Построение карты напряженности электрического поля с учетом рельефа местности и температуры 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» (ровный рельеф местности)

Рис. 2. Карта напряженности ЭП под пролетом № 2 ВЛ 500 кВ подстанции «Приваловская» (пересеченный рельеф местности)

Рис. 3. Карта напряженности ЭП под пролетом № 2 ВЛ 500 кВ подстанции «Златоуст» (подъем линии в гору)

Электроэнергетика

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.