CC BY
9
UDC 621.331.3
A. JAGIELLO (PK), W. HUDYM (PK), I. CHRAB^SZCZ (PK), K. NOWAK, J. PRUSAK (PK), P. TR^BACZ (PK)
Politechnika Krakowska, ul. Warszawska 24, 31-155, Krakow, Poland, e-mail: [email protected]. [email protected]
OCENA PÓL MAGNETYCZNYCH WYST^PUJ^CYCH NA PRZYSTANKACH TRAMWAJOWYCH. ANALIZA WYBRANEGO PRZYPADKU
Wst^p
Przystanki tramwajowe dla pasazerów s^ loka-lizowane bezposrednio obok torowiska. Tak wi?c osoby zamierzaj^ce odbyc przejazd znajduj^ si? stosunkowo blisko konstrukcji stanowi^cych ob-wody zasilania pojazdów tramwajowych. Wspomniane konstrukcje to sieci trakcyjne jezdne, oraz szyny stanowi^ce tzw. obwody powrotne. Przeplyw pr^du elektrycznego w obwodzie zasilania, który jest zwi^zany z poborem energii glównie na cele trakcyjne, powoduje powstawanie wokól niego pól magnetycznych[7][8][10][15][16]. W obszarze oddzialywan tych pól mog^ si?
Podstacja trakcyjna
znalezc przyszli pasazerowie przebywaj^cy na przystankach.
W artykule ponizej przedstawiono wyniki obliczen wartosci indukcji magnetycznej, która moze si? pojawic na przystanku wybranej linii tramwajowej. Zwrócono równiez uwag? na prze-pisy sanitarne okreslaj^ce zagrozenia wynikaj^ce z przekroczenia okreslonych poziomów
wspomnianej wielkosci fizycznej.
Specyfika zasilania sieci trakcyjnej tramwajowej
Na rys. 1 pokazano typowy schemat pol^czenia podstacji trakcyjnej tramwajowej z sieci^ trakcyjn^ jczdna i pow rotna (szyny)[2] [11].
Pol^czenia poprzeczne sieci
Izolacja wzdluzna
Jl—Siec ' jezdna {I— (dwa tory)
Szyny
-......Kable powrotne
- Kable zasilaczy
Rys. 1. Schemat polac/cnia podstacji trakcyjnej tramwajowej systemu pradu stalego z siccia trakcvjna: 0Z1 - 0Z4
odl^czniki zasilaczy, Ol - 04 odl^czniki sekcyjne.
W trakcji tramwajowej stosowany jest prze-waznie uklad zasilania jednostronnego. Oznacza to, ze obszar zasilania podstacji podzielony jest na szereg odcinków, z których kazdy zasilany jest oddzielnym kablem.
W normalnych warunkach pracy odl^czniki sekcyjne s^ otwarte. Natomiast siec szynowa stanowi jeden obwód, do którego przyl^czone s^ kable powrotne. Punkty przyl^czenia kabli zasilaj^cych i powrotnych s^ zlokalizowane w róznych miejscach.
Zróznicowana budowa sieci jezdnej (górnej) i powrotnej (szyny), jak równiez zróznicowany sposób ich pol^czenia z podstacji trakcyjn^ w zauwazalny sposób wplywa na rozplyw pr^dów trakcyjnych. W szczególnosci na danym odcinku zasilania pr^dy w przewodach jezdnych i w szynach mog^ miec rózne wartosci. Fakt ten uwzgl?dniono przy obliczeniach pola magnetycznego (indukcji magnetycznej) w obszarze analizowanego przystanku
tramwajowego. Oczywiscie w calym obwodzie
zasilanym z podstacji trakcyjnej obowi^zuje pierwsze (w?zlowe) prawo Kirchhoffa.
Przepisy i unormowania dotycz^ce pól mag-netycznych
Oddzialywaniem pozytywnym lub
negatywnym, pól magnetycznych na organizm ludzki zajmuj^ si? specjalisci z dziedziny medycyny. Na podstawie wyników badan formulowane s^ przepisy dotycz^ce zagrozen zwi^zanych z wyst?powaniem silnych pól
magnetycznych w szerokim zakresie cz?stotliwosci (f). Mozna zauwazyc, ze przepisy podawane przez rózne kraje, czy instytucje rózni^ si? mi?dzy sob^ [12]. Jest to widoczny dowód na zlozonosc tej problematyki. Nie dziwi wi?c, ze prace badawcze s^ kontynuowane.
Ponizej, w tabeli 1, przedstawiono obowi^zuj^ce w Polsce unormowania dotycz^ce pól magnetycznych wg. Rozporz^dzenia Ministra Pracy i Polityki Spolecznej [6].
Table 1
Dopuszczalne wartosci nat^zenia pola magnetycznego Hi(f) na granicy stref zagrozenia i posredniej oraz doza
dopuszczalnego pola magnetycznego DdH(f)
Lp. Zakres cz^stotliwosci Hi(f) [A/m] DdH(f)
1. 0 Hz < f < 0,5 Hz 8000 512 (kA/m)2-h
2. 0,5 Hz < f < 50 Hz 200 0,32 (kA/m)^h
3. 0,05 Hz < f < 1 kHz 10/f 800/f2 (kA/m)^h
4. 1 kHz < f < 800 kHz 10 800 (kA/m)^h
5. 0,8 MHz < f < 150 MHz 8/f 512/f2 (kA/m)^h
6. 0,15 GHz < f < 3 GHz 0,053 0,022 (kA/m)^h
Na rys. 2 przedstawiono podzial wyst?powania pól magnetycznych wg. wspomnianego wyzej Rozporz^dzenia. Widac, ze w zaleznosci od wartosci indukcji magnetycznej B(f) lub nat?zenia pola magnetycznego H(f) wyróznia si? strefy ochronne i stref? bezpieczn^. Przedstawione na rysunku wartosci graniczne tych wielkosci, oraz dopuszczalnej dawki pola magnetycznego dotycz^ przypadku trakcji elektrycznej pr^du stalego, tak wi?c wtedy f = 0 Hz.
Slrefa mebezpieczna
0-BO kA/m fi,"(f)=10D mT
Strefa zagrozenia
//,(0-8 kA/m
fl¡(f)H0mT
DJH(f)=512(kA/m):-h
Stref'a niebespeczna (t-8h)
H„(f)=2J kA/m fl0(f>=3,35 mT
Strefa bezpiec7tia
Rys. 2. Obszary wyst?powania stref ochronnych dla trakcji elektrycznej pr^du stalego[15]
magnetycznej B przyjmuj^c nast?puj^ce zalozenia [1][7][10][15]:
• siec trakcyjna jest przewodnikiem prostoliniowym o nieskonczonej dlugosci;
• siec trakcyjna znajduje si? w srodowisku jednorodnym i izotropowym, tzn. ze wlasciwosci tego srodowiska s^ jednakowe we wszystkich punktach i nie zalez^ od kierunku;
• przy nakladaniu pól magnetycznych od poszczególnych skladowych sieci trakcyjnej obowi^zuje zasada superpozycji, tj. zasada niezaleznego dzialania pól;
• sumuj^c skladowe pola magnetycznego nalezy brac pod uwag?, ze B i H s^ wielkosciami wektorowymi.
Opis wybranego przypadku
Ponizej przedstawiono, w skrótowy sposób, podstawowe dane opisuj^ce wybran^ lini? tramwajow^, oraz wyst?puj^ce na niej obci^zenie. Dane te byly brane pod uwag? przy obliczeniach pr^dów trakcyjnych, jak i wywolywanych prze nie pól magnetycznych [12][14].
Charakterystyka linii i ruchu tramwajów:
Wybrany odcinek linii tramwajowej, dla którego przeprowadzono wst?pne analizy dotycz^ce pól magnetycznych zasilany jest w ty-powy sposób (rys. 1), czyli przez jedn^ podstacj? trakcyjn^. Jest to linia dwutorowa, krancowa, za-konczona p?tl^. DlugoSC odcinka przelotowego wynosi 1800 m, a dlugosc p?tli 300 m. Na rys. 3 przedstawiono przebieg tego odcinka linii na tle fragmentu planu miasta, gdzie kolorem zóltym zaznaczono odcinek przelotowy, a kolorem czer-wonym p?tl?.
Turowícza
. Beskidzka
I / —í
/ Karpinskiego
f/Pl
Kurdwanów Nowos^decKa
Uto/a Duchacka Wscftód Dauna
,Stl -K
KOZ
^ Piaski Nowe
EE
Tuchowska
^ Piaski Nowe
Wj,
\Bochenka
Rys. 3. Przebieg i lokalizacja wybranego odcinka linii tramwajowej
Na rys. 4, w pogl^dowy sposób, przedstawiono lokalizacja podstacji trakcyjnej (Witosa), czterech kabli zasilaj^cych oraz trzech przystanków zloka-lizowanych na odcinku przelotowym analizowanej linii [12].
Przystanek Witosa Przystanek Nowosqdecka Przystanek Piaski Nowe
) Zasilacz Zasilacz Zasilacz Zasilacz
Nr linii Ilosc przejazdów od p^tli Ilosc przejazdów do p^li Suma
Dni robocze
6 73 76 149
24 57 55 112
50 144 144 288
Razem 274 275 549
Soboty
6 36 36 72
24 54 53 107
50 87 86 173
Razem 177 175 352
Niedziele i swi^ta
6 - - -
24 51 49 100
50 84 83 167
Razem 135 132 267
Z powyzszej tabeli widac, ze w okresie kur-sowania tramwajów, tj. od 4:30 do 23:50, w dzien roboczy przemieszcza si$ 549 tramwajów, co daje
0,47 pojazdów na minut^. W godzinach szczytu na trasie porusza si$ srednio 0,7 pojazdów na minut^ - oznacza to spore zag^szczenie ruchu tramwajów.
Wymiarowanie przystanku [12]:
Na rys. 5 przedstawiono zdj^cie typowego przystanku tramwajowego wyst^puj^cego na omawianej linii tramwajowej. Widac, ze warunki lokalizacyjne pozwolily na umieszczenie zadaszen-ia (wiaty) dla pasazerów w zauwazalnej odleglosci od torowiska.
Podstacja Witosa
Rys. 4. Pogl^dowy schemat rozmieszczenia zasilaczy i przystanków tramwajowych [12]
W tab. 2 przedstawiono w zbiorczy sposób ilosc pojazdów tramwajowych, dla przypadku poruszania si$ zgodnie z ustalonym rozkladem jazdy [13].
Table 2
Ilosc przejazdów dla poszczególnych linii
Rys. 5. Przystanek tramwajowy „Nowos^decka"
Natomiast na rys. 6 pokazano zwymiarowany przekrój powyzszego przystanku wraz z torowiski-
em i sieci^ trakcyjn^ jezdn^.
PrfewocV ¿talaj^e ^
Wiala pnyiUikoira
590 <m
WVWJIHJSÍ priewctíCw zosilolfcych od podloio
OgrcK&eníe ochronne c£> I
O 0
Sceroboic raí Jouju íxyn
Pic. 6. Wymiary przystanku tramwajowego i sieci trakcyjnej
Wartosci indukcji pola magnetycznego [12]:
Aby policzyc wartosc indukcji pola magnetycznego nalezy najpierw okreslic wielkosc pr^dów w sieci trakcyjnej jezdnej oraz w szynach [14]. Pr^dy te maj^ bardzo zmienny charakter, co potwierdzaj^ przeprowadzone badania [3][4][5][13]. Jest to powodem m.in. trudnosci zwi^zanych z pro-jektowaniem ukladów zasilania [9], jak i ocen^ ewen-tualnych zagrozen pochodz^cych od pól mag-netycznych [1][8]15].
Na rys. 7 przedstawiono przykladowe prze-biegi obci^zen tej samej podstacji trakcyjnej, w tym samym przedziale czasowym w dniu roboczym, ale dla róznych sytuacji zwi^zanych z ruchem tramwajów. Na rys. 7a obci^zenie wynika z ruchu zgodnego z rozkladem jazdy, a na rys. 7b obci^zenie jest zwi^zane z zag^szczeniem si$ ruchu np. po jakiejs awarii.
a)
Prady sekurvdowe na szynach podstacji w daeñ roboczy
Prady sekundowe na szynach podstacji w dziert roboczy
b)
Pic. 7. Przebieg obci^zenia podstacji trakcyjnej w dniu roboczym; a) ruch tramwajów zgodny z rozkladem jazdy; b)
zagçszczony ruch tramwajów
Jak latwo zauwazyc, oba przebiegi pr^dów wyraznie siç rózni^ co do ksztaltu przebiegu, jak i wartosci maksymalnej. Taka sama sytuacja dotyczy pr^dów w sieci trakcyjnej. Na rys. S przedstawiono wyniki obliczen pola magnetycznego mog^cego oddzialywac na hipotetycznego pasazera oczekuj^cego na przystanku (rys. 5 i rys. 6) , który moze znajdowac siç w róznych od-
leglosciach wzglçdem krawçdzi tego przystanku. Rozrózniono wartosci pól magnetycznych dla dolnej czçsci ciala, srodkowej i górnej [i2]. Zalozono, ze wspomniany pasazer jest wzrostu iS0 cm. W przypadku rys. Sa, przyjçto, ze prçd w przewodach jezdnych wynosi Ip=ii48 A, a w szynach (siec powrotna) Is=1200 A. Natomiast rys. 8 b, dotyczy sytuacji gdy Ip=250 A, a Is= 255 A.
a)
Rozktad pola magnetycinego
"ir í
- Doln* e¡*t* -árodfcow« cu'
- Görna cz^st ciata
10 20 30 40 50 60 70 80 Odleftosc od krawçdii przystanku tramwajowcgo (cm]
Krawçdz przystanku
Rozklad pola magnetycznego
b)
— Dolna czçscciata
— Srodkowa czçsc cíala
— Gôrnaczçsc с i ata
Odlegiosc od krawçdzi przystanku tramwajowego [cm]
Krairedz przystanku
Pic. 8. Przykladowe wartosci indukcji magnetycznej w obrçbie przystanku tramwajowego dla róznych wartosci pr^dów w przewodach jezdnych (Ip) i w szynach (Is); a) Ip=ii48 A, Is=i200A; b) Ip=250 A, Is=255 A
Przedstawione na rys. S wyniki potwierdzaj^, ze wielkosci pól magnetycznych (indukcji mag-
netycznej) mog^cych oddzialywac, na pasazerów oczekuj^cych na przystankach tramwajowych
zalez^ od wartosci pr^dow w sieci trakcyjnej oraz od odleglosci od torowiska. Wyraznie wyzsza jest indukcja przy stopach niz przy glowie - szczegolnie w poblizu kraw?dzi przystanku, co rowniez nie dziwi specjalistow, zorientowanych w budowie
i funkcjach sieci powrotnej (szyn). Bior^c pod uwag? tylko wartosci indukcji magnetycznej mozna slusznie stwierdzic, na podstawie polskich prze-pisow sanitarnych [6] (rys. 2), ze w obszarze przystanku wyst?puje strefa bezpieczna (Bo=3,35 mT). Wobec czego nie ma w tym wzgl?dzie zagrozenia dla pasazerow.
Uwagi koncowe
Znaczna zmiennosc obci^zen trakcyjnych prze-klada si? na zlozony charakter pol magnetycznych pochodz^cych w szczegolnosci od sieci trakcyjnych. Na rys. 8 widac, ze indukcja magnetyczna, dla wzi?tych pod uwag? przypadkow, moze byc porownywalna co do wartosci, z magnetyzmem ziemskim na naszej szerokosci geograficznej (48 -50 mikro T) [1][7][10]. S4 jednak zauwazalne ro-znice mi?dzy tymi polami. Indukcja magnetyczna pochodz^ca od sieci trakcyjnej przyjmuje rozne wartosci wzdluz ciala czlowieka, oraz wykazuje wspomnian^ juz zmiennosc. Byc moze specjalisci -z dziedziny medycyny, uznaj^ te fakty za warte sprawdzenia pod wzgl?dem zdrowotnym.
Zachowuj^c optymizm co do ewentualnych rozstrzygni?c wplywu specyfiki, omowionych wyzej, pol magnetycznych na organizm czlowieka warto stosowac si? do starej angielskiej zasady „prudent avoidance" - roztropnego unikania. Dla prezentowanego w tym artykule przypadku, warto stac w pewnej odleglosci od kraw?dzi przystanku, jesli tylko na to pozwalaj^ miejscowe warunki.
REFERENCES
1. Braun W., Meisel R., Schneider E.: Elektrische und magnetische Felder in der Bahnstromversorgung. Elektrische Bahnen 96 (1998) 7 (str. 222 - 230).
2. Chrab^szcz Ireneusz, Prusak Janusz, Drapik Slawomir: Trakcja elektryczna pr^du stalego. Uklady zasilania; Podr?cznik INPE dla Eleküykow; Zeszyt nr 27; Wydawca: SEP-COSiW w Warszawie; Zaklad Wydawniczy „INPE" w Belchatowie; Listopad 2009.
3. Drapik Slawomir, Kobielski Andrzej, Prusak Janusz: Wybrane aspekty zmiennosci obci^zen kolejowych podstacji trakcyjnych. TTS Technika Transportu Szynowego, nr 4/2010 (str. 27 - 31).
4. Drapik Slawomir, Kuzniecow Walery, Markowski Pawel, Prusak Janusz, Woszczyna Bartosz: Badanie skali zmiennosci obci^zen wybranej tramwajowej podstacji trakcyjnej na podstawie rzeczywistych wynikow pomiarowych dla spojnego okresu czasowego
Received 18.04.2017.
obejmuj^cego szesnascie tygodni. Logistyka nr 6/17 (str. 1026 - 1035).
5. Drapik Slawomir, Markowski Pawel, Prusak Janusz, Woszczyna Bartosz: Analiza obci^zen zespolów prostownikowych przed i po wyst^pieniu przeci^zenia na przykladzie wybranej tramwajowej podstacji trakcyjnej. TTS Technika Transportu Szynowego, nr 12/2015 (str. 427 - 434).
6. Dziennik Ustaw RP nr 69 z dnia 22 czerwca 1995r., poz. 351: Obwieszczenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 17 maja 1995 w sprawie najwyzszych dopuszczalnych st^zen i nat^zen czynników szkodliwych dla zdrowia w srodowisku pracy (str. 1918, E. Pola magnetyczne stale i o cz^stotiiwosci 50 Hz).
7. Jaworski B., Dietlaf A., Milkowska L.: Elektrycznosc i magnetyzm. Kurs Fizyki, tom II, PWN, Warszawa 1984.
8. Kotelnikow W. Aleksandr: Problemy elektromagnitnoj ekologii na zeleznodoroznom transportie (Tezisy doklada). Materialy drukowane Konferencji Naukowo - Technicznej SEP nt. „Oddzialywanie Trakcji Elektrycznej na Srodowisko", Zakopane, 14-16 pazdziernika 1999, (str. 41 - 43).
9. Kuznetsov V.G.: Elaboration of methodology for calculation of traction power-supply system with the help of renewal stream theory. [w:] Kuznetcov V.G., Vaiciu-nas G., Gediminas Technical University, Vilnius 2009 (str. 123 - 128).
10. Matusiak Ryszard: Teoria pola elektromagnetycznego. WNT, Warszawa 1976.
11. Mierzejewski Leszek, Szel^g Adam, Galuszewski Marek: Systemy zasilania trakcji elektrycznej pr^du stalego; Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej; Warszawa 1989.
12. Nowak Kamil: Trakcja tramwajowa jako zródlo pól magnetycznych - ocena zagrozen. Praca dyplomowa, Politechnika Krakowska, Kraków 2016.
13. Ocwieja Dominik, Markowski Pawel, Prusak Janusz, Woszczyna Bartosz: Specyfika obci^zen zespolów prostownikowych tramwajowej podstacji trakcyjnej dla kilku wariantów pracy na przykladzie rzeczywistej linii tramwajowej. Materialy drukowane XVII Ogólnopolskiej Konferencji Naukowej z zakresu Trakcji Elektrycznej SEMTRAK 2016, Zakopane, pazdziernik 2016 (str. 215 - 224).
14. Podoski J., Kacprzak J., Myslek J.: Zasady trakcji elektrycznej. Wydawnictwa Komunikacji i L^cznosci, Warszawa 1980. L14,
15. Prusak Janusz, Zaj^c Waldemar: Sieci trakcyjne jako zródlo pola magnetycznego. Materialy drukowane Konferencji Naukowo - Technicznej SEP nt. „Oddzialywanie Trakcji Elektrycznej na Srodowisko", Zakopane, 14-16 pazdziernika 1999, (str. 103 - 110).
16. Zenczak Michal: Analiza technicznych problemów zwi^zanych z dozymetri^ pól elektromagnetycznych o cz^stotliwosci przemyslowej. Prace Naukowe Politechniki Szczecinskiej nr 543; Instytut Elektrotechniki nr 26; Szczecin 1998.
Internal reviewer Kuznetsov V. G.
External reviewer Saenko U. L.
W artykule przedstawiono wyniki obliczen wartosci indukcji magnetycznej, ktora moze si§ pojawic na przystanku wybranej linii tramwajowej. Zwrocono rowniez uwag^ na przepisy sanitarne okreslaj^ce zagrozenia wynikaj^ce z przekroczenia okreslonych poziomow wspomnianej wielkosci fizycznej. Na podstawie wynikow badan formutowane s^ przepisy dotycz^ce zagrozen zwi^zanych z wyst^powaniem silnych pol magnetycznych w szerokim zakresie cz^stotliwosci.
Keywords: indukcji magnetycznej; tramwajowej linii; pol magnetycznych.
УДК 621.331.3
А. ЯГЕЛЛО (КП), В. ГУДИМ (КП), I. ХРАБОНШЧ (КП), К. НОВАК, Я. ПРУСАК (КП), П. ТРЕБАК (ПК)
Краювська полтехшка, факультет електротехшки та обчислювальноТ техшки e-mail: [email protected], [email protected]
ОЦ1НКА МАГН1ТНИХ ПОЛ1В, ЩО ВИНИКАЮТЬ НА ЗУПИНЦ1 ТРАМВАЮ. ОКРЕМИЙ ПРИКЛАД
У статп наведенi результати розрахунку значень магштноТ iндукцií, яка може з'явитися на обранш зу-пинцi трамвайноТ лшм. Також звернули увагу на саштарш правила, що визначають ризики перевищення певних рiвнiв згаданоТ фiзичноТ величини. На пiдставi результатiв дослiдження були сформульоваш поло-ження, що стосуються ризикiв, пов'язаних з виникненням сильних магштних полiв у широкому дiапазонi частот.
Ключовi слова: магнiтна шдукщя; трамвайна лiнiя ; магнiтнi поля.
Внутршнш рецензент Кузнецов В. Г. Зовтштй рецензент Саенко Ю. Л.
УДК 621.331.3
А. ЯГЕЛЛО (КП), В. ГУДИМ (КП), И. ХРАБОНШЧ (КП), К. НОВАК, Я. ПРУСАК (КП), П. ТРЕБАК (ПК)
Краковская политехника, факультет электротехники и вычислительной техники e-mail: [email protected], [email protected]
ОЦЕНКА МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ НА ОСТАНОВКЕ ТРАМВАЯ. ОТДЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР
В статье приведены результаты расчета значений магнитной индукции, которая может появиться на выбранной остановке трамвайной линии. Также обратили внимание на санитарные правила, определяющие риски превышения определенных уровней упомянутой физической величины. На основании результатов исследования были сформулированы положения, касающиеся рисков, связанных с возникновением сильных магнитных полей в широком диапазоне частот.
Ключевые слова: магнитная индукция; трамвайная линия; магнитные поля.
Внутренний рецензент Кузнецов В. Г. Внешний рецензент Саенко Ю. Л.
