И.И. ЛЮБЕЧАНСКИЙ

Биология в вопросах и ответах

Насколько опасно находиться человеку рядом с высоковольтной ЛЭП?

Электрическое поле, создаваемое высоковольтными линиями электропередачи (ЛЭП), оказывает неблагоприятное влияние на живые организмы. В опытах, проведенных многими исследователями, обнаружено пороговое значение напряженности электростатического поля, равное 160 кВ/м, при котором наступает разительное изменение реакции подопытного животного. Поля с меньшей напряженностью сколько-нибудь заметного вреда живому организму не причиняют.

Наиболее чувствительны к электрическим полям копытные животные (копыта животных – хорошие изоляторы) и человек в обуви, изолирующей его от земли. Тела организмов – проводники электрического тока. Изолированное от земли проводящее тело приобретает так называемый наведенный электрический потенциал, зависящий от соотношения емкостей конденсаторов, образованных этим телом с землей и проводами ЛЭП. Чем относительно меньше первая из этих емкостей (чем толще, например, подошва обуви), тем больше наведенный потенциал, который может достигать 10 кВ относительно земли.

При приближении тела к заземленному предмету (например, ноги или руки человека к травинке или веточке куста) происходит искровой разряд, сопровождаемый звуковым эффектом (потрескиванием). Величина тока разряда зависит от сопротивления цепи, которое равно сумме сопротивлений кожи человека и травинки (или веточки). Последнее составляет обычно несколько МОм на 1 м длины ветки. В этих условиях величина импульса тока может достигать 200 мкА.

Разряд вызывает неприятное ощущение укола. Такие импульсы тока безопасны для здоровья человека, но могут привести к вторичным травмам вследствие испуга и непроизвольного движения. Разряд может возникнуть при рукопожатии двух работающих в случае, если один из них находится в сухой обуви с изолирующей подошвой, а второй не имеет ее или в момент рукопожатия его другая рука касается металлической конструкции. Неприятные ощущения, связанные с непрерывно следующими друг за другом разрядами, приводят к тому, что копытные животные предпочитают не находиться на трассах высоковольтных ЛЭП и не пересекать их в летнее время.

Ток значительно возрастает, если тело приближается к хорошо заземленному металлическому предмету. В этом случае максимум импульса тока определяется только переходным сопротивлением кожи и может достигать единиц и даже десятков ампер. Однако непосредственное воздействие и таких импульсов тока из-за их малой мощности и длительности не опасно.

Опасными могут быть разряды, возникающие при соприкосновении (приближении) человека с изолированными от земли механизмами, например, с трактором на резиновом ходу. Электрическая емкость таких механизмов гораздо больше емкости тела человека, поэтому и мощность разряда значительно возрастает. По этой причине все механизмы, находящиеся в зоне поля ЛЭП, должны быть надежно заземлены, например, с помощью металлической цепи.

При длительном пребывании человека в электрических полях с напряженностью выше 10–15 кВ/м могут возникнуть неблагоприятные физиологические изменения, связанные с воздействием поля на нервную и сердечно-сосудистые системы, мышечную ткань и отдельные органы. При этом возможно изменение кровяного давления и пульса, аритмия, повышенная нервная возбудимость. Эти явления носят временный характер и исчезают через некоторое время после прекращения воздействия поля. Напряженность электрического поля в рабочих зонах ЛЭП с напряжением 750 кВ на высоте человеческого роста примерно в 5–6 раз меньше опасных значений.

Работа на ЛЭП и электрических подстанциях с напряжением 110, 220 и 380 кВ безопасна, но разрядные импульсы могут вызвать болевое ощущение, легкий нервный шок и даже судорогу. Выявлено неблагоприятное воздействие электрического поля промышленной частоты на персонал ЛЭП и подстанций напряжением 500 кВ и выше; при напряжении 380 и 220 кВ это действие выражено слабо. Но при всех напряжениях действие поля зависит от продолжительности нахождения в нем. Это позволило обосновать нормативы для электрических полей промышленной частоты, которые приведены в таблице.

Обратите внимание, что зависимость между напряженностью поля и допустимым временем пребывания в нем носит нелинейный характер. Согласно нормам пребывание человека без средств защиты в электрическом поле напряженностью до 5 кВ/м может быть сколь угодно длительным. Измерения показали, что для ЛЭП с напряжением 500 кВ напряженность поля 5 кВ/м достигается под проводами, находящимися на высоте около 15 м от поверхности земли, а напряженность поля более 10 кВ/м – под проводами, находящимися на высоте менее 8 м. Для напряженностей электрических полей вблизи ЛЭП были установлены отдельные нормативы.
Под линиями в труднодоступной местности (например, болота, горные склоны) допускается напряженность электрического поля до 20 кВ/м, для ненаселенной местности – 15 кВ/м, в местах пересечений с дорогами – 10 кВ/м и для населенной местности, где под линиями могут часто находиться люди, – 5 кВ/м. Допустимая напряженность поля на границах жилых застроек составляет 1,5 кВ/м – в таком электростатическом поле допускается пребывание человека в течение всей жизни. Следует заметить, что указанные значения напряженности поля определяются примерно на уровне 1,8 м над поверхностью земли, т.е. на уровне головы человека.
В последнее время внимание специалистов привлекает еще одно воздействие высоковольтных ЛЭП на экологическую обстановку. Речь идет о шуме, который слышен и при хорошей погоде, но особенно при дожде. Этот шум вызывается коронным электрическим разрядом на проводах. В хорошую погоду он определяется «электрическим ветром» – движением воздуха по замкнутым траекториям, которое возникает из-за движения положительных ионов к границе зоны ионизации со скоростью до 500 м/с. При этом скорость воздушного потока в зоне ионизации вокруг провода достигает 20 м/с.
В сырую погоду из-за наличия капель воды на проводе возникает новый процесс – деформация заряженных капель и их отрыв от поверхности провода. При дожде допускается уровень шума в 35–70 дБ на расстоянии 100 м от провода. Для ЛЭП с напряжением 750 кВ уровень шума находится в пределах допустимого.
Подробный обзор воздействий электромагнитных полей на организм человека содержится в статье Н.Г. Птицына, Дж.Виллорези, Л.И. Дормана, Н.Юччи, М.И. Тясто «Естественные и технологические низкочастотные магнитные поля как факторы, потенциально опасные для здоровья», опубликованной в журнале «Успехи физических наук» (1998, т. 168, № 7, с.767–791). Так, в этом обзоре указано, что у проживающих вблизи ЛЭП увеличивается число сердечно-сосудистых заболеваний, в 1,5–3 раза возрастает риск заболеваний лейкемией, опухолями мозга.

Литература

Александров Г.Н. Установки сверхвысокого напряжения и охрана окружающей среды. – Л.: Энергоатомиздат, 1989.

Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

Манойлов В.Е. Основы электробезопасности. – Л.: Энергоатомиздат, 1991.

Что будет с человеком, который наступит на пробитый кабель, находящийся под напряжением 10 кВ?

Электрическое поражение человека, приближающегося к высоковольтному оголенному кабелю, может быть обусловлено:
– шаговым напряжением на длине шага человека по земле, по которой растекается ток от упавшего кабеля;
– дуговым разрядом, возникшим между кабелем и человеком, приблизившимся на расстояние, при котором возможен пробой воздушного промежутка.
Поражение электрическим током по пути нога–нога считается наименее опасным, т.к. в этом случае через сердце проходит не более 0,4% от общего тока. В практике не зарегистрировано ни одного случая смертельного поражения человека шаговым напряжением. Объясняется это не только малым значением тока, проходящего через сердце, но и тем, что человек вследствие возникновения защитного рефлекса не может долго находиться под опасным шаговым напряжением, благодаря чему действие тока обычно не успевает проявиться.
Даже небольшое шаговое напряжение (50–80 В) вызывает непроизвольные судорожные сокращения мышц ног и, как следствие, падение человека на землю. В этот момент прекращается действие на человека напряжения шага и возникает иная, более тяжелая ситуация: вместо токовой петли нога–нога в теле человека образуется новый, более опасный путь тока – обычно от рук к ногам. Поскольку в таком положении человек касается одновременно точек земли, удаленных одна от другой на расстояние, превышающее длину шага, напряжение, действующее на него, оказывается, как правило, больше напряжения шага. В результате создается реальная угроза смертельного поражения током.
При напряжении на кабеле 10 кВ, если приближающийся человек обут и не касается других предметов, возникновение дугового разряда можно не рассматривать.

Литература

Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. – М.: Энергоатомиздат, 1984, § 1.5.

Манойлов В.Е. Основы электробезопасности. – Л.: Энергоатомиздат, 1991.

Почему самцы многих животных обладают бесполезными, а иногда вредными для жизни структурами: огромными рогами, длинными хвостами и т.п.?

На этот вопрос отвечает теория полового отбора: обладатели таких «выдающихся» признаков особенно привлекательны для самок. Остается, однако, непонятным, почему эти приспособления часто бывают демонстративно бесполезны, явно обременяют животное и часто даже понижают его общую приспособленность (например, потому, что на их формирование нужно затратить много энергии). Израильский исследователь Арон Захави выдвигает интересное объяснение: такие приспособления служат своеобразной «рекламой» высокого качества фенотипа (а стало быть, и генотипа) животного. Они должны быть сравнительно энергетически дорогостоящими, чтобы слабый самец не мог «обмануть» самок, сформировав у себя такие же приспособления – они окажутся ему просто не по силам. Кроме того, самки скоро научились бы разоблачать «фальшивые» приспособления самцов. Поэтому в процессе эволюции могут возникнуть только такие демонстративные признаки, которые соответствуют истинным возможностям самца.

Литература

Докинз Р. Эгоистичный ген. – М.: Мир, 1993.

Фото М. Кабанова