Построение карты напряженности электрического поля с учетом рельефа местности и температуры воздуха

УДК 658.382

ПОСТРОЕНИЕ КАРТЫ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ С УЧЕТОМ РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА

А.И. Сидоров, С.Ш. Таваров

С целью увеличения передаваемой по электрическим сетям мощности в республике Таджикистан в 2009 году была построена самая протяженная линия электропередачи 500 кВ длиной более 350 км. Большинство из всех построенных ВЛЭП 500 кВ проходят по горной местности, включая территории населенных пунктов, и создают угрозу для здоровья трудящихся и проживающих там людей. Для разработки мер по защите здоровья населения и обслуживающего персонала используются карты распределения напряженности электрического поля вдоль ВЛЭП СВН. Современные методики составления подобных карт не могут быть использованы применительно к условиям Таджикистана, так как они не учитывают влияния на результирующее значение напряженности ЭП ПЧ рельефа местности и большого перепада температуры воздуха в течение года. В связи с этим была поставлена задача разработки методики построения карт распределения напряженности электрического поля вдоль ВЛЭП с одновременным учетом орографии местности и температуры воздуха. Расчет предлагается проводить на основе метода конечных элементов в инженерном пакете Ansys на суперкомпьютере.

Ключевые слова: карты распределения напряженности электрического поля, воздушные линий электропередачи 500 кВ, обслуживающий персонал, рельеф, температура воздуха.

В последнее время в связи с резким увеличением электропотребления в крупных городах Таджикистана остро стоит проблема увеличения передаваемой по электрическим сетям мощности. Решением данной проблемы является увеличение пропускной способности существующих линий или строительство новых ВЛЭП 500 кВ. В 2009 году была построена самая протяженная ВЛЭП 500 кВ с юга на север общей протяженностью 386 км для обеспечения энергодефицитной части страны.

Так как территория Таджикистана состоит на 93 % из гор, новая и большая часть старых ВЛЭП 500 кВ проходят по горной местности. В связи с малой площадью равнинной местности большая часть сельского населения страны живет и трудится, находясь в непосредственной близости от ВЛЭП 500 кВ.

ПУЭ и нормы технологического проектирования требуют применять конструктивные и проектные решения, обеспечивающие максимальное снижение воздействия ЭП ВЛ СВН на окружающую среду и здоровье человека [1]. Для разработки мер по защите здоровья населения и обслуживающего персонала ВЛЭП 500 кВ используются карты распределения напряженностей электрического поля вдоль ВЛЭП СВН [2]. Точность и достаточность получаемых карт напряженностей ЭП в значительной степени зависит от выбора количества и мест расположения точек измерений.

Существующие методики составления карт распределения напряженностей основываются на проведении измерений ЭП по относительно ровной поверхности [3].

Упомянутые методики составления карт распределения напряженности электрического поля не могут быть использованы применительно к условиям Таджикистана, что обусловлено и рельефом местности, и большим годовым ходом температуры воздуха (от -25 °С до +50 °С). Исследования, проведенные кафедрой «Безопасность жизнедеятельности», и результаты, приведенные в [4], показывают, что на расстояние от токоведущих частей до поверхности земли влияет изменение рельефа местности и температура воздуха [5], по которой проходит ЛЭП. Имеющиеся на территории под ЛЭП локальные подъемы и снижения уровня земли относительно условной линии горизонта могут приводить к существенному повышению и понижению величины напряженности электрического поля, а также смещению максимальной напряженности в сторону от центра линии и искажению симметричной картины распределения напряженности электрического поля.

На рис. 1-3 показаны некоторые распределения напряженности электрического поля под пролетами ЛЭП, проходящих по имеющей характерный рельеф местности, а в таблице приведены некоторые характеристики этих распределений.

Согласно приведенным в таблице данным, зона влияния электрического поля может занимать от 7 до 60 % территории под пролетом ЛЭП. Наибольшая напряженность электрического поля наблюдается под проекциями крайних фаз ЛЭП. Отмечается некоторое снижение напряженности электрического поля линии электропередач 500 кВ под средней фазой за счет компенсации полей соседних фаз.

Рис. 1. Карта напряженности ЭП под пролетом № 4 ВЛ 500 кВ подстанции «Кропачево»

10 м от опоры 3 м от опоры серед, м-ду ф. серед, м-ду ф. 3 м от опоры 10 м от опоры

Е, кВ/м

0-5  5-10

Рис. 2. Карта напряженности ЭП под пролетом № 2 ВЛ 500 кВ подстанции «Приваловская»

Рис. 3. Карта напряженности ЭП под пролетом № 2 ВЛ 500 кВ подстанции «Златоуст»

Электроэнергети ка

Некоторые характеристики распределения напряженности электрического поля под пролетом воздушной линии электропередачи 500 кВ

№ п/п Наименование линии Е -^тах? кВ/м Площадь зоны, на которой напряженность электрического поля не превышает 5 кВ/м Площадь зоны, на которой напряженность электрического поля превышает 5 кВ/м

1 ВЛ 500 кВ подстанция «Кропачево» пролет № 4 (ровный рельеф местности) 8,9 75,0 25,0

2 ВЛ 500 кВ подстанция «Приваловская» пролет № 2 (пересеченный рельеф местности) 8,3 93,1 6,9

3 ВЛ 500 кВ подстанция «Златоуст» пролет № 2 (подъем линии в гору) 14,9 37,9 62,1

Сказанное выше обусловливает необходимость разработать методику построения карты напряженности электрического поля расчетным путем с одновременным учетом орографии местности и температуры воздуха. Решение поставленной задачи предлагается осуществить в инженерном пакете Ansys на суперкомпьютере с использованием для сопутствующих расчетов метода конечных элементов.

Особенностью такого расчета является необходимость представления рельефа местности в цифровом виде и решение задачи по определению напряженности электрического поля на отдельных участках, где изменение рельефа незначительно. Для пролета же карта будет строиться припасовы-ванием напряженностей отдельных участков.

Литература

1. СТО 56947007-29.240.55.016-2008. Нормы технологического проектирования воздушных линий электропередачи напряжением 35-750 кВ -http://www.fsk-ees.ru/upload/docs/56947007-29.240.55.016-2008.pdf

2. Тряпицын, А.Б. Безопасная организация

работ на линиях напряжением 330 кВ и выше: дис. ... канд. тех. наук / А.Б. Тряпицын. - Челябинск, 2002. - 132 с.

3. Козлов, А.Л. Выбор методики построения карт напряженности переменного электромагнитного поля воздушной линии электропередачи напряжение 6-35 кВ / А.Л. Козлов, А.С. Корепанов. -Ыф:/Лое. edu.rU/publications/staty/110-al-kozlov-as-korepanov-vybor-metodiki-pos'troemya-kart-naprya-zhemosti-perememogo-ekktromagnitnogo-potya-vozdushnoj-linii-elektroperedachi-naprya-zheniem-6-35-Ь-2010.

4. Сидоров, А.И. Электромагнитные поля вблизи электроустановок сверхвысокого напряжения: моногр. /А.И. Сидоров, И.С. Окраинская. -Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. - 204 с.

5. Влияние изменения температуры на напряжённость электрического поля под ВЛ-500 кВ / М.В. Гареев, И.С. Окраинская, А.Б. Тряпицын, А.В. Коржов // Вклад молодых учёных и специалистов в развитие науки и культуры г. Челябинска. Состояние. Проблемы. Перспективы: сб. науч. ст. - Челябинск: Изд-во УрГАФК, 2000. - Ч. 2. - С. 73-74.

Сидоров Александр Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности», Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, bgd-susu@mail.ru

Таваров Саиджон Ширалиевич, аспирант кафедры «Безопасность жизнедеятельности», ЮжноУральский государственный университет, г. Челябинск, tabarovsaid@mail.ru

Bulletin of the South Ural State University Series “Power Engineering” _____________________________________________________________________2013, vol. 13, no. 1, pp. 52-55

Construct Maps of Electric Field Intensity Account of the Relief and the Air Temperature

A.I. Sidorov, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation S.Sh.Tavarov, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation

In order to increase the transmitted power to power grids in the republic of Tajikistan in 2009 was built the longest 500 kV transmission line length of over 350 km. Most of all constructed 500 kV overhead lines pass through mountainous areas, including residential areas, and threaten the health of workers and the people living there. To develop measures to protect public health and the attendants used maps of the distribution of the electric field along the EHV overhead lines. Modern techniques of making these cards can not be used for the conditions in Tajikistan, as they ignore the impact on the net value of the EF drive terrain and a large difference in air temperature throughout the year. In this regard, has been tasked to develop a methodology for the construction of maps of the distribution of the electric field along the overhead lines with simultaneous consideration of orographic terrain and temperature. Offered to carry out the calculation based on the finite element method in engineering package Ansys on a supercomputer.

Keywords: maps of the distribution of the electric field, overhead lines of500 kV, the service personnel, terrain, air temperature.

References

1. STO 56947007 - 29. 240.55.016 - 2008. Normy tekhnologicneskogo proektirovaniya vozdushnykh liniy elektroperedachi napryazheniem 35-750 kV - http://www.fsk-ees.ru/upload/docs/56947007-29.240.55.016-2008.pdf

2. Tryapitsyn AB. Bezopastnaya organizatsiya rabot na liniyakh napryazheniem 330 kV i vyshe: diss. ... kand. tekh. nauk/ A.B.Tryapitsyn, Chelyabinsk, 2002, 132 p.

3. Kozlov A.L., Korepanov A.S., Vybor mitodiri postroeniya kart napryazhonnosti peremennogo toka elek-

tromagnitnogo polya vozdushnoy linii elektroperedachi napryazheniem 6-35 kV,

http://toe.edu.ru/publications/staty/110-al-kozlov-as-korepanov-vybor-metodiki-postroeniya-kart-napryazhennosti-peremennogo-elektromagnitnogo-polya-vozdushnoj-linii-elektroperedachi-naprya-zheniem-6-35-kv-2010.

4. Sidorov A.I., Okrainskaya I.S., Elektromagnitnye polya vblizi elektroustanovok sverkhvysokogo napryaz-heniya, Chelyabinsk, 2008, 204 p.

5. M. Gareev, I.S. Okrainskaya, A.B. Tryapitsyn, A.V. Korzhov, Vliyanie izmeneniya temperatury na na-pryazhonnost elektricheskogo polya pod 500 kV, Vklad molodykh uchenykh I spetsialistov v razvitie nauki I kul-tury g.Chelyabinsk. Sostoyanie. Problema. Perspektivy: Sbornik nauchnykh statey, Chelyabinsk, 2000, vol. 2, pp. 73-74.

Поступила в редакцию 20.02.2013 г.