V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Показана методика расчета напряженности электрического и магнитного полей для ЛЭП высокого напряжения, расположенной в жилом массиве «Зеленая роща» г. Красноярска.

Напряжённость электрического поля оказывает прямое влияние на здоровье человека, поэтому при проектировании воздушных линий высокого и сверхвысокого напряжения необходимо учитывать расположение жилого массива в непосредственной близости от неё. Рассматриваемая нами линия 220 кВ находится в районе «Зелёной рощи» города Красноярска. Необходимо произвести расчет напряженности электрического и магнитного полей по параметрам исследуемой воздушной линии электропередач. Проведение измерительных работ для получения действительных значений напряженности, сравнение расчетных и действительных значений с предельно допустимыми значениями, установленными санитарными нормами и правилами, тем самым определить уровень превышения воздействия электрического и магнитного полей на жилой район вблизи ЛЭП.

Для теоретического расчета напряженностей были взяты стандартные параметры линии 220 кВ.

Таблица.1. Исходные параметры расчета

Uном, кВ	Расстояние между фазами D, м	Длина пролета l, м	Высота опоры H, м	Габарит h, м	Марка провода	Радиус провода r, м
220	7	250–350	25–30	7–8	АС 185	0,019

Для упрощения приняли, что грозозащитный трос изолирован от опоры. В результате этого тросы не оказывают существенного влияния на электрическое поле проводов. При этом условии вычисленные значения напряжённостей поля будут несколько завышенными по сравнению с фактическими значениями, что в итоге ужесточает требование безопасности и поэтому допустимо.

В расчете используется метод зеркальных проекций, при котором поле ВЛ будет создаваться не только зарядами проводов, но и зарядами их зеркальных изображений. При этом вектор напряжённости суммарного поля будет равен геометрической сумме векторов напряжённостей полей всех зарядов (Рис.1.). Напряжённость поля рассчитываем на приблизительной высоте человеческого тела на уровне двух метров.

Напряжённость электрического поля трёхфазной воздушной линии электропередач:

Коэффициентыk имеют следующие значения:

А, В, С – фазы (провода) линии; А’,B’, C’ – зеркальное изображение фаз; m_A, mB, m_C – кратчайшее расстояние от Р до фаз линии; n_A,nB, n_C – кратчайшее расстояние от Р до зеркальных отображений фаз.

Рис. 1. К вычислению напряжённости поля вблизи воздушной

линии электропередач в точке Р

Отрезки m и n являются гипотенузами соответствующих треугольников (Рис. 1.) и определяются следующими уравнениями:

Значения mB, nB, m_C, n_C вычисляются аналогичным образом из Рис.1.

Расчёт напряжённости магнитного поля многопроходной линии следует начать с выбора условных положительных направлений токов в проводах. Так как токи в проводах и в их зеркальных изображениях в каждый момент времени направлены в противоположные стороны, то условные положительные направления токов удобно выбрать противонаправленными, а расчет напряжённости магнитного поля в этом случае ничем не отличается от соответствующего расчета при постоянном токе.

На практике удобно представлять поле, созданное сложной системой проводов, суперпозицией полей прямых отрезков проводов конечной длины. Следует отметить, что задача по нахождению напряжённости магнитного поля провода конечной длины не имеет чёткого физического смысла, так как в квазистационарном случае магнитные поля создаются токами проводимости, протекающими по замкнутым цепям. Поэтому искомый результат можно рассматривать как вклад, вносимый данным отрезком замкнутой цепи в общее магнитное поле. Геометрия задачи представлена на (Рис. 2.).

Рис. 2. К вычислению магнитного поля прямого провода конечной длины

Напряжённость магнитного поля, создаваемого прямолинейным проводником длиной l, находится из известного интеграла закона Био-Савара-Лапласа и определяется выражением:

где углы α₁ и α₂ выражаются через прямоугольные координаты R и Z.

Задачи по нахождению магнитного поля системы проводов сложной конфигурации в общем случае не имеют осевой симметрии, и их решение удобнее проводить в декартовой системе координат.

Результирующее магнитное поле находится геометрическим суммированием частичных полей:

где I_i – ток в i-ом проводе.

Выражение записано в предположении о том, что ЛЭП нагружена сбалансировано, и ток в нулевом проводе равен нулю; амплитуда тока I может быть определена, например, по сезонному графику загрузки ЛЭП.

Напряженность магнитного поля, создаваемого проводом и его зеркальным изображением соответственно равны:

где – коэффициент, учитывающий конечность длины проводника.

Модуль вектора напряженности магнитного поля, стоящего под знаком суммы, определяется выражением следующего вида:

Геометрическое суммирование осуществляется, исходя из особенностей конфигурации и взаимного расположения проводов, соответствующих типу конкретной опоры ЛЭП.

По результатам расчетов по вышеуказанным формулам были построены графики напряжённостей электрического и магнитного полей в зависимости от расстояния (Рис. 3., 4.).

Рис. 3. График расчетов и результатов измерений

напряженности электрического поля

Рис. 4. График расчетов и результатов измерений

напряженности магнитного поля

Практической стороной произведены замеры напряжённости электрического и магнитного полей комплектом приборов для измерения электромагнитных излучений «Циклон 05» (Рис.5.).

Рис. 5. Комплект приборов «Циклон 05»

Комплект приборов предназначен для измерения среднеквадратических значений магнитной индукции и напряженности низкочастотных электромагнитных полей вблизи различных технических средств, в том числе компьютеров, при контроле норм в области охраны природы, безопасности труда и населения в соответствии с государственными стандартами и санитарными нормами (СанПин 2.2.4.1191-03). Результаты расчетов и экспериментальных измерений представленных на Рис. 3. и 4. соизмеримы между собой. Отклонение экспериментальных значений от расчетных не превышает ± 5 %.

Значения напряженности электрических и магнитных полей должны учитываться при проектировании жилых массивов и общественных зданий.

Список используемой литературы:

1. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. Пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 488 с., ил.

2. Довбыш В. Н., Маслов М. Ю., Сподобаев Ю. М. Электромагнитная безопасность элементов энергетических систем: Монография. – Самара: ООО «ИПК «Содружество», 2009. – 198 с.

3. СанПин 2.2.4.1191-03 Электромагнитные поля в производственных условиях. Дата введения 01.05.2003. М.: Кодекс, 2004. – 24 с.

Код для цитирования: Скопировать