Расчет напряженностей ЭМП от ЛЭП переменного тока

Влияние ЛЭП переменного тока на окружающую среду

К электроэнергетическим объектам электрифицированной железной дороги (например, к тяговым и трансформаторным подстанциям) питание подводится от воздушной линии электропередачи - ЛЭП 110 кВ переменного тока.

Под влиянием ЛЭП на окружающую среду обычно понимают (исключая хозяйственные воздействия - вырубка леса, создание просек в лесных массивах):

  • - Электрические и магнитные напряженности, представляющие при длительном воздействии опасность для здоровья людей. Возникают проблемы электромагнитной экологии (ЭМЭ).
  • - Электромагнитные (ЭМ) помехи, затрудняющие нормальную работу высокочувствительных технических средств (радио - и телеприемников, линий связи и т.д.). Возникают проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) разных видов высокочувствительного оборудования.

Рассмотрим кратко характерные воздействия, приводящие к проблемам ЭМЭ и ЭМС.

Проблемы ЭМЭ. Корона на проводах порождает акустический шум (специфическое шипение). Шум, как и всякий другой шум в частотном диапазоне 16 Гц - 20 кГц, негативно воспринимается человеческим ухом. Уровень громкости шума зависит от числа составляющих проводов в расщепленном проводе и растет с увеличением п, поэтому учет акустического шума от коронирования проводов актуален для воздушных ЛЭП высокого напряжения (ПО кВ и выше), где п обычно выбирается в пределах от 2 до 5.

Громкость шума от линии максимальна при дожде и других осадках. При дожде он маскируется шумом от дождя, зато другим осадкам (мокрому и сухому снегу, изморози, туману и конденсированной влаге) обычно сопутствует относительная тишина, вследствие чего именно при слабых осадках воздушная ЛЭП может восприниматься населением в качестве доминирующего источника шума. По результатам исследований на опытных линиях, предельно допустимый за полосой шириной Д/2 от оси линии уровень громкости звука в сильный дождь не должен превышать 45 дБ (за Р0 принимается фоновое акустическое давление). При удалении от воздушной ЛЭП уровень громкости звука спадает. Измерения показывают также, что громкость звука уменьшается: в туман и при влажных проводах на 5-10 дБ, в хорошую погоду - на 15-20 дБ относительно уровня в сильный дождь.

Как показали исследования, проведенные в США и других странах, при отчуждении полосы шириной 30 м от крайнего провода акустический шум является таким же важным фактором при выборе проводов, как и радиопомехи.

С ростом номинального напряжения воздушной ЛЭП UHOM, числа составляющих проводов в фазе и радиуса ее расщепления растет заряд Qf/„ сосредоточенный на ней, так как U. С/у]3> гДе емкость

расщепленной фазы. Q(/j на фазе воздушной ЛЭП НО кВ составляет 0,75-1,0 мкКл/м [4.8-4.9].

Максимальная напряженность ЭП у земли под проводами воздушных линий 110 кВ может достигнуть 3-5 кВ/м. Эти величины напряженности приемлемы, если отсутствует провисание проводов. При наличии провисания проводов возможны определенные неудобства из- за искровых разрядов при работах в локальных зонах под проводами - непосредственно под ними в местах наибольшего провисания проводов. «Электрический дискомфорт» даже при сравнительно небольших напряженностях ЭП порядка 3-5 кВ/м возможен из-за загрязнения окружающей среды всевозможными окислами, диоксинами, пылевыми частицами и др., что может привести к искровым разрядам, возникающим непосредственно перед контактом между человеком и другими объектами (придорожными строениями, кустами, травой и т.п.) вследствие большой разности наведенных на них напряжений. При пробое такого воздушного промежутка через человека протекает за время порядка 1 мкс ток, значительно превышающий по амплитуде установившийся емкостный ток. Возникающие разряды сопровождаются болезненными ощущениями. При повторном возникновении уровень ощущения такого разряда составляет всего 0,3 мкКл, при 1 мкКл человек уже испытывает беспокойство, ведущее при длительном повторении разрядов к шоку и даже стрессу. Аналогичный дискомфорт испытывает и сам человек в переменном ЭП: покалывание кожи в некоторых местах контакта с ней одежды, покалывание ног через подошву ботинок и при контакте с травой и растительностью и т.п. Эти разновидности «электрического дискомфорта» при электрической напряженности более 10 кВ/м ощущает примерно 1% людей; при этом «дискомфорт» для большинства людей сведен к минимуму. При проектировании линии предельная электрическая напряженность относится к максимальному провисанию проводов в наиболее жаркий период года, которое в средней полосе России может наблюдаться не более 1% времени за год.

Расчеты показывают, что напряженность ЭП быстро убывает по мере удаления от крайних проводов, однако зона сильного поля (например, с напряженностью более 1 кВ/м) вдоль трассы ЛЭП все-таки достаточно широка (см., например,[4.8]). Для ЛЭП 110 кВ такая зона составляет около 30 м.

Исследования на мелких и средних животных и на добровольцах, в особенности на высоковольтной установке с изменяемой частотой (Россия), показали, что доминирующее влияние на человека, находящегося в сильном переменном ЭП, оказывает емкостной ток, протекающий через него. Этот вывод понятен, если учесть, что преобладающие в теле человека мышечную ткань и внутренние органы с циркулирующей в них кровью и лимфой есть все основания считать хорошими проводниками. При исследованиях на животных, для моделирования характерной для человека под воздушной ЛЭП ситуации по току, обычно рекомендуется обеспечивать постоянство плотности тока в тканях у человека и животного (например, на уровне головного мозга). По измерениям под воздушными ЛЭП 110 кВ емкостной ток промышленной частоты 50 Гц, протекающий через стоящего человека, составляет 15 мкА/кВ/м (для частоты 60 Гц он на 20% больше), что соответствует значению тока, ощущаемого примерно лишь 1% людей.

Реальную опасность для человека представляют индуцируемые линией токи, которые протекают через человека в момент его прикосновения под ЛЭП к крупногабаритной машине (трейлер, комбайн, автокран, автобус и т.д.) на резиновом ходу. В этом случае (из-за большой емкости между машиной и расщепленным проводом) емкостный ток, подтекающий к машине, может увеличиваться в 20-25 раз (по сравнению с 0,015 мА) и, протекая через хорошо заземленного человека, становится соизмеримым с током «отпускания» для человека (6 мА для 0,5% женщин и 9 мА для 0,5% мужчин: статистика США, полученная на «электрическом стуле»), который при длительном (в течение нескольких минут) протекании через полость сердца человека может привести к смертельному исходу. Положение резко улучшается, если на крупных машинах применяются «проводящие» шины с введением в резину сажи.

В последнее десятилетие большое внимание уделяется МП, создаваемому воздушными ЛЭП, а также подстанциями и оборудованием электрических станций.

Магнитная индукция В может достигать 15-20 мкТ непосредственно под воздушной ЛЭП 110 кВ и порядка 1-2 мкТ в домах на границе коридора, выделяемого под линию; на подстанциях В составляет до 20-30 мкТ и, наконец, в зоне генераторов и токопроводов на электрических станциях достигает значительно более высоких значений (до 2000-3000 мкТ [4.9]).

Проблемы ЭМС. При эксплуатации воздушных ЛЭП 110 кВ переменного тока необходимо учитывать возможность возникновения помех радиоприему. Они возникают вследствие образования «местной» короны на проводах воздушной линии и порождаемых ею высокочастотных (в диапазоне 100 кГц - 10 МГц) токов в самих проводах. Эти токи создают непосредственные помехи высокочастотной связи по самой ЛЭП. Кроме этого, высокочастотные токи в проводах порождают радиопомехи, мешающие нормальному радиоприему сигналов различных видов радиосвязи (радиоприемников у населения и т.д.). В проекте конкретной линии необходимо задавать ширину коридора по обе стороны воздушной линии (А), за пределами которой радиоприем должен быть нормальным. С учетом А приходится ограничивать максимальную напряженность ЭП на поверхности проводов Ет, от которой, в первую очередь, зависит интенсивность стримерной короны на проводах. Таким образом, снижение уровня радиопомех (или сокращение ширины коридора А) сопряжено с увеличением радиуса (го) составляющих проводов (так как Ет обратно пропорционально г0) или их числа (п) в расщепленной фазе и ведет к удорожанию воздушной линии. В некоторых странах предельная допустимая Ет нормируется непосредственно по радиопомехам при хорошей погоде без осадков (Е,) в зависимости от ширины заданного коридора А, радиуса го составляющих проводов в расщепленном проводе и конструкции самой линии. Как правило, Е,(го) на 20-30% ниже начального значения напряженности общей короны на проводах Е0 [4.8]. При дожде, мокром снеге и

изморози стримерная корона на проводах резко усиливается, затрудняя радиоприем вблизи воздушной линии. Длительность за год такой ситуации также нормируется во многих странах и обычно не превышает 10-15 % за год.

Воздушная ЛЭП может создавать помехи телевизорам. Основные источники излучаемых помех телеприему - конструктивные недостатки линейной арматуры (пробои между ее элементами при рабочем напряжении, интенсивная корона), пробитые и своевременно не замененные линейные изоляторы.

В ряде случаев проблемы ЭМЭ и ЭМС связаны настолько тесно, что их решение должно осуществляться в комплексе. А для этого, в первую очередь необходимо иметь в распоряжении методики расчета

напряженностей - вектор электрической напряженности; Н - вектор магнитной напряженности) ЭМП и электромагнитных параметров окружающей воздушной среды (// - магнитную проницаемость; а - электрическую проводимость; ? - диэлектрическую константу)

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >