Расчет электрического поля, создаваемого высоковольтными линиями электропередачи ОАО "Костромаэнерго"

В связи со строительством воздушных линий электропередачи высокого (35...220 кВ) и сверхвысокого (330...500 кВ) напряжения, ростом площади городов и других населенных пунктов все более актуальным становится вопрос исследования и ограничения экологического влияния линий электропередачи.

Одним из параметров оценки экологического влияния является уровень напряженности электрического поля, создаваемого в пространстве, окружающем линию.

Исследование воздействия электрического поля на живые организмы ведутся медиками и энергетиками давно, но до сих пор механизм воздействия поля на живые организмы не изучен. В Томском университете были проведены исследования по влиянию электрического поля на студентов. Было показано, что электрическое поле влияет на пульс, давление и самочувствие человека.

Однако последние исследования показали, что большой уровень электрического поля может вызвать негативные последствия на живые организмы даже при кратковременном воздействии в течение нескольких минут или даже секунд. При длительном систематическом пребывании человека в электрическом поле могут возникать изменения функционального состояния нервной, сердечно - сосудистой, иммунной систем, так же имеется вероятность увеличения риска развития лейкозов и злокачественных новообразований центральной нервной системы. Это происходит потому, что под действием электрического поля в различных частях организма человека (сосуды, сердце, печень, мышцы и т. д.) протекают микротоки, которые могут превышать микротоки, вырабатываемые мозгом человека для управления той или иной частью организма. Микротоки под действием электрического поля могут восприниматься как команды мозга. Это может стать причиной заболевания того или иного органа или стать причиной старения. Нормами по ограничению электрического поля установлены лишь некоторые пороговые значения в зависимости от количества часов пребывания в зоне воздействия электрического поля и показано, что воздействие зависит от вида самого поля (переменное, постоянное, вращающееся, пульсирующее для исследования электрического поля необходимо уметь не только измерять его напряженность, но и рассчитывать эту напряженность в любой точке пространства вокруг линии.

Данная работа посвящена исследованию электрического поля создаваемого многоцепными коридорами линий, проходящими по Костромской области. Эти коридоры в основном проходят по сельской местности и необходимо защищать сельскохозяйственные объекты от электрического поля этих линий.

В первом разделе проведен обзор нормативных материалов, выпущенных в России и за рубежом и показано, что они устанавливают разные оценки нормирования электрического поля. За основу при исследованиях можно принять следующие ограничения напряженности электрического поля на высоте два метра от земли (рост человека):

- внутри жилых зданий – 0.5 кВ/м;

- на территории зоны жилой застройки - 1 кВ/м;

- в густонаселенной местности - 5 кВ/м;

- в средне населенной местности - 10 кВ/м;

- в слабо населенной местности - 15 кВ/м;

- в местности, не доступной для населения - 20 кВ/м;

Во втором разделе описана теория расчета электрического поля, создаваемого в любой точке пространства вокруг ЛЭП. Теория позволяет рассчитывать одну или несколько параллельных линий произвольной конструкции с учетом комплексного напряжения  и заряда на каждом проводнике, т. е. позволяет рассчитывать не только нормальные симметричные режимы, но и любые аварийные режимы при отключении фаз в отличие от многих методик, которые используют упрощенный подход и позволяют рассчитывать только трехфазную линию при симметричной звезде напряжений на ее фазах. Показано, что вектор напряженности электрического поля под линией вращается с частотой сети и описывает своим концом эллипс, принимая максимальное (emax) и минимальное (emin) значения. Для оценки электрического поля рассчитывают его эллипсность (отношение emin/emax) и эффективные значения (emax/).

В третьем разделе исследовано электрическое поле создаваемое 16-тью коридорами параллельных ЛЭП, проходящих по территории Костромской области. Для каждого коридора параллельных линий было рассчитано электрическое поле, построены графики зависимости напряженности от координаты X. Расчёты проделаны для нормального режима и неполнофазных режимов при номинальном напряжении и при перенапряжениях.

В четвертом разделе исследована возможность экранирования электрического поля с помощью пассивных тросовых экранов. Рассчитано, что при помощи тросовых экранов, расположенных вдоль пролета можно снизить уровень электрического поля в среднем на 45 %.

Пятый раздел посвящен безопасности и экологичности эксплуатации воздушных линий электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения.  Рассмотрен вопрос подбора персонала для работы в зонах воздействия электрического поля, виды воздействия поля на живые организмы, а так же некоторые мероприятия по предотвращению возникновения пожаров под ЛЭП.

Шестой раздел посвящён расчёту экономических затрат для двух вариантов подвески экранов для снижения электрического поля. Расчёты показали, что капитальные вложения для подвески экранов на деревянные опоры составили 182.28 тыс. руб., а для подвески экрана при помощи отпайки от имеющихся опор равны – 133.75 тыс. руб. Из этого следует вывод, что экономически целесообразнее использовать второй вариант, так как он менее капиталоёмкий, требуется меньше инвестиций на его реализацию.

1. НОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

В настоящее время на международном уровне и в ряде экономически развитых странах, в том числе и в нашей, разработаны и утверждены документы, регламентирующие уровни электрических полей, создаваемых высоковольтным оборудованием и сооружениями. Первые нормы по электромагнитным полям были установлены в (1, 2, 3, 4, 5).

В России регламентируются уровни электрического поля частотой 50 Гц для условий производственных воздействий и уровни электрического поля, создаваемого воздушными линиями напряжением 330 - 1150 кВ для населения. Однако, эти нормы можно использовать при расчетах ЛЭП любого класса.

В 1984 г. Министерство здравоохранения СССР выпустило документ (6) “Санитарные нормы и правила  защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты”, который содержит основные требования по обеспечению защиты населения от воздействий электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи напряжением 330 кВ. и выше переменного тока промышленной частоты и по размещению этих линий вблизи населенных пунктов.

Согласно этому документу установлены следующие  предельно допустимые уровни напряженности электрического поля:

- внутри жилых зданий – 0.5 кВ/м;

- на территории  зоны жилой застройки – 1 кВ/м;

- в населенной местности, вне зоны жилой застройки (земли городов  в пределах городской черты в границах их перспективного развития на 10 лет, пригородные и зеленые зоны, курорты, земли поселков городского типа, в пределах поселковой черты и сельских населенных пунктов, в пределах черты этих пунктов), а также на территории огородов и садов – 5 кВ/м;

- на участках пересечения воздушных линий электропередачи с автомобильными дорогами I - IV категории – 10 кВ/м

- в ненаселенной местности (незастроенные местности, хотя бы и часто посещаемые людьми, доступные для транспорта и сельскохозяйственные угодья) – 15 кВ/м;

- в труднодоступной местности (не доступной для транспорта и сельскохозяйственных машин) и на участках, специально выгороженных для исключения доступа населения – 20 кВ/м;

Предельно допустимые значения напряженности нормируются для электрического поля не искаженного присутствием человека  и определяются на высоте 1.8 м от уровня земли, а для помещения от уровня поля.

В целях защиты населения от воздействия электрического поля ВЛ устанавливаются санитарно -  защитные зоны.

Санитарно - защитной зоной ВЛ является территория  вдоль трассы ВЛ, в которой напряженность электрического поля превышает 1 кВ/м.

Для вновь проектируемых ВЛ, а также зданий и сооружений допускается принимать границы санитарно - защитных зон вдоль трассы ВЛ с горизонтальным расположением проводов, без средств снижения напряженности электрического поля по обе стороны от нее на расстояниях от проекции  на землю крайних фазных проводов в направлении, перпендикулярном к ВЛ предоставленных в таблице 1.1:

Таблица 1.1 - Границы санитарно - защитных зон вдоль трассы ВЛ