Сидоров А

Сидоров А.И., Таваров С.Ш.

ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ), г.Челябинск, Россия

Построение карт распределения напряженности электрического поля вдоль ВЛЭП 500 кВ

Линии электропередачи, как и любой другой объект электроэнергетики, нуждаются в обслуживании, осуществляемом как при эксплуатации, так и ведении ремонтных работ.

В связи с этим при эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 500 кВ персонал подвергается воздействию различных вредных и опасных факторов [1,2] одним из которых является электрическое поле промышленной частоты [3].

Учитывая того что, вдоль трассы линии электропередачи напряжением 500 кВ рельеф местности не может быть идеально ровным. Для определения значения напряженности электрического поля на уровни 1.8 м от земли вдоль охранной зоны ВЛЭП напряжением 500 кВ предлагается построение карт распределения напряженности электрического поля в программе Mechanical APDL (ANSYS13) с применением вычислительного кластера «СКИФ Аврора – ЮУрГУ». Существующие методы построения карт [4] основанные на измерения достаточно сложно и занимает много времени.

С учетом сказанного были смоделированы воздушные линии электропередачи с различными стрелами провеса проводов. При моделирование были приняты следующие допущения.

- не учитывались тросовые экраны;

- потенциал земли был принят равным нулю;

- согласно [1] расстояние от фазных проводов до поверхности земли выбиралось равным H₀=8 м.

Поскольку вблизи опор провод располагается высоко и сказывается экранирующее действие опор, то напряженность ЭП вблизи опор ниже 5 кВ/м и не представляет опасности для здоровья персонала, обслуживающего ВЛ.

Таким образом, моделирование напряженности ЭП проводилось на расстоянии, где не сказывается экранирующее действие опор (60 м от опоры и более).

Эскизы модели с различными стрелами провеса проводов с учетом рельефа местности вдоль трассы разрабатывались с применением программного пакета SolidWorks 2013. Далее результаты импортировались в программу MechanicalAPDL (ANSYS13) где и моделировалось распределение напряженности электрического поля вдоль линии электропередачи. Результаты представлены в виде карт напряженности электрического поля. Особенность моделирование в программе MechanicalAPDL (ANSYS13) заключается в том, что расчеты производятся методом конечных элементов. Получаемые при этом результаты точнее относительно других данных, полученных иными методами[5]. К недостаткам же можно отнести необходимость наличия большой оперативной памяти вычислительного кластера с множеством ядер процессора. С учетом этого для расчетов был использован суперкомпьютер «СКИФ Аврора – ЮУрГУ». Для решения данной задачи использовались 24 ГБ оперативной памяти и 18 ядер процессора.

Ниже на (рис. 1 а-в) приведены стрелы провеса проводов вдоль линии электропередачи напряжением 500 кВ для разных рельефов местности.

$C:\Users\Admin\Desktop\file0000.tif$	$C:\Users\Admin\Desktop\file2000.tif$	$C:\Users\Admin\Desktop\file3000.tif$
а	б	в

Рис. 1. Стрела провеса фазного провода при прохождении линии:

а – по ровной местности; б – по пересеченной местности;
в – при подъеме в гору

Далее на (рис. 2 а-в) приведены распределения напряженности электрического поля, полученные при расчете в программе MechanicalAPDL (ANSYS 13) с применением суперкомпьютера «СКИФ Аврора – ЮУрГУ» с учетом кривых провеса проводов.

$C:\Users\Admin\Desktop\tavarov\saidjon\file0000.tif$	$D:\РЕЗУЛЬТАТЫ РЕШЕНИЕ В АНСИСЕ\tavarov\file0000.tif$	$D:\РЕЗУЛЬТАТЫ РЕШЕНИЕ В АНСИСЕ\said\file0000.tif$
а	б	в

Рис.2. Распределения напряженности электрического поля

а – по ровной местности; б – по пересеченной местности;
в – при подъеме в гору

Результаты распределения напряженности электрического поля вдоль воздушной линии электропередачи 500 кВ, полученные при расчете в программе MechanicalAPDL (ANSYS 13), приведены в табл.1.

Таблица 1

Распределения напряженности электрического поля вдоль воздушной линии электропередач 500 кВ с учетом особенностей рельефа местности

№ п/п	Особенность рельефа	Под крайней фазой А, кВ/м	Между фазами А и В, кВ/м	Под средней фазой В, кВ/м	Между фазами В и С, кВ/м	Под крайней фазой С, кВ/м
1	Ровный рельеф местности (рис. 1 а)	15,18	7,42	9,1	7,6	15,58
2	Пересеченный рельеф местности (рис.1 б)	10,1	5.92	9.2	5.7	10.2
3	Подъем линии в гору (рис.1 в)	22,46	12.53	16,78	12.6	22,84

Как видно из табл.1 под средней фазой наблюдается уменьшение электрического поля за счет компенсации полей соседними фазами.

Полученные значения, приведенные в табл. 1,ниже получаемых расчетным путем в [1] для ровного рельефа местности и выше экспериментальных, приведенных на рис 1.а-в [4] при схожем рельефе местности.

Карты распределения напряженности электрического поля и результаты, приведенные в табл. 1, могут быть использованы при организации защиты обслуживающего персонала от воздействия электрических полей.

Литература

1. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках [Текст] / П.А. Долин. – М.: Энергия, 1979. – 408 с.

2. Кузнецов К.Б. Электробезопасность в электроустановках железнодорожного транспорта [Текст] : Учебное пособие для вузов ж – д. транспорта / К.Б. Кузнецов, А.С. Мишарин // Под ред. К.Б.Кузнецова. – М.: Маршрут, 2005. – 456 с.

3. Руководящие указания по защите персонала, обслуживающего распределительные устройства и воздушные линии электропередачи переменного тока напряжением 400, 500 и 750 кВ, от воздействия электрического поля: СО 153 – 34.03.604 [Текст]. / Министерство энергетики и электрификации СССР. – М.: СПО Союзтехэнерго, 1981.

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

5. Колечицкий Е.С. Расчет электрических полей. – М.: МЭИ, 1977. – 81с.