К оценке напряженности магнитного поля в комплектных распределительных устройствах

УДК 621.311

К.С. Аверьянова, Н.В. Безменова

К ОЦЕНКЕ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В КОМПЛЕКТНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ

Самарский государственный технический университет

Приведены результаты экспериментальных исследований напряженности магнитного поля промышленной частоты от проводников различного сечения комплектных распределительных устройств 6(10) кВ. Исследования проведены с учетом влияния: ограниченной длины проводника на характер изменения напряженности магнитного поля в окружающем воздушном пространстве на небольшом расстоянии; расстояния между точкой пространств распределительного устройства (контрольной точкой), где могут быть расположены технические устройства, чувствительные к магнитным полям промышленной частоты, и центром проводника с током. Определение напряженности магнитного поля промышленной частоты выполнялось с помощью измерителя напряженности поля промышленной частоты ПЗ - 50. Получены выражения, которые могут быть использованы для определения значений напряженности магнитного поля промышленной частоты, в воздушном пространстве для рабочих токов проводников круглого и прямоугольного сечения.

Ключевые слова: комплектные распределительные устройства, напряженность магнитного поля промышленной частоты, одиночный проводник, шина, экспериментальные исследования.

Наибольшее влияние магнитных полей (МП) промышленной частоты (ПЧ) может проявиться в комплектных распределительных устройствах 6 (10)кВ (КРУ). Это обусловлено небольшими расстояниями между токоведущими частями, как правило, шинами распределительных устройств, создающих магнитные поля промышленной частоты, и устройствами микропроцессорной релейной защиты.

В КРУ 6 (10) кВ подстанций источниками магнитных полей промышленной частоты являются проводники с током как круглого сечения (провода), так и прямоугольного сечения (шины) однофазного и трехфазного исполнения [1].

В соответствии с законом полного тока [2] в диэлектрике магнитную напряженность можно определять расстоянием от проводника с током, считая, что ток протекает по оси провода бесконечной длины:

Н = —-—, А/м,

2 % Я

где I - ток в проводнике, А; Я - расстояние от оси проводника, м.

В КРУ проводники имеют ограниченную длину. Для учета влияния ограниченной длины проводника на характер изменения напряженности магнитного поля в окружающем воздушном пространстве на небольшом расстоянии (в пределах 1...3 м) были проведены экспериментальные исследования. Исследования напряженности магнитного поля промышленной частоты осуществлялись измерителем напряженности поля промышленной частоты ПЗ - 50.

В результате экспериментальных исследований было получено, что при перемещении в окружающем пространстве контрольной точки (антенны П3-50) вдоль проводника круглого сечения ограниченной длины Ь с током I, напряженность МППЧ от проводника круглого сечения изменяется по окружностям с увеличением их радиуса при увеличении расстояния Я от проводника до контрольной точки.

Из рис. 1 также видно, что наибольшее значение напряженности МППЧ в окружающем пространстве находится в точке напротив центра круглого проводника ограниченной длины. Следовательно, при последующих исследованиях напряженности МППЧ от проводника круглого сечения в окружающем пространстве от влияния проводников с током огра-

© Аверьянова К.С., Безменова Н.В., 2015.

226

Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева № 1

ниченной длины Ь целесообразно анализировать только максимальные значения напряженности МППЧ, определяемые напротив (перпендикулярных) центральных точек проводника с током, характер изменения которых от длины круглого проводника, в частности, при Я = 0,2 м показан на рис. 2.

Нл, А/м На, A/M

0 Н-1-1-1-1-1-

0 0.5 1 1.5 2 2,5 3

L. м

2

О -1-1-1-

-0.4 -0,3 -0.2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4

Ь,м

Рис. 1. Характер изменения И, напряженности МППЧ в окружающем пространстве при изменении длины Ь = 0,8; 0,6; 0,4; 0,2 м круглого проводника с током I = 16 А при неизменном расстоянии Я = 0,2 м от антенны до проводника

Рис. 2. Характер изменения максимальных значений напряженности МППЧ, создаваемой

током I = 16 А в круглом проводнике ограниченной длины Ь = 0,2...3,0 м с сечениями Б = 2,5.25 мм2 на расстоянии Я = 0,2 м

Представленная на рис. 2 кривая изменений значений напряженности МППЧ от проводника круглого сечения в окружающем пространстве с учетом длины проводников Ь = \ат для частных условий: обобщенный диапазон сечений S = 2,5...25 мм ; I = 16 А; Я = 0,2 м; может быть описана следующим выражением:

Иа, Я=02м » 2,95 • 1п Ь + 8,76 = 2,95 •

т.е. в общем виде:

Иа,я=сопй = а •1п Ь + ь,

где Hd - напряженность МППЧ в окружающем пространстве от влияния проводника с током круглого сечения, А/м; Ь - длина круглого проводника, м; Я - расстояние от контрольной точки окружающего пространства (от центра антенны) до центра круглого проводника, м.

Принципиально важным при исследованиях напряженности МППЧ в пространстве распределительных устройств (РУ), особенно КРУ, является определение изменения напряженности, А/м не только от длины проводника Ь, но и от расстояния Я = уаг, между точкой пространств РУ (контрольной точкой), где могут быть расположены технические устройства (ТУ), чувствительные к магнитным полям промышленной частоты, и центром круглого проводника с током.

Получено, что значения напряженности МППЧ Нлд=уаг;ь=уаг в воздушном пространстве, окружающем одиночный круглый проводник ограниченной длины Ь с током I, для радиуса Я могут быть определены по выражению:

_ I • 0,12 •

И а, Я=уаг;Ь=уаг " Г ГЦ , А/м,

2 • п • Я '

При этом следует отметить, что значения напряженности МППЧ от одиночного проводника с током в зависимости от расстояния характеризуются степенью 1,4.

В КРУ шины с рабочими токами, как правило, имеют прямоугольное сечение. По аналогии с (4) для шин прямоугольного сечения получено, что характер изменения напряженности МППЧ Ньд=уаг;ь=уаг, А/м в пространстве по оси узкой стороны прямоугольной

шины ограниченной длины практически совпадает с характером изменения На от проводников круглого сечения:

_1  0,12

НЬ,Я=уаг;Ь=уаг = " ГЦ , А/м,

2  п  Я '

а по оси широкой стороны шин - напряженность МППЧ Нй;Я=уаг;Ь=уаг, А/м определятся в виде:

Hh,R=var;L=var =-^--,

_ I 0,15-(lnL + 3,ll) 2 % R

Напряженность МППЧ в пространстве между осями широкой и узкой сторонами шины от центра шины до контрольной точки окружающей среды определяется по выражению:

тт __Hh • Hb__(1\

H I тт2 • 2 772 ~'

д/Hh  sin ф + Hb  cos ф

где ф - угол между радиусом - вектором и полярной осью.

Полученные выражения (4)-(6) могут быть использованы для определения значений напряженности магнитного поля промышленной частоты, в воздушном пространстве для рабочих токов проводников круглого и прямоугольного сечения.

Библиографический список

1. Безменова, Н.В. Оценка допустимых расстояний в распределительных устройствах напряжением 6-10 кВ при обеспечении нормируемых уровней магнитных полей промышленной частоты 50 Гц / Н.В. Безменова, В.М. Салтыков // Технологии ЭМС. №1(36). 2011. С. 14-18.

2. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле / Л.А. Бессонов. - М.: Гардарики, 2003. - 317 с.

Дата поступления в редакцию 29.01.2015

K.S. Averyanova, N.V. Bezmenova

BY ESTIMATING THE MAGNETIC FIELD STRENGTH IN COMPLETE SWITCHGEARS

Samara state technical university Purpose: Impact electromagnetic compatibility influence of complete switchgears.

Мethodology: Authors performed impact electromagnetic compatibility (magnetic field strength) of complete switchgears by means experimental (magnetic field strength meter PZ - 50) and analytical (expressions) methods. Results: The paper presents the results of experimental studies of the magnetic field of industrial frequency of conductors of different sections of complete switchgears 6 (10) kV. Expressions for magnetic field strength calculation are obtained, which used by circular and rectangular conductor.

Key words: complete switchgear, the magnetic field of industrial frequency, single conductor, experimental

research.