Расчет электрического поля, создаваемого высоковольтными линиями электропередачи ОАО "Костромаэнерго"
При подъеме на
оборудование и конструкции с напряженностью электрического поля выше 5 кВ/м
средства защиты должны применяться независимо от продолжительности работ.
Использование ограничения продолжительности таких работ недопустимо.
В настоящее время в мире
ведется работа по унификации подходов к нормированию электрического поля, в том
числе промышленной частоты. Однако отсутствуют единые принципы обеспечения
безопасности работающих и населения при воздействии электрического поля. В ряде
западных стран и в международных рекомендациях нормативные величины
электрического поля промышленной частоты значительно выше, чем в РФ. Следует
отметить, что за исключением Болгарии и Чехословакии, нормативные значения
носят лишь рекомендательный характер или устанавливаются в качестве
контролируемых уровней, т. е. не служат стандартами, обязательными для
соблюдения в законодательном порядке.
Таблица 1.4 - Зарубежные
и международные нормативы электрических полей промышленной частоты (кВ/м) [10]
Страна,
организация
|
Для населения
|
Производственное
воздействие
|
Характер
документа
|
Основание
|
Австралия
|
Как IRPA
|
Как IRPA
|
Руководство
или рекомендации
|
Ограничение
наведенной плотности тока
|
Австрия
|
5;10 - до нескольких.
ч/дн и может быть превышено на несколько минут (до 20 кВ/м на 5 мин)
|
10; до 30
(в зависимости от продолжительности (t. за рабочий день) t<80/E для Е между
10 – 30 кВ./м, хотя точная интерпретация этой формулы представлена в 3
стандартах, ее использующих)
|
Престандарт
|
Ограничение
наведенной плотности тока
|
Болгария
|
|
5; до 25
(при кратковременном воздействии)
|
Стандарт
|
Восприятие
разрядов и эффекты на здоровье
|
Чехословакия
|
|
15
|
Стандарт
|
Восприятие
разрядов и эффекты на здоровье
|
Швейцария
|
5
|
12.3
|
Руководство
или рекомендации, Контроль и исследование уровней; могут иногда превышаться
|
Ограничение
наведенной плотности тока
|
Продолжение
таблицы 1.4
|
Страна,
организация
|
Для населения
|
Производственное
воздействие
|
Характер
документа
|
Основание
|
Италия
|
5 (для зон,
где население может проводить значительную часть дня) 10 (для случаев
ограничения воздействия несколькими часами в день и для установления минимального
расстояния от ВЛ)
|
|
Порядок,
правила, нормы чаще утвержденные
|
Возможное
влияние на здоровье
|
Польша
|
1 (в домах,
больницах, школах и т. п.), 10
|
15.20 (до 2
ч)
|
Порядок,
правила, нормы, чаще утвержденные
|
Восприятие
разрядов и эффекты на здоровье
|
Германия
ВРЕ Зона воздействия 1 (контролируемые зоны кратковременного воздействия)
Зона
воздействия 2 (более длительные воздействия или зоны, где поля не контролируются)
|
|
21,32,30
(8.2 и 1 ч/дн, соответственно)
6.67
|
Порядок,
правила, нормы, чаще утвержденные Контроль и исследование уровней; могут
иногда превышаться
|
Ограничение
наведенной плотности тока
|
США - ACGIH
(общество врачей - гигиенистов США) (60 Гц)
|
|
25
|
Руководство
или рекомендации; Контроль и исследование уровней,
|
Ограничение
наведенной плотности тока
|
|
Продолжение
таблицы 1.4
|
|
Страна,
организация
|
Для населения
|
Производственное
воздействие
|
Характер
документа
|
Основание
|
Великобритания
- NRPB
|
12
|
12
|
Руководство
или рекомендации, Контроль и исследование уровней; могут иногда превышаться
|
Ограничение
наведенной плотности тока
|
CENELEC
(Европейский комитет по электротехнической совместимости)
|
10
|
10; до 30
(в зависимости от продолжительности (t, за рабочий день) t< 80/Е для Е между
10-30 кВ./м, хотя точная интерпретация этой формулы представлена в 3
стандартах, ее использующих)
|
Престандарт;
контроль и исследование уровней; могут иногда превышаться
|
Ограничение
наведенной плотности тока; Восприятие разрядов
|
CEU (Совет
Европы)
|
|
6.1; 12.3;
19.6 (во избежание превышения каждого из этих уровней должны проводиться
различные мероприятия)
|
Директивные
указания по воздействию на работающих
|
Ограничение
наведенной плотности тока
|
IRPA (Международная
ассоциация по защите от излучений) (50/60 Гц)
|
5 (до 24
ч/дн - ограничение, распространяющиеся на территории, где население может
находиться существенную часть дня; 10 - до нескольких. ч/дн. и может быть
превышено на несколько минут (до 20 кВ/м на 5 мин.)
|
10; до 30
(в зависимости от продолжительности (t, за рабочий день) t< 80/Е для Е между
10 – 30 кВ/м, хотя точная интерпретация этой формулы представлена в 3
стандартах ее использующих)
|
Руководство
или рекомендации
|
Ограничение
наведенной плотности тока
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. ТЕОРИЯ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
Алгоритм расчета
разработан с учетом [11, 12, 13, 14, 15].
Напряженность в точке М
пространства, кВ/м от заряда
i - го проводника , Кл
равна:
где – расстояние, м от точки М в пространстве
до i - ого заряда ;
–диэлектрическая
проницаемость вакуума, Ф/м.
Чтобы получить формулы
для расчета мгновенных, максимальных и действующих значений напряженности
электрического поля в пространстве, окружающем линию электропередачи, сначала
совмещаем комплексную плоскость с плоскостью поперечного сечения линии.
Рисунок 2.1 -
Расположение проводников линии электропередачи в комплексной плоскости
|
Затем для данной точки М
плоскости записываем уравнения для горизонтальной и вертикальной составляющих,
создаваемых линейными зарядами ( k ) проводников линии
; (2.1)
,
где – единичный вектор в направлении оси х;
– единичный вектор в направлении оси y;
– координата точки М, в которой вычисляется напряженность;
– координаты i - ого проводника линии электропередачи;
–
координаты зеркально отраженного заряда i - ого проводника линии;
- комплексные заряды на i - ых проводниках ЛЭП,
которые вычисляется по уравнениям Максвелла в матричной форме:
,
откуда
где – столбцовая матрица комплексных напряжений,
В;
–
столбцовая матрица потенциальных коэффициентов;
–
столбцовая матрица комплексных зарядов, проводников, Кл.
переходя к мгновенным
значениям
,
(2.2)
;
где – потенциальные коэффициенты;
– радиус i - го проводника, м;
и
– соответственно амплитудное
значение и фаза заряда на i - ом проводнике;
и
– соответственно амплитуда и фаза напряжения
на i - ом проводнике.
Амплитудное значение
фазного напряжения на проводниках линии определяется через действующее значение
номинального линейного напряжения как
На основании (2.1) и
(2.2) можно заключить, что мгновенные значения вертикальной и горизонтальной
составляющих напряженности в данной точке пространства изменяются во времени по
закону синуса:
;
(2.3)
;
Мгновенное значение
результирующей напряженности согласно рисунку 2.1:
(2.4)
где и – соответственно
амплитуды и мгновенные значения горизонтальной и вертикальной составляющих
напряженности поля;
и – фазы горизонтальной и
вертикальной составляющих напряженности поля, которые, как следует из (2.1)
равны;
(2.5)
Записывая результирующую
напряженность как вектор, изменяющийся во времени и на комплексной плоскости
(пространстве), получим
(2.6)
где с учетом (2.3)
(2.7)
(2.8)
где – направление результирующего вектора в данный момент времени;
– мгновенное значение этого вектора.
Анализ выражений (2.7) и
(2.8) показывает, что в каждой точке пространства, окружающего проводники линии
электропередачи, конец результирующего вектора напряженности электрического
поля , описывает эллипс
(рисок 2.2 б) за период времени, равный периоду изменения напряжения на фазах линии
электропередачи.
Рисунок 2.2 - Изменение
электрического поля в точке М плоскости поперечного сечения линии: а - во
времени горизонтальной Ex и вертикальной Ey составляющих;
б - в пространстве направления a и во времени Т результирующей напряженности Е
1)
a = 0°, T=0; 2) a = 54,7°, T = 45; 3) Emax,
a = 68,34°, T=82,98; 4) a = 70,5°, T=90; 5) a = 90°, T=135; 6) a = 180°, T=180; 7) a = 234°, T=225;
8) a = 250,5°, T=270; 9) a = 270°, T=315; 10) Emin, a = - 21,66°, T= -7,02;
|
Таким образом, в какие -
то моменты времени величина результирующего вектора принимает максимальное и минимальное значения.
Чтобы найти эти экстремальные значения, нужно взять производную по времени от
выражения и приравнять ее к нулю:
(2.9)
Решая уравнение (2.9), с
учетом (2.8) получаем значения времени, при которых принимает экстремальные значения:
(2.10)
где
;
Подставляя (2.10) в (2.7)
и (2.8), находим экстремальные значения результирующей напряженности поля:
(2.11)
а так же их направления:
(2.12)
Действующее значение
напряженности в точке М пространства найдем по формуле изменения периодической
величины:
(2.13)
Таким образом,
горизонтальная и вертикальная
составляющие внешнего поля, создаваемого
проводниками линии, синусоидальны, тогда как закон изменения во времени
результирующего поля не синусоидален.
На рисунке 2.2 в качестве
примера, представлены графики, показывающие изменение величин во времени и пространстве, для случая
3.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ, СОЗДАВАЕМОГО КОРИДОРАМИ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
Исследование электрического поля
линий электропередачи были проведены для всех 16-ти коридоров. Эти коридоры
состоят из следующих сочетаний линий: 10/110/110/110; 10/110/110/500; 10/35;
10/35/110; 10/500; 110/110; 110/110/110; 110/110/110/500; 110/110/35/35/220;
110/500; 110/500/110; 220/220; 220/220/220/220/500; 220/35; 220/500;
220/500/220/35.
Электрическое поле обычных
(традиционных) ЛЭП исследовано на кафедре ИТВЭ как в нормальных, так и в
аварийных режимах работы.
Однако, в каждой энергосистеме
существуют коридоры из параллельных линий, присущие только этой энергосистеме.
В основном это линии, отходящие от электростанций или от мощных подстанций.
Представляет интерес исследование электрических
полей таких коридоров, проходящих по Костромской области. Эти коридоры не
заходят в города, а проходят вблизи с/х объектов: птичников, садов и полей,
т.е. воздействию от таких коридоров подвергаются в первую очередь жители и
работники сел, а так же животные.
Для проведения исследований были
получены данные (от ОАО «Костромаэнерго») обо всех коридорах ЛЭП, проходящих по
Костромской области, которые представлены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Данные о
коридорах ЛЭП в ОАО «Костромаэнерго».
Номер п/п
|
Наименование ВЛ (название, класс напряжения (кВ), место
измерения)
|
Влияющие ВЛ (название, класс напряжения,кВ)
|
Расстояние между ВЛ, м
|
1
|
ВЛ-110 Галич-Антропово(р)
Оп.№154
|
ВЛ-110 Нея-Антропово(т)
|
40
|
2
|
ВЛ-220 Борок-Галич
Оп.№10,88,166
|
ВЛ-500 КАЭС-Вятка
|
55
|
3
|
ВЛ-220 Борок-Галич
Оп.№166,183,188
|
ВЛ-220 Кострома-Галич
|
50
|
4
|
ВЛ-220 Борок-Галич
Оп.№166,173
|
ВЛ-35 Галич-ПТФ
|
40
|
5
|
ВЛ-220 Борок-Галич
Оп.№166
|
ВЛ-500 КАЭС-Вятка
ВЛ-220 Кострома-Галич
ВЛ-35 Галич-ПТФ
|
55
55
40
|
6
|
ВЛ-110 Галич-Антропово(р)
Оп.№152
|
ВЛ-500 КАЭС-Вятка
|
50
|
7
|
ВЛ-110 Борок-Галич (т)
Оп.№1
|
ВЛ-110 Борок-Новая
ВЛ-110 Борок-Буй
|
40
40
|
8
|
ВЛ-110 Галич-Антропово(т)
Оп.№152
|
ВЛ-500 КАЭС-Вятка
ВЛ-110 Галич-Антропово(р)
|
50
50
|
9
|
ПС Лопарево ф10-03
Оп.№49,56
|
ВЛ-500 КАЭС-Вятка
|
40
|
10
|
ПС Галич ф10-03 Отпайка на Шокшу
Оп.№1,2,3
|
ВЛ-110 Галич-Антропово(2 цепн.)
Пересеч.ВЛ-110 Галич-Чухлома
|
30
40
|
11
|
ВЛ-110 Шарья(р)-Поназырево(т)
Оп.№33
|
ВЛ-110 Шарья(т)-Поназырево(т)
ВЛ-110 Шарья(р)-Рождественское
ЛЭП-500 КАЭС-Вятка
|
40
40
50
|
Продолжение таблицы 3.1
|
12
|
ВЛ 10КВ Ф 10-04 от РУ Поназырево10кВ.до ф 10-09 ПС Якшанга
110/10 кВ
Опора №100
|
ВЛ 110 Шарья(р)-Поназырево(т)
ВЛ 110 Шарья(т)- Поназырево(т)
ЛЭП-500 КАЭС-Вятка.
|
30
40
50
|
13
|
ВЛ ф 10-03 ПС Ильинское35/10кВ.
Опора №11
|
ВЛ-35 Боговарово -Ильинское
|
25
|
14
|
ВЛ ф 10-05 ПС Пыщуг 110/35/10 кВ.
Опора №112
|
ВЛ-35 Пыщуг-Кривячка
Вл-110 Пыщуг-Новинское
|
25
35
|
15
|
ВЛ 110 КВ от ПС Кострома-2 до ТЭЦ-2.
|
ВЛ 110 КВ от ПС Кострома-2 до ТЭЦ-2.
ВЛ 35 КВ от ПС Кострома-2 на Никольское.
ВЛ 35 КВ от ПС Кострома-2 на Караваево.
ВЛ 220 КВ от ПС Кострома-2 на Галич.
|
40
35
30
40
|
16
|
ВЛ 220 КВ от ПС Костромской ГРЭС (двухцепная).
|
ВЛ 220 КВ от ПС Костромской ГРЭС (двухцепная).
ВЛ 500 КВ от ПС Костромской ГРЭС.
|
50
55
|
Допустимые охранные
зоны ЛЭП согласно ПУЭ представлены в таблице 3.2.
Таблица 3.2 – Допустимые
охранные зоны воздушных линий электропередач (согласно ПУЭ/Минэнерго РФ. - 7-е
изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2000. - 648с.)
Класс напряжения ВЛ, кВ
|
Охранная зона ВЛ, м
|
До 1
|
2
|
1-20
|
10
|
35
|
15
|
110
|
20
|
150,220
|
25
|
330,400,500
|
30
|
750
|
40
|
1150
|
55
|
Зона вдоль переходов через водоемы:
100 м для несудоходных водоемов (для судоходных водоемов охранные зоны как на
суше).
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|