АННОТАЦИЯ
Дипломная работапосвящена исследованию электрических полей не стандартных многоцепныхвысоковольтных линий электропередач, проходящих по Костромской области. Такимилиниями являются коридоры из параллельных линий. Эти коридоры в основномпроходят по сельской местности и необходимо защищать сельскохозяйственныеобъекты от электрического поля этих линий. Произведен расчет и анализ электрическогополя 16-ти коридоров в нормальных и аварийных режимах. Исследована возможностьэкранирования электрического поля под этими коридорами.
Разработана инструкция поликвидации аварийных режимов работы на подстанции 110/35/10 кВ. Представленматериал по воздействию электрического поля на живые организмы.
Произведены расчёты постоимости экрана, когда используются деревянные опоры и когда, используютсяотпайки от имеющихся опор.
Написана программа расчетаэлектрических полей трехфазной линии на языке Turbo Pascal.
Пояснительная запискадипломной работы состоит из 94 страниц основного текста, 45 таблиц, 30рисунков, 1 приложения и 11 листов графической части.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Нормирование электрических полей
2. Теория расчета электрических полей
3. Исследование электрического поля,создаваемого коридорами параллельных линий
3.1 Исследование электрического поля,создаваемого коридором ВЛ 110/110
3.2 Исследование электрического поля,создаваемого коридором ВЛ 10/110/110/110
3.3 Исследование электрического поля,создаваемого коридором ВЛ 10/110/110/500
3.4 Исследование электрического поля,создаваемого коридором ВЛ 10/35
3.5 Исследование электрического поля,создаваемого коридором ВЛ 10/35/110
3.6 Исследование электрического поля,создаваемого коридором ВЛ 10/500
3.7 Исследование электрического поля,создаваемого коридором ВЛ 110/110/110
3.8 Исследование электрического поля,создаваемого коридором ВЛ 110/110/110/500
3.9 Исследование электрического поля,создаваемого коридором ВЛ 110/110/35/35/220
3.10 Исследование электрическогополя, создаваемого коридором ВЛ 110/500
3.11 Исследование электрическогополя, создаваемого коридором ВЛ 110/500/110
3.12 Исследование электрическогополя, создаваемого коридором ВЛ 220/220
3.13 Исследование электрического поля,создаваемого коридором ВЛ 220/220/220/220/500
3.14 Исследование электрическогополя, создаваемого коридором ВЛ 220/35
3.15 Исследование электрическогополя, создаваемого коридором ВЛ 220/500
3.16 Исследование электрическогополя, создаваемого коридором ВЛ 220/500/220/35
4. Экранирование электрического поляс помощью пассивных тросовых экранов
5. Безопасность и экологичность
5.1 Решения российской федерации побезопасности труда и экологическим аспектам
5.2 Требования к персоналу,работающему в условиях воздействия электрических полей
5.3 Характеристика опасных и вредныхфакторов
5.4 Пожарная безопасность
5.5 Экологичность проекта
5.6 Инструкция по техникебезопасности при ликвидации аварий и ненормальных режимов на ПС110/35/10 КвВосточная-2, Василёво и Южная
5.7 выводы по разделу
6. Расчёт стоимости экранов дляснижения
Электрического поля
Заключение
Список использованных источников
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
В связи со строительствомвоздушных линий электропередачи высокого (35…220 кВ) и сверхвысокого (330…500кВ) напряжения, ростом площади городов и других населенных пунктов все болееактуальным становится вопрос исследования и ограничения экологического влияниялиний электропередачи.
Одним из параметровоценки экологического влияния является уровень напряженности электрическогополя, создаваемого в пространстве, окружающем линию.
Исследование воздействияэлектрического поля на живые организмы ведутся медиками и энергетиками давно,но до сих пор механизм воздействия поля на живые организмы не изучен. В Томскомуниверситете были проведены исследования по влиянию электрического поля настудентов. Было показано, что электрическое поле влияет на пульс, давление исамочувствие человека.
Однако последниеисследования показали, что большой уровень электрического поля может вызватьнегативные последствия на живые организмы даже при кратковременном воздействиив течение нескольких минут или даже секунд. При длительном систематическомпребывании человека в электрическом поле могут возникать измененияфункционального состояния нервной, сердечно — сосудистой, иммунной систем, также имеется вероятность увеличения риска развития лейкозов и злокачественныхновообразований центральной нервной системы. Это происходит потому, что поддействием электрического поля в различных частях организма человека (сосуды,сердце, печень, мышцы и т. д.) протекают микротоки, которые могут превышатьмикротоки, вырабатываемые мозгом человека для управления той или иной частьюорганизма. Микротоки под действием электрического поля могут восприниматься каккоманды мозга. Это может стать причиной заболевания того или иного органа илистать причиной старения. Нормами по ограничению электрического поля установленылишь некоторые пороговые значения в зависимости от количества часов пребыванияв зоне воздействия электрического поля и показано, что воздействие зависит отвида самого поля (переменное, постоянное, вращающееся, пульсирующее дляисследования электрического поля необходимо уметь не только измерять егонапряженность, но и рассчитывать эту напряженность в любой точке пространствавокруг линии.
Данная работа посвященаисследованию электрического поля создаваемого многоцепными коридорами линий, проходящимипо Костромской области. Эти коридоры в основном проходят по сельской местностии необходимо защищать сельскохозяйственные объекты от электрического поля этихлиний.
В первом разделе проведенобзор нормативных материалов, выпущенных в России и за рубежом и показано, чтоони устанавливают разные оценки нормирования электрического поля. За основу приисследованиях можно принять следующие ограничения напряженности электрическогополя 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 — 10кВ/м;
– в слабо населенной местности — 15кВ/м;
– в местности, не доступной длянаселения — 20 кВ/м;
Во втором разделе описанатеория расчета электрического поля, создаваемого в любой точке пространствавокруг ЛЭП. Теория позволяет рассчитывать одну или несколько параллельных линийпроизвольной конструкции с учетом комплексного напряжения и заряда на каждомпроводнике, т. е. позволяет рассчитывать не только нормальные симметричныережимы, но и любые аварийные режимы при отключении фаз в отличие от многихметодик, которые используют упрощенный подход и позволяют рассчитывать толькотрехфазную линию при симметричной звезде напряжений на ее фазах. Показано, чтовектор напряженности электрического поля под линией вращается с частотой сети иописывает 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 разделеисследовано электрическое поле создаваемое 16-тью коридорами параллельных ЛЭП,проходящих по территории Костромской области. Для каждого коридора параллельныхлиний было рассчитано электрическое поле, построены графики зависимостинапряженности от координаты X. Расчёты проделаны для нормального режима инеполнофазных режимов при номинальном напряжении и при перенапряжениях.
В четвертом разделе исследованавозможность экранирования электрического поля с помощью пассивных тросовыхэкранов. Рассчитано, что при помощи тросовых экранов, расположенных вдольпролета можно снизить уровень электрического поля в среднем на 45 %.
Пятый раздел посвященбезопасности и экологичности эксплуатации воздушных линий электропередачивысокого и сверхвысокого напряжения. Рассмотрен вопрос подбора персонала дляработы в зонах воздействия электрического поля, виды воздействия поля на живыеорганизмы, а так же некоторые мероприятия по предотвращению возникновения пожаровпод ЛЭП.
Шестой раздел посвящёнрасчёту экономических затрат для двух вариантов подвески экранов для сниженияэлектрического поля. Расчёты показали, что капитальные вложения для подвескиэкранов на деревянные опоры составили 182.28 тыс. руб., а для подвески экранапри помощи отпайки от имеющихся опор равны – 133.75 тыс. руб. Из этого следуетвывод, что экономически целесообразнее использовать второй вариант, так как онменее капиталоёмкий, требуется меньше инвестиций на его реализацию.
1. НОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
В настоящее время намеждународном уровне и в ряде экономически развитых странах, в том числе и внашей, разработаны и утверждены документы, регламентирующие уровниэлектрических полей, создаваемых высоковольтным оборудованием и сооружениями.Первые нормы по электромагнитным полям были установлены в [1, 2, 3, 4, 5].
В России регламентируются уровниэлектрического поля частотой 50 Гц для условий производственных воздействий иуровни электрического поля, создаваемого воздушными линиями напряжением 330 — 1150 кВ для населения. Однако, эти нормы можно использовать при расчетах ЛЭПлюбого класса.
В 1984 г. Министерство здравоохранения СССР выпустило документ [6] “Санитарные нормы и правила защитынаселения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиямиэлектропередачи переменного тока промышленной частоты”, который содержитосновные требования по обеспечению защиты населения от воздействийэлектрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачинапряжением 330 кВ. и выше переменного тока промышленной частоты и поразмещению 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 зоныжилой застройки (земли городов в пределах городской черты в границах ихперспективного развития на 10 лет, пригородные и зеленые зоны, курорты, землипоселков городского типа, в пределах поселковой черты и сельских населенныхпунктов, в пределах черты этих пунктов), а также на территории огородов и садов– 5 кВ/м;
– на участках пересечения воздушныхлиний электропередачи с автомобильными дорогами I — IVкатегории – 10 кВ/м
– в ненаселенной местности(незастроенные местности, хотя бы и часто посещаемые людьми, доступные длятранспорта и сельскохозяйственные угодья) – 15 кВ/м;
– в труднодоступной местности (недоступной для транспорта и сельскохозяйственных машин) и на участках,специально выгороженных для исключения доступа населения – 20 кВ/м;
Предельно допустимыезначения напряженности нормируются для электрического поля не искаженногоприсутствием человека и определяются на высоте 1.8 м от уровня земли, а для помещения от уровня поля.
В целях защиты населенияот воздействия электрического поля ВЛ устанавливаются санитарно – защитные зоны.
Санитарно — защитнойзоной ВЛ является территория вдоль трассы ВЛ, в которой напряженностьэлектрического поля превышает 1 кВ/м.
Для вновь проектируемыхВЛ, а также зданий и сооружений допускается принимать границы санитарно — защитных зон вдоль трассы ВЛ с горизонтальным расположением проводов, безсредств снижения напряженности электрического поля по обе стороны от нее нарасстояниях от проекции на землю крайних фазных проводов в направлении,перпендикулярном к ВЛ предоставленных в таблице 1.1:
Таблица 1.1 — Границысанитарно — защитных зон вдоль трассы ВЛНапряжение ВЛ, кВ Расстояние, м 330 20 500 30 750 40 1150 55
В пределах санитарно — защитнойзоны запрещается:
– размещение жилых и общественныхзданий и сооружений, площадок для стоянки и остановки всех видов транспорта,предприятий по обслуживанию автомобилей и складов нефти и нефтепродуктов;
– производить операции с горючим,выполнять ремонт машин и механизмов.
Машины и механизмы напневматическом ходу, находящиеся в санитарно — защитных зонах ВЛ, должны бытьзаземлены. В качестве заземлителя допускается использовать металлическую цепь,соединенную с рамой или кузовом и касающуюся земли.
В этом документе также даются требованияк размещению линий электропередачи по отношению к населенным пунктам. Ближайшеерасстояние от оси проектируемых линий напряжением 750 — 1150 кВ до границынаселенных пунктов, как правило, должно быть не менее:
– 250 м – для ВЛ напряжением 750 кВ;
– 300 м – для ВЛ напряжением 1150 кВ.
Расстояния безопасности оттоковедущих частей линий электропередачи, находящихся под напряжением свыше1000 В, при выполнении работ в охранных зонах линий лицами, не имеющимиэлектротехнической квалификации регламентируются [7] ГОСТ 12.1.051 — 90.
Охранная зона вдольвоздушной линии электропередачи — это воздушное пространство над землей,ограниченное параллельными плоскостями, отстоящими по обе стороны линии нарасстояние от крайних проводов по горизонтали, указанное в таблице 1.2
Таблица 1.2 — Границыохранных зон вдоль трассы ВЛНапряжение линии, кВ Расстояние, м до 20 10 20-35 15 35-110 20 110-220 25 220-500 30 500-750 40 750-1150 55
Охранная зона воздушныхлиний электропередачи, проходящих через водоемы, устанавливается в видевоздушного пространства над водной поверхностью водоемов, ограниченногопараллельными вертикальными плоскостями, отстоящими по обе стороны линии нарасстояние по горизонтали от крайних проводов для судоходных водоемов — 100 м, для несудоходных — на расстояние, указанное в таблице 1.2
В охранной зоне линийэлектропередачи запрещается проводить действия, которые могли бы нарушитьбезопасность и непрерывность эксплуатации или в ходе которых могла бывозникнуть опасность по отношению к людям. В частности, запрещается:
– размещать хранилища горюче-смазочныхматериалов;
– устраивать свалки;
– проводить взрывные работы;
– разводить огонь;
– сбрасывать и сливать едкие икоррозионные вещества и горюче-смазочные материалы;
– набрасывать на провода опоры иприближать к ним посторонние предметы, а также подниматься на опоры;
– проводить работы и пребывать вохранной зоне воздушных линий электропередачи во время грозы или экстремальныхпогодных условиях.
В пределах охранной зонывоздушных линий электропередачи без согласия организации, эксплуатирующей этилинии, запрещается осуществлять строительные, монтажные и поливные работы,проводить посадку и вырубку деревьев, складировать корма, удобрения, топливо идругие материалы, устраивать проезды для машин и механизмов, имеющих общуювысоту с грузом или без груза от поверхности дороги более 4 м.
Выполнение работ вохранных зонах воздушных линий электропередачи с использованием различныхподъемных машин и механизмов с выдвижной частью допускается только при условии,если расстояние по воздуху от машины (механизма) или от ее выдвижной илиподъемной части, а также от рабочего органа или поднимаемого груза в любомположении (в том числе и при наибольшем подъеме или вылете) до ближайшегопровода, находящегося под напряжением, будет не менее указанного в таблице 1.3
Таблица 1.3 — Допустимыерасстояния от механизмов до ЛЭП
Напряжение воздушной
линии, кВ Расстояние, м Минимальное минимальное, измеряемое техническими средствами до 20 2.0 2.0 20-35 2.0 2.0 35-110 3.0 4.0 110-220 4.0 5.0 220-400 5.0 7.0 400-750 9.0 10.0 750-1150 10.0 11.0
Выполнение поливных работвблизи воздушных линий электропередачи, находящихся под напряжением,допускается в случаях, когда:
– при любых погодных условиях воднаяструя не входит в охранную зону;
– водная струя входит в охранную зону иподнимается на высоту не более 3 м от земли.
Министерствомздравоохранения СССР в 1991 г. были выпущены “Санитарные нормы и правилавыполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленнойчастоты” [8], в которых определены предельно допустимые уровни напряженностиэлектрических полей частотой 50 Гц в зависимости от времени пребывания вусловиях их воздействия и даны формулы для расчета времени пребывания.
Документ говорит:
a) пребывание в электрическом поле суровнем напряженности, превышающим 25 кВ/м, без применения индивидуальныхсредств защиты не допускается.
b) при уровнях напряженностиэлектрического поля 20 — 25 кВ/м время пребывания персонала в электрическомполе не должно превышать 10 мин.
c) пребывание персонала в электрическомполе с уровнем напряженности, не превышающем 5 кВ/м допускается в течение всегорабочего дня (8 ч).
d) при уровне напряженностиэлектрического поля 5 — 20 кВ/м включительно допустимое время пребыванияперсонала рассчитывается по формуле:
/>
где Е – уровеньнапряженности воздействующего электрического поля в контролируемой зоне (кВ/м);
Т – допустимое времяпребывания персонала в электрическом поле с соответствующим уровнем напряженности,ч.
Расчет допустимойнапряженности в зависимости от времени пребывания в электрическом поле при 0.5ч
/>
Допустимое время можетбыть реализовано одноразово или дробно в течение рабочего дня. В остальноерабочее время необходимо либо использовать средства защиты, либо находиться вэлектрическом поле с напряженностью до 5 кВ/м.
e) при нахождении персонала в течениерабочего дня в зонах с различной напряженностью электрического поля допустимоевремя пребывания вычисляется по формуле:
/>
где /> — приведенное время,эквивалентное по биологическому действию пребывания в электрическом поле нижнейграницы нормируемой напряженности,
/> – время пребывания в контролируемыхзонах с напряженностью />
/> — допустимое время пребывания вэлектрическом поле для соответствующих контролируемых зон по пп. b) и e).
Приведенное время недолжно превышать 8 ч.
Количество контролируемыхзон определяется перепадом уровней напряженности электрического поля на рабочемместе. Различие в уровнях напряженности электрического поля контролируемых зонустанавливается 1 кВ/м.
При подъеме наоборудование и конструкции с напряженностью электрического поля выше 5 кВ/мсредства защиты должны применяться независимо от продолжительности работ.Использование ограничения продолжительности таких работ недопустимо.
В настоящее время в миреведется работа по унификации подходов к нормированию электрического поля, в томчисле промышленной частоты. Однако отсутствуют единые принципы обеспечениябезопасности работающих и населения при воздействии электрического поля. В рядезападных стран и в международных рекомендациях нормативные величиныэлектрического поля промышленной частоты значительно выше, чем в РФ. Следуетотметить, что за исключением Болгарии и Чехословакии, нормативные значенияносят лишь рекомендательный характер или устанавливаются в качествеконтролируемых уровней, т. е. не служат стандартами, обязательными длясоблюдения в законодательном порядке.
Таблица 1.4 — Зарубежныеи международные нормативы электрических полей промышленной частоты (кВ/м) [10]Страна, организация Для населения Производственное воздействие Характер документа Основание Австралия Как IRPA Как IRPA Руководство или рекомендации Ограничение наведенной плотности тока Австрия 5;10 — до нескольких. ч/дн и может быть превышено на несколько минут (до 20 кВ/м на 5 мин) 10; до 30 (в зависимости от продолжительности (t. за рабочий день) tГермания ВРЕ Зона воздействия 1 (контролируемые зоны кратковременного воздействия)
Зона воздействия 2 (более длительные воздействия или зоны, где поля не контролируются)
21,32,30 (8.2 и 1 ч/дн, соответственно)
6.67 Порядок, правила, нормы, чаще утвержденные Контроль и исследование уровней; могут иногда превышаться Ограничение наведенной плотности тока США — ACGIH (общество врачей — гигиенистов США) (60 Гц) 25 Руководство или рекомендации; Контроль и исследование уровней, Ограничение наведенной плотности тока Продолжение таблицы 1.4
Страна, организация Для населения Производственное воздействие Характер документа Основание Великобритания — NRPB 12 12 Руководство или рекомендации, Контроль и исследование уровней; могут иногда превышаться Ограничение наведенной плотности тока CENELEC (Европейский комитет по электротехнической совместимости) 10 10; до 30 (в зависимости от продолжительности (t, за рабочий день) t /> /> /> /> /> /> /> />
2. ТЕОРИЯ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
Алгоритм расчетаразработан с учетом [11, 12, 13, 14, 15].
Напряженность в точке Мпространства/>,кВ/м от заряда i — го проводника />, Кл равна:
/>
где /> – расстояние, м отточки М в пространстве до i — ого заряда />;
/> –диэлектрическая проницаемостьвакуума, />Ф/м.
Чтобы получить формулыдля расчета мгновенных, максимальных и действующих значений напряженностиэлектрического поля в пространстве, окружающем линию электропередачи, сначаласовмещаем комплексную плоскость с плоскостью поперечного сечения линии.
/>
Рисунок 2.1 — Расположение проводников линии электропередачи в комплексной плоскости