Оцінювання величини магнітного поля кабельного обігріву житлових та промислових приміщень з точки зору його безпеки для людини

А.М. Манілов, інженер, А.В. Красножон, к.т.н., доцент, С.О. Товстюк, інженер

Наскільки небезпечним є електромагнітне випромінювання, що виникає при експлуатації електричної«теплої підлоги» – цифри, нормативи, факти

Останнім часом набули великої популярності різноманітні електричні кабельні системи опалення та підігріву підлоги. Основним фактором впливу на людей та навколишнє середовище з боку кабельних систем обігріву є магнітне поле промислової частоти. Відповідно до додатку Е [1] допустиме значення індукції магнітного поля промислової частоти у житлових та громадських приміщеннях на висоті 0,5 м від підлоги становить 0,1 мкТл, а у промислових приміщеннях – 0,5 мкТл. У [2] також наведено тимчасові гранично допустимі рівні магнітного поля, створюваного підземними кабельними лініями змінного струму промислової частоти, де нормативне значення магнітної індукції для житлових приміщень становить 0,5 мкТл.

Індукцію магнітного поля за відомим значенням його напруженості можна визначити за відомою формулою:

B=μ₀ μ_r H , (1)

де:
µ0 – магнітна постійна (µ0 = 4π•10-7 Гн/м);
µr – магнітна проникність середовища (для повітря дорівнює 1);
Н – напруженість магнітного поля, А/м.

Напруженість можна визначити за наступними формулами:

- для окремо прокладеного одножильного провідника:

- для окремо прокладеного двожильного кабелю:

де:

Ір – струм у провіднику, А;
r – найкоротша відстань від кабелю до розрахункової точки, м;
d – відстань між жилами двожильного кабелю.

Значення індукції магнітного поля залежить від відстані до нагрівального кабелю та зменшується у міру віддалення від нього. Вимірювання потенційно шкідливих чинників слід проводити у зоні можливо близького перебування життєво важливих органів людей, тому в нормативах зазначено відстань 0,5 м від підлоги. Однак, у приміщеннях з можливим тривалим перебуванням дітей (дитячий садок, школа, дитяча лікарня та ін.) або з тривалим перебуванням людей на підлозі доцільним є виконання вимірювань безпосередньо на поверхні підлоги, а не на висоті 0,5 м.

У розділі 10.3 [1] вказується, що у приміщеннях з постійним знаходженням людей необхідно використовувати екранований нагрівальний кабель, а в приміщеннях лікарень, шкіл, дитячих садків, притулків для людей похилого віку та інвалідів – екранований двожильний кабель. У приміщеннях з тимчасовою присутністю людей допускається використовувати неекранований нагрівальний кабель з накладенням на нього сітки зі сталевого дроту, яку приєднують до пристрою вирівнювання потенціалів. У цих приміщеннях і прилеглих до них забороняється постійне перебування людей під час роботи кабельної системи обігріву. Очевидно, що під суміжними приміщеннями необхідно в деяких випадках розуміти приміщення, що знаходяться поверхом нижче.

Однак, додаток Е [1], що стосується допустимого значення індукції магнітного поля, є довідковим, тому ні проєктувальники, ні заводи-виробники, як правило, не розраховують і не вимірюють її.

На рис.1 наведено план розміщення кабелів обігріву у житловому приміщенні площею 15 м2 [1]. Для прикладу взято двожильний нагрівальний кабель діаметром 6,9 мм (відстань між жилами 2,5 мм), що має суцільний алюмінієвий екран. Глибина закладення кабелю 0,12 м при кроці укладання 12,5 см. Струм кабельної системи обігріву становить 9 А.

Рис. 1. План розміщення кабелів системи обігріву у приміщенні

Індукція магнітного поля одного кабелю відповідно до (1) і (3) на поверхні підлоги становить:

Таким чином, індукція магнітного поля від одного кабелю поверхні підлоги перевищує значення 0,1 мкТл. При цьому слід зазначити, що такий розрахунок є дуже орієнтовним, оскільки враховує лише одну пару нагрівальних провідників. Насправді ж маємо достатньо велику кількість нагрівальних ниток зі струмом, які формують загальну картину магнітного поля.

Для побудови та розрахунку загальної картини розподілу магнітного поля варто застосувати спеціальні програмні пакети, які дозволяють враховувати геометрію розташування провідників та отримувати значення індукції в усіх точках простору з врахуванням впливу усіх провідників.

Подібна модель була реалізована в одному з таких пакетів для випадку застосування одножильного та двожильного кабелів (див. рис.2).

Рис. 2. Модель «теплої підлоги» (розріз)

Кольорова мапа розподілу в просторі магнітної індукції (в мкТл) для випадку використання одножильного кабелю (вид перерізу провідників) показана на рис.3.

Рис. 3. Кольорова мапа розподілу в просторі магнітної індукції при використанні одножильного кабелю

Очевидно, що спостерігаються дуже значні величини індукції в просторі кімнати (одиниці мкТл) та маємо суттєве перевищення норми в 0,1 мкТл.

Для більшої наочності наведемо графік розподілу магнітної індукції вздовж лінії, що знаходиться на рівні підлоги в центрі кімнати в напрямку, перпендикулярному нагрівальним провідникам рис. 4.

Рис. 4. Графік розподілу магнітної індукції на рівні підлоги при використанні одножильного нагрівального кабелю

На рис.4 бачимо, що значення індукції на рівні підлоги можуть сягати позначки 10 мкТл.

Аналогічний графік для лінії, що знаходиться на висоті 0,5 м від підлоги, показано на рис.5.

Рис. 5. Графік розподілу магнітної індукції на рівні 0,5 м від підлоги при використанні одножильного нагрівального кабелю

Таким чином, на рівні 0,5 м від полу також маємо значення в діапазоні від 1,1 мкТл до 1,46 мкТл, що значно перевищує нормативне значення у 0,5 мкТл.

Аналогічний аналіз було проведено і для випадку застосування двожильного нагрівального кабелю (рис. 6). В цьому випадку доцільно розглянути варіанти прокладання кабелю звичайним способом, без транспозиції та з транспозицією, як показано на рис. 7. («Транспозиція» означає тут «накладання один на другий, переплутування».)

Рис. 6. Прокладання двожильного кабелю звичайним способом та з транспозицією на поворотах

Рис. 7. Кольорова карта розподілу в просторі магнітної індукції при використанні двожильного кабелю з прокладанням звичайним способом

Легко бачити, що при використанні двожильного кабелю значення індукції в кімнаті стають значно меншими, маємо десяті долі мкТл, тобто магнітний вплив лишається в припустимих нормативах межах. Таким чином, варіант з двожильним кабелем є набагато кращим, ніж одножильний.
На рис. 8 показано аналогічну карту у випадку прокладання двожильного кабелю з транспозицією.

Рис. 8. Кольорова карта розподілу в просторі магнітної індукції при використанні двожильного кабелю, прокладання з транспозицією

Згідно з отриманою картою, маємо більшу величину індукції на рівні підлоги, але менші значення на висоті 0,5 м від підлоги. Проілюструємо отриманий результат графіками, аналогічними рис. 4 та рис. 5, при цьому будемо одночасно розглядати варіант прокладання двожильного кабелю з транспозицією та без неї.

Рис. 9. Графік розподілу магнітної індукції на рівні підлоги при використанні двожильного нагрівального кабелю з прокладанням без транспозиції

На рис. 9 можна бачити, що є локальні сплески індукції над тими місцями, де розташовані провідники, крім того, маємо найбільші значення індукції над крайніми парами провідників (з обох боків приміщення), що відповідають приблизним розрахункам за формулами (1) і (3). В центрі кімнати маємо значення індукції, що не перевищують показник 0,1 мкТл.

Рис. 10. Графік розподілу магнітної індукції на рівні підлоги при використанні двожильного нагрівального кабелю, прокладання з транспозицією

Графіки розподілу індукції магнітного поля на висоті 0,5 м за умови використання двожильного кабелю з прокладанням звичайним способом та з транспозицією показано на рис. 11 та рис. 12 відповідно.

Рис. 11. Графік розподілу магнітної індукції на рівні 0,5 м від підлоги при використанні двожильного нагрівального кабелю з прокладанням без транспозиції

На графіках рис. 9 та рис. 11 бачимо, що магнітне поле на позначці 0,5 м має безпечні значення, при цьому з боків індукція дещо вище, ніж в центрі кімнати.

Згідно рис. 10 та рис. 12 бачимо, що транспозиція призводить до значного збільшення магнітної індукції на рівні підлоги (навіть в центрі кімнати маємо 0,28 мкТл), при цьому значення індукції над крайніми парами провідників практично ті ж самі, що і у випадку укладання без транспозиції.

Рис. 12. Графік розподілу магнітної індукції на рівні 0,5 м від підлоги при використанні двожильного нагрівального кабелю, прокладання з транспозицією

Згідно рис. 12 бачимо, що за умов транспозиції поле на рівні 0,5 м від підлоги у порівнянні з варіантом прокладання без транспозиції (див. рис. 11) є меншим.

Загалом можна зробити висновок, що транспозиція загалом не покращує ситуації з впливом магнітного поля, тому що сумарне поле на рівні підлоги в такому випадку помітно зростає, а це особливо погано для житлових приміщень, де можуть тривалий час знаходитись діти. На рівні 0,5 м від підлоги транспозиція дещо зменшує магнітне поле, однак, і у випадку без транспозиції значення магнітного поля на цьому рівні є безпечними для людини.

Висновки

Вимірювання магнітної індукції електричних систем кабельного обігріву у приміщеннях тривалого перебування дітей слід проводити не тільки на рівні 0,5 м від підлоги, а також і на рівні підлоги.

Використання одножильного кабелю в системах типу «електрична тепла підлога» не рекомендується, оскільки при цьому спостерігаються дуже значні рівні індукції (одиниці мкТл), що перевищують дозволені нормативними документами показники.

Доцільно використовувати лише екрановані нагрівальні кабелі та за потреби застосовувати інші додаткові засоби екранування електромагнітного поля, проте варто звертати увагу на показники індукції знизу нагрівальної системи, аби врахувати шкідливість впливу у приміщеннях, що розташовані нижче.

У випадку використання двожильних нагрівальних кабелів не рекомендується виконувати транспозицію, оскільки вона призводить до суттєвого збільшення індукції саме на рівні підлоги.

При проєктуванні кабельних систем обігріву доцільно виконувати розрахунок величини індукції магнітного поля у приміщенні, а на етапі монтажу таких систем – її вимірювання, та притримуватись нормативних обмежень.

В цілому, якщо дотримані нормативні показники індукції магнітного поля, то система обігріву типу «електрична тепла підлога» цілком придатна для безпечного довготривалого використання в побутових та виробничих приміщеннях.

Література

ДБН В.2.5-24:2012 Електрична кабельна система опалення.
СОУ-Н ЕЕ 20.179:2008 Розрахунок електричного і магнітного полів лінії електропередавання. Методика.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 3 832