نيز مثل دو استاندارد قبل تعريفي از محيط حرفهاي و عمومي در متن آن آورده شده است. استاندارد NRPB با توجه به مقادير اراي ه شده از سويICNIRP در مورد حداكثر جريان مجازي كه در بدن ميتواند جريان داشته باشد مقاديري را براي محدوده ميدان الكتريكي و مغناطيسي بيان نموده است كه با استناد به اين استنتاج ميتوان مقادير اراي ه شده از سويICNIRP را پذيرفت. مغناطيسي در فركانس 50 هرتز مربوط به محيط عمومي و حرفهاي بيان گرديده است [3 تا 6]. جدول 1. جدول نهايي حداكثر مقادير مجاز ميدان الكتريكي و مغناطيسي در هردو محيط حرفهاي و عمومي EC -4-2 از سال 1999 اتحاديه اروپا محدوديتهايي را برايپرتودهي امواج الكترومغناطيسي در اماكن عمومي در فركانس ه يا صفر هرتز تا 300 گيگاهرتز اعمال كرد. اصلي ترين اين محدوديتها مربوط به كميسيون بين المللي حفاظت در برابر تشعشعات غيريونيزه كننده (ICNIRP) بود. ولي براي نيروي انساني شاغل از سال 2004 اين محدوديتها را در نظر گرفت. مقادير اراي ه گرديده از سوي اتحاديه اروپا همچون ديگر استانداردهاي بررسي شده در جدول شماره 1 بطور خلاصه آورده شده است [6] جمع بندي استانداردها به زبان ساده مي توان چنين گفت كه اعمال تمام اين استانداردها و محدوديت ها با اين هدف شكل مي گيرد كه اگر افرادي چه در محيط هاي عمومي و چه در محيط هاي حرفه اي در معرض تابش ميدان هايي با شدت بالاتر از حد استاندارد قرار گيرند چگونگي و زمان قرار گرفتن آنها در ميدان بايستي بر اساس مقررات استانداردها محدود گرديده و حدود مربوطه كاملا ملحوظ نظر قرار گرفته و كنترل شوند. در پايان اين بخش تمامي مقادير اراي ه شده در استانداردها و گزارشها در جدول شماره 1 نشان داده شده است در اين جدول مقادير ميدانهاي الكتريكي و ٣- اندازهگيري اندازه گيري ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي بر اساس استاندارد IEEE,C كه مربوط به محاسبه و اندازهگيري ميدانهاي الكترومغناطيسي در محدوده فركانسي صفر تا 100KHz مي باشد و با سه دستگاه مختلف كاليبره شده با سه برند (Narda, 50C) Gigahertz Solution, EHP انجام شده است [7]. در اين پروژه اندازهگيري بصورت نقطه به نقطه (ماتريسي) در خطوط و پستهاي منتخب محدوده برق منطقهاي انجام گرفته است پستهاي و 400 كيلو ولت اين اندازهگيريها شامل اتاق كنترل ساختمانهاي اداري و محوطه پست ميباشد. در تمام مراحل پروژه سعي شده است كه از منابع ديگر ميدان غير از هاديهاي انتقال قدرت صرف نظر گردد. در اتاق كنترل فواصل بين نقاط اندازهگيري طبق استاندارد IEEE يك متر در نظر گرفته شده و زمان آن هنگام ظهر و در حداكثر مصرف پيك روز ميباشد. فهرست پستهاي منتخب در جدول- هاي 2 و 3 آورده شده است اين پستها با توجه به مناطق مختلف جغرافيايي و آب و هوايي و جمعيت منطقه 5

6 تهران بررسي و اندازه گيري ميدانهاي الكتريكي ومغناطيسي در مجاورت خخطوط و پستهاي ففشار قوي كلان شهر در انتخاب گرديده اند تا بتوان تمامي حالات ممكن را نظر گرفت. بيشينه مقادير موجود در اتاق كنترل پستهاي مذكور نقشههاي 2 نشان داده شده است. با هتوجه به در جدول اندازهگيري از پستها بيشترين مقادير درون اتاق كنترل درمجاورت مربوط به اماكن نزديك به تابلوهاي لكنترل و پنجرهها هكه نزديكترين قسمتها به خطوط است مي- باشد. با توجه به اندازهگيري در سطح زمين تمامي مقادير توسط اندازهگيري شده كوچكتر از حدود تعيين شده ICNIRP كه همانطور كه گفته شد يداراي كمترين حدود استانداردهاي مجاز براي مميدانها در بين كميته ها و مربوطه مي باشد است. در پايان نبيشترين مقدار اندازه- اتاق گيري شده براي ميدان الكتريكي و مغناطيسي درون كنترل پستها بترتيبV/m 195 وmG 50/022 است كه در مقايسه ببا مقادير اراي ه گرديده در ججدول 1 بسيار پايينتر ميباشد. ججدول 3. بيشينه مقادير اندازهگيري ميدان الكتريكي در اتاق كنترل پستها 2-3- خطوط و 400 كيلو ولت جدول 2. بيشينه مقادير اندازهگيري ميدان مغناطيسي در اتاق كنترل پپستها الكتريكي و مغناطيسي در نتايج اندازهگيري ميدانهاي چهارده خط و محدوده برق منطقهاي تهران از خطوط 63 كيلو ولت در اين بخش اراي ه ميگردد. فهرست شده است كه اين خطوط منتخب در جداول 4 و 5 آورده نيز با توجه به وضعيت آب وهوايي نزديكي به مناطق است. جمعيت مناطق انتخاب گرديده مسكوني و ميزان در اين بخش نيز همچون بخش قبل بيشينه مقادير گرديده قدرت اراي ه اندازهگيري شده ززير خطوط انتقال شده را با است. جدولهاي 4 و 5 مقادير ااندازهگيري گرديده مقادير مجاز ميدان كه از جدول 1 استخراج مقايسه ميكنند. همانطور كه ميدانيم بيشينه مقادير در هر شكل 4 نحوه اندازهگيري مورد دقيقا زير هاديها ميباشد. شامل 7 سطح مقطع زير خطوط را نشان ميدهد كه متقارن ميباشد. اندازهگيري خطوط همچون پستهاي 6

7 تهران بررسي و اندازه گيري ميدانهاي الكتريكي ومغناطيسي در مجاورت خخطوط و پستهاي ففشار قوي كلان شهر زير خطوط فشار قوي ههنگام ظهر و در زمان پيك مصرف روز مي- ججدول 5. بيشينه مقادير اندازهگيري ميدان الكتريكي در باشد. در بين مقادير ان دازهگيري شدهبيشينه ميدان بترتيب 3890V/m و الكتريكي و مغناطيسي زير خطوط 48 mg بدست آمده است كه در همقايسه با مقادير اراي ه جدول 1 بسيار پايينتر.ميباشد. گرديده در و فوق توزيع شكل 4. نحوه اندازهگيري خطوط انتقال خطوط جدول 4. بيشينه مقادير اندازهگيري ميدان مغناطيسي در زير گيري ٤- نتيجه بيش از يكصد مقاله پروژه هاي تحقيقاتي با بررسي و استانداردها و اقدامات انجام گرفته مقادير ميدان هاي قطعه از شده در 14 الكتريكي و مغناطيسي اندازه گيري خطوط و 14 دستگاه پست و 63 كيلوولت شبكه شركت برق منطقهاي تهران (شامل استانهاي تهران البرز و قم) كمتر زاز مقادير مجاز ااستانداردهاي مهم جهاني بود لذا با اتكا به ننتايج بررسي استانداردها و مقررات همچنين مقادير اندازه گيري ميدانها ميتوان استنباط نمود حريم تعيين شده اطراف خطوط و پستها كه با رعايت ميدان- سوء و مخاطرات احتمالي زيست محيطي اثرات هاي الكتريكي مغناطيسي و الكترومغناطيسي نگرانيهاي مطرح شده را ندارد. مراجع [1] World Health Organization (WHO), International Agency for Research on Cancer (IARC). IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans: Vol. 80: Non-Ionizing Radiation, 7

8 Part 1: Static and Extremely Low-Frequency (ELF) Electric and Magnetic Fields. Lyon, France: International Agency for Research on Cancer (IARC), [2] Kirsty Marshal, Health and Safety Executive, [3] ICNIRP (International Commission on Non- Ionizing Radiation Protection), Guidelines for limiting exposure to time varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz), Health Physics 74(4): , ( [4] IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), C95.6, IEEE standard for safety levels with respect to human exposure to electromagnetic fields in the frequency range 0-3 khz, International Committee on Electromagnetic Safety (ICES), [5] National Radiation Protection Board, ELF electromagnetic fieldsand the risk of cancer. report of an advisory group on non-ionisingradiation, NRPB 12(1), [6] EC (European Commission: Scientific committee on toxicity, ecotoxicity and the environment (CSTEE)), Possible effects of electromagnetic fields (EMF), radio Frequency fields (RF) and microwave radiation on human health, Expressed at 27th CSTEE plenary meeting, Luxembourg, 30 October [7] IEEE Std C : IEEE Recommended Practice for Measurements and Computations of Electric, Magnetic, and Electromagnetic Fields with Respect to Human Exposure to Such Fields, 0 Hz to 100 khz. [8] Matt Hansen, Maxwell s Equations,