Акустический шум воздушных линий

Шум воздушных линий (линий электропередач)

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. Непостоянный шум оценивается в эквивалентных уровнях звука L 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. Акустический 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 мень
ших 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 интеграль-ному 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 экв позволяет 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 £o на 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 Гц в сантиметрах:

Читай продолжение: Радиопомехи воздушных линий электропередач.