Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса и обоснование задач исследования
1.1. Краткая характеристика межсистемных электрических сетей 7
1.2. Организация работ при обслуживании линий электропередачи межсистемных электрических сетей. 16
1.3. Результаты исследований напряженности электрического поля на линиях сверхвысокого напряжения 25
1.4. Способы и средства обеспечения безопасности при обслуживании межсистемных электрических сетей 30
1.5. Цели и задачи исследования 38
2. Экспериментальное исследование распределения напряженности электрического поля вдоль линии электропередачи
2.1. Разработка плана проведения экспериментального исследования напряженности электрического поля вдоль линией электропередачи 39
2.2. Результаты исследований напряженности электрического поля под линией сверхвысокого напряжения, выполненные в соответствии с разработанной методикой 46
2.3. Корреляционный анализ полученных результатов 55
2.4. Выводы 62
3. Инженерный метод расчета электрического поля вдоль линии электропередачи сверхвысокого напряжения
3.1. Допущения, принятые при расчете электрического поля промышленной частоты-под ЛЭП СВН 64
3.2. Оценка влияния температуры воздуха на напряженность электрического поля под ЛЭП СВН 65
3.3. Оценка влияния токов нагрузки, протекающих по проводам линии на напряженность электрического поля под ЛЭП СВН 74
3.4. Оценка влияния ветровой нагрузки на напряженность электрического поля под ЛЭП СВН 75
3.5. Оценка влияния рельефа местности на напряженность электрического поля под ЛЭП СВН 77
3.6. Расчетная оценка экспозиции электрического поля и приведенного времени пребывания персонала в электрическом поле высокой напряженности 79
3.7. Оценка влияния экранирующего действия кустарника на напряженность электрического поля под ЛЭП СВН 84
3.8. Структурная схема для расчета напряженности электрического поля под ЛЭП СВН и результаты расчета напряженности, экспозиции и приведенного времени пребывания в электрическом поле, выполненные
на основе этой схемы 85
3.9. Сопоставление расчетных и экспериментальных значений напряженности электрического поля под ЛЭП СВН 90
3.10. Выводы 91
4. Разработка проекта организации работ при обслуживании линий сверхвысокого напряжения
4.1. Применение расчетных карт распределения напряженности электрического поля вдоль линии электропередачи 93
4.2. Устройство индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека 99
4.3. Предварительная и периодическая оценка функционального состояния линейного персонала как средства повышения безопасности труда... 106
4.4. Проект организации работ при обслуживании линий электропередачи напряжением 330 кВ и выше 110
4.5. Оценка эффективности внедрения устройства индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека и проекта организации работ при обслуживании линий электропередачи напряжением 330 кВ и выше 112
4.6. Выводы 114
Заключение 115
Литература 117
Приложения 124
- Организация работ при обслуживании линий электропередачи межсистемных электрических сетей.
- Результаты исследований напряженности электрического поля под линией сверхвысокого напряжения, выполненные в соответствии с разработанной методикой
- Оценка влияния ветровой нагрузки на напряженность электрического поля под ЛЭП СВН
- Устройство индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека
Введение к работе
Актуальность работы. Передача энергии на большие расстояния при помощи линий электропередачи (ЛЭП) была и остается основным наиболее технически и экономически выгодным видом транспортировки энергии. Масштабы нашего государства исторически предполагали возникновение межсистемных электрических сетей (МЭС). Необходимость объединения отдельных энергосистем в единую, желание иметь в этой единой энергосистеме идеальный график нагрузки предопределили появление ЛЭП сверхвысокого напряжения (СВН). На современном этапе научно-технического прогресса непрерывный рост потребления и производства электроэнергии во всех странах вызывает необходимость увеличения пропускной способности ЛЭП, что обеспечивается повышением номинального напряжения. В этом отношении особенно актуальны межсистемные линии электропередачи (330... 1150 кВ) в связи с их большой протяженностью и передаваемой мощностью. Ввиду широкого распространения ЛЭП СВН нельзя не учитывать неблагоприятное воздействие, оказываемое этими линиями на окружающую среду и обслуживающий персонал. Обеспечить защиту от их воздействия путем пространственного разделения сфер нахождения людей и полей невозможно. Рассчитывать на адаптационные способности человека также не приходится. Все это заставляет искать эффективные решения по защите человека, в частности, линейного персонала, занятого эксплуатацией ЛЭП СВН.
Следует отметить, что в настоящее время задача защиты линейного персонала, занятого эксплуатацией ЛЭП СВН не решена должным образом и меры защиты персонала от воздействия электрического поля (ЭП) промышленной частоты, реально применяемые на сегодняшний день, по существу ограничиваются территорией открытых распределительных устройств главных понизительных подстанций и недостаточно эффективны. Кроме того, приводимые в различных литературных источниках характеристики напряженности ЭП вдоль ЛЭП не систематизированы и не дают полного представления о степени изменения реальной картины ЭП в зависимости от параметров окружающей среды, в частности, от температуры.
Актуальность работы подтверждается также перечнем приоритетных направлений развития науки, технологий и техники на период до 2010 года.
Цель работы: снижение риска повреждения здоровья, обусловленного воздействием ЭП промышленной частоты, персонала, в первую очередь линейного, обслуживающего электроустановки СВН.
Идея работы: обеспечить снижение риска повреждения здоровья путем совершенствования организации работ при обслуживании электроустановок СВН.
Научные положения и результаты, выносимые на защиту
Снижение риска повреждения здоровья линейного персонала межсистемных электрических сетей, обусловленное воздействием ЭП промышленной частоты, может быть обеспечено применением расчетных карт напряженности, учитывающих рельеф местности и температуру окружающего воздуха, густоту кустарника, дающего экранирующий эффект, для организации работ по обслуживанию линий напряжением 330 кВ и выше.
Для аттестации рабочих мест линейного персонала межсистемных электрических сетей по фактору «напряженность ЭП промышленной частоты» достаточно воспользоваться расчетной картой напряженности.
Устройство индивидуального учета уровня воздействия ЭП промышленной частоты на организм человека, позволяющее оценить приведенное время пребывания в зоне влияния ЭП согласно ГОСТ 12.1.002-84.
Проект организации работ линейного персонала, занятого обслуживанием ЛЭП СВН.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается аргументированностью исходных посылок, вытекающих из основ электротехники и прикладной механики, удовлетворительным совпадением результатов теоретических исследований с результатами экспериментов, выполненных в реальных условиях, а также положительными результатами испытаний устройства индивидуального учета уровня воздействия ЭП промышленной частоты на организм человека.
Значение работы. Научное значение работы заключается в том, что -обоснована, разработана и реализована методика исследования напряженности ЭП вдоль линий электропередачи напряжением 330 кВ и выше, применение которой позволило установить количественное влияние на изменение напряженности под воздушной линией электропередачи температуры воздуха на уровне 1,8 мот поверхности земли; -разработан метод расчета напряженности ЭП под ЛЭП напряжением 330 кВ и выше, позволяющий определить значение напряженности ЭП в каждой точке охранной зоны и непосредственно под воздушной линией; -обоснована принципиальная схема узла получения величины обратно пропорциональной приведенному времени нахождения в ЭП, применение которой позволяет в полном объеме учесть требования действующих нормативных документов на предельно допустимые уровни напряженности ЭП промышленной частоты; -получен эмпирический коэффициент, позволяющий учесть снижение напряженности ЭП под ЛЭП СВН при расчистке трассы от кустарника, вследствие экранирующего действия последнего; -показана возможность снижения риска повреждения здоровья линейного персонала путем совершенствования организации работ при обслуживании ЛЭП напряжением 330 кВ и выше.
Практическое значение работы заключается в следующем: -установлена количественная зависимость напряженности ЭП вдоль ЛЭП напряжением 500 кВ от температуры окружающего воздуха; -разработан пакет прикладных программ для составления карт напряженности ЭП вдоль ЛЭП СВН; - разработано устройство для индивидуального учета уровня воздействия ЭП на организм человека, учитывающего все требования действующих нормативных актов; -обоснован и разработан проект организации работ при обслуживании линий электропередачи напряжением 330 кВ и выше.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Научные положения, выводы и рекомендации использованы: -Челябинским предприятием «Межсистемные электрические сети РАО «ЕЭС России» - проект организации работ при обслуживании линий электропередачи напряжением 330 кВ и выше; -ЗАО «Монтажное управление №3» ДО ОАО «Электромонтаж» -устройство учета воздействия электромагнитного поля на персонал; - Южно-Уральским государственным университетом в учебном пособии по лекционному курсу «Безопасность жизнедеятельности», ч. VII., предназначенном для студентов электротехнических специальностей и специальности 330100 («Безопасность жизнедеятельности в техносфере»).
Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы были доложены, рассмотрены и одобрены на четвертом Европейском симпозиуме «Электромагнитаная совместимость» (Брюгге, 2000), Международном конгрессе "Безопасность труда-2000" (Москва 2000), Российской научно-практической конференции «Охрана труда на рубеже третьего тысячелетия» (Пермь, 2001), шестой и седьмой Российских научно-технических конференциях «Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов» (Санкт-Петербург, 2000, 2002), на семинарах «Охрана труда в электроэнергетике» в 2001...2002 тт. (ВВЦ России, г. Москва), а также на ежегодных научно-технических конференциях Южно-Уральского государственного университета (1999... 2002 гг.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, включая патент на изобретение (положительное решение по заявке №2001111586/09(012107).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 123 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков, 14 таблиц, список используемой литературы из 103 наименований и 3 приложения.
Организация работ при обслуживании линий электропередачи межсистемных электрических сетей.
Продолжается сооружение имеющих особое значение межсистемных электропередач: ВЛ 500 кВ Хабаровск - Приморская ГРЭС для передачи в дефицитные районы Приморского края электроэнергии сооружаемой Бурейской ГЭС; ВЛ 500 кВ Барабинск - Омск, обеспечивающая воссоединение ОЭС Сибири и Урала, увеличение надежности работы Омской области; ВЛ 400 кВ «Выборгская преобразовательная подстанция постоянного тока - Госграница» для увеличения экспорта электроэнергии в Финляндию; ПС 500 кВ «Беркут». Ведется проектирование заходов ВЛ 500 кВ Амурская - Хабаровская на Бурейскую ГЭС и В Л 500 кВ Бурейская ГЭС - Хабаровская для выдачи мощности Бурейской ГЭС. Прорабатываются вопросы, связанные с ликвидацией «узких мест» в Единой энергосистеме, включая ограничения по выдаче мощности из ОАО «Колэнерго», «Тюменьэнерго», «Комиэнерго». РАО «ЕЭС России» проводятся исследования по сооружению прямой связи 1150кВ Сибири с Уралом по территории России; электропередачи постоянного тока Россия - Польша - Германия (энергомост «Восток - Запад»); объединению энергосистем стран Черноморского бассейна («Черноморское кольцо»), с сооружением электропередачи 500 кВ Россия - Грузия - Турция; объединению энергосистем Балтийского бассейна («Балтийское кольцо»), с созданием прямой связи Янтарьэнерго с Единой энергосистемой России. При сооружении высоковольтных ЛЭП для обеспечения приемлемого уровня напряженности электрического поля под ними и вблизи них немаловажное значение имеет их конструктивное исполнение. Сюда можно отнести [92] тип опоры, длину пролета линии, марку провода и также ряд других параметров. При строительстве ЛЭП используют три типа опор: стальные, железобетонные и деревянные. Стальные опоры. Основные конструктивные элементы таких опор изготавливаются из стали СТЗ. Наиболее напряженные части опор изготавливаются из низколегированных сталей. Для оттяжек опор применяются стальные спиральные канаты и тросы. Части опор подвергаются заводской горячей оцинковке. Сборка производится с помощью болтовых соединений. Железобетонные опоры. Конические секции стоек и цилиндрические траверсы опор изготовляются из бетона марок 400-500 с применением соответствующей арматуры. Деревянные опоры. Изготавливаются из пропитанных антисептиками бревен сосны 2 и 3 сортов. При определенных условиях возможно также использование лиственницы, ели или пихты. Выбор той или иной опоры определяется в частности величиной используемого напряжения. Более подробно остановимся на опорах линий электропередачи 500 кВ. В табл. 1.2 представлена краткая характеристика конструктивного исполнения ВЛ 500 кВ. Примечание: Условные обозначения опор расшифровываются следующим образом: П - промежуточная, А - анкерная, АУ - анкерно-угловая, Щ - одноцепная, 2Ц - двухцепная, СТ - стальная, ЖБ - железобетонная, Д - деревянная, С - свободностоящая, 0 - на оттяжках. В среднем высота этих опор колеблется от 27-32 метров, а высота подвеса токоведущих частей от 23 до 27 метров. 1.2. Организация работ при обслуживании линий электропередачи межсистемных электрических сетей Линии электропередачи, как и любой другой объект электроэнергетики, нуждаются в обслуживании, которое осуществляется как при эксплуатации, так и при ведении ремонтных работ. Прежде чем перейти к рассмотрению организации работ на линиях электропередачи сверхвысокого напряжения приведем ряд определений, учет которых необходим для обеспечения безопасности не только персонала, но и населения. Зоной влияния электрического поля называется пространство, в котором напряженность электрического поля превышает 5 кВ/м. Зоной экранирования называется пространство вблизи находящихся в электрическом поле зданий и сооружений, а также заземленных металлоконструкций фундаментов под оборудование, силовых трансформаторов и крупногабаритных объектов, в котором напряженность электрического поля не превышает 5 кВ/м. Также выделяют санитарно-защитную зону воздушных линий, то есть территорию вдоль трассы воздушных линий, в которой напряженность электрического поля превышает 1 кВ/м. Для защиты населения от вредного воздействия электрического поля ВЛ электропередачи сверх- и ультравысокого напряжения санитарными нормами установлены санитарно- защитные зоны ВЛ, границы которых на действующих линиях определяются измерениями напряженности. Для вновь проектируемых ВЛ с горизонтальным расположением проводов и не оборудованных средствами снижения напряженности электрического поля границы санитарно - защитных зон необходимо установить по обе стороны от воздушной линии на следующих расстояниях от проекции на землю крайних фазных проводов в направлении, перпендикулярном ВЛ: 20 м при напряжении ВЛ 330 кВ; 30 м при напряжении ВЛ 500 кВ; 40 м при напряжении В Л 750 кВ; 55 м при напряжении В Л 1150 кВ. Считается, что за пределами этих границ напряженность электрического поля не превышает 1 кВ/м. Электросетевые предприятия, обслуживающие линии электропередачи напряжением 330 кВ и выше, а также другое оборудование сверхвысокого напряжения, обладают рядом некоторых специфических особенностей. К ним можно отнести следующие [20]: большая протяженность линий электропередачи (табл. 1.1); относительно малая численность персонала (табл. 1.1); предприятие имеет узловую структуру, в которой узлами являются подстанции, а связующими элементами - ВЛ 330 кВ и выше; высоковольтное оборудование и обслуживающий его персонал, в основном, сосредоточены на подстанциях; работы ведутся главным образом в условиях открытой производственной площадки, что накладывает определенные ограничения при обслуживании оборудования в зимний период. Работы по техническому обслуживанию ВЛ выполняются электромонтерами подстанций (районных участков), за исключением выборочных осмотров и осмотров ВЛ после капитального ремонта, которые вьшолняются инженерно-техническими работниками. Перечень и сроки проведения работ (осмотры, проверки и измерения, выполнение отдельных видов работ по устранению мелких повреждений и неисправностей), выполняемых при техническом обслуживании В Л, приведены в табл. 1.3 [94]. Работы, связанные с верховым осмотром, проводятся 2 раза в год и, как правило, непродолжительны. Работы по расчистке трасс в зоне отчуждения ЛЭП можно подразделить на ручную расчистку и механизированную расчистку трассы.
Механизированная расчистка трассы осуществляется путем использования тяжелой дорожной техники (бульдозеров). В этом случае механизатор, находящийся в кабине бульдозера достаточно экранирован от воздействия электрического поля. При этом эффективность экранирования зависит, в определенной степени, от сопротивления самозаземления бульдозера.
Результаты исследований напряженности электрического поля под линией сверхвысокого напряжения, выполненные в соответствии с разработанной методикой
Следует отметить, что, несмотря на довольно большое количество публикаций с результатами исследования ЭП, измерения, как правило, не носили «массового» характера: замеры осуществляются лишь в наиболее характерных точках линии (вблизи опоры, под крайней фазой, в зоне наибольшего провеса проводов и т.д.).
Впервые массовые измерения были проведены сотрудниками кафедры «Безопасность жизнедеятельности» Южно-Уральского государственного университета, а ряд результатов этих измерений приведен в [20]. Однако проведение экспериментов не отличалось особой тщательностью, что вносило методическую погрешность в полученные результаты. При измерениях фиксировались только напряженность электрического поля и температура воздуха, но не фиксировались влажность воздуха, атмосферное давление и скорость ветра, хотя эти факторы могут оказывать влияние, как на величину, так и на распределение напряженности электрического поля. Кроме того, измерения проводились не в фиксированных точках. Расстояние измерялось от опоры с помощью рулетки вдоль и поперек пролета, что так же вносило методическую погрешность в измерения. Не проводилось измерение расстояния от земли до фазных проводов, хотя известно [28], что величина и характер распределения напряженности электрического поля на уровне 1,8 м от поверхности земли зависит, прежде всего, от расстояния между фазными проводами и землей. Недостатки предыдущих исследований были учтены при разработке плана проведения экспериментального исследования напряженности электрического поля вдоль линии электропередачи сверхвысокого напряжения. В результате исследования необходимо выявить наличие зависимости напряженности электрического поля от температуры, абсолютной влажности окружающего воздуха, атмосферного давления, скорости и направления ветра, а также от силы тока, протекающего по линии (с увеличением тока увеличивается нагрев провода, что приводит к увеличению стрелы провеса, а, следовательно, к увеличению напряженности).
Указанное исследование может быть осуществлено тремя способами: - при помощи активного эксперимента; - при помощи пассивного эксперимента; - в результате пассивных наблюдений. Активный эксперимент для решения данной задачи неприемлем, поскольку экспериментатор не может влиять на такие погодные явления как температура и влажность воздуха. Нельзя произвольно изменять ток в линии, которая обеспечивает электроэнергией ряд областей, и, по сути, является стратегическим объектом. Но исследование можно провести по схеме пассивного эксперимента, когда сам экспериментатор не изменяет факторы, но старается произвести измерения при заранее запланированных комбинациях факторов. Далее все значения одного фактора подразделяются на группы (уровни фактора), объединяющие более или менее близкие друг к другу значения. Задача состоит в том, чтобы средние значения фактора в каждой группе заметно отличались друг от друга [88]. Например, для решения задачи экспериментального исследования напряженности электрического поля вдоль линии электропередачи прогнозное значение метеоданных получено от службы гидрометцентра города Челябинска, прогнозное значение тока - от диспетчеров Челябинского предприятия «Межсистемные электрические сети РАО «ЕЭС России». В случае проведения эксперимента по данной схеме в исходную таблицу записываются значения факторов и соответствующие им значения характеристики исследуемой структуры. В последнее время все шире используются различные методы планирования эксперимента. Каждый план проведения эксперимента имеет много свойств и особенностей, характеризующих его. Это, прежде всего [41]: а) количество факторов, входящих в план и число их уровней; б) количество измерений в эксперименте N; в) показатели точности оценки параметров регрессионной зависимости; г) показатели точности регрессионной функции в целом. Первым шагом при планировании эксперимента является выбор количества факторов, входящих в план, и области изменения этих факторов. Согласно данным, полученным в диспетчерской службе Челябинского предприятия «Межсистемные электрические сети «РАО ЕЭС России» колебания напряжения ЛЭП 500кВ составляют не более 1%. В течение измерений напряжение в линии изменялось не более чем на 0,5 %. Известно, что напряженность электрического поля прямо пропорциональна напряжению линии. Приборы, с помощью которых проводились исследования ЭП имеют погрешность 7% и более (см. прил.1), и, следовательно, при обработке результатов напряжение линии можно считать постоянным, равным номинальному. Ток нагрузки может изменяться от 100 до 1000 А. Последнее показывает, что электрические потери в проводе могут изменяться в 100 раз, однако даже при токе 1000 А плотность тока составляет не более 1 А/мм2. Среднее значение тока в линии составляет 300-400 А. Далее будет показано, что ток 400 А вызывает перегрев провода в 2С при отсутствии ветра (ток 1000А соответственно 8,5 С). При ветре уже в 1 м/с перегрев уменьшается почти в 2 раза. Следует отметить, что при расчете перегрева провод считают идеально круглым. В действительности провод состоит из нескольких алюминиевых проводников. Таким образом, площадь поверхности провода существенно больше, а, следовательно, перегрев еще меньше. Все вышесказанное позволяет заключить, что ток не является значимым фактором, влияющим на напряженность ЭП под ЛЭП 500 кВ. По данным метеоцентра Челябинской области среднее атмосферное давление за 2001 год составило 740,6 мм.рт.ст., при этом отклонение давления от среднегодового составило менее 4%. Максимальное отклонение приходится на зимний период (ноябрь, декабрь). Измерения давления показали, что в процессе проведения эксперимента, изменение атмосферного давления составило не более чем 2,5%. Исходя из этого, атмосферное давление можно не считать фактором, оказывающим существенное влияние на напряженность электрического поля вдоль линии электропередачи сверхвысокого напряжения, и не учитывать его. Средняя годовая температура воздуха для г. Челябинска составляет +2,8С, максимальная температура воздуха, зафиксированная в 2001 году, составила +32С, а минимальная -38С. Известно, что на стрелу провеса, а следовательно на величину и характер распределения напряженности вдоль ЛЭП большое влияние оказывает температура воздуха [8, 9 и др]. При проведении эксперимента этот фактор необходимо учитывать в первую очередь. Средняя относительная влажность в городе Челябинске составила 76% за 2001 год, при этом отклонение относительной влажности от средней составило не более 18%. В известной нам литературе нет данных о том, влияет ли влажность воздуха на величину напряженности ЭП вдоль ЛЭП СВН. Согласно [93] при изменении относительной влажности воздуха от 0 до 100% его диэлектрическая проницаемость изменяется от 1,0004 до 1,0009 (при температуре 30С и давлении 740 мм рт. ст.). Согласно [57] абсолютной влажностью называется масса пара в 1 м3 смеси его с газом, численно равная плотности пара при его парциальном давлении и при заданной температуре смеси. В [12] показана тесная связь абсолютной влажности с температурой воздуха. При обработке результатов измерений это необходимо учитывать.
Оценка влияния ветровой нагрузки на напряженность электрического поля под ЛЭП СВН
Показано, что для обеспечения снижения риска повреждения здоровья линейного персонала межсистемных электрических сетей, обслуживающего ЛЭП СВН, необходимо экспериментальное исследование величины и характера распределения напряженности ЭП вдоль линии электропередачи в зависимости от метеофакторов (таких как температура, скорость ветра и т.д.)
Разработан план проведения экспериментального исследования напряженности электрического поля вдоль линии электропередачи, учитывающий методические погрешности, которые были допущены в прошлых исследованиях. Измерения имели массовый характер (при каждой температуре измерения напряженности проводились более чем в 100 фиксированных точках под линией). Измерения проводились на расстоянии более 100 м от опор, чтобы исключить их экранирующее действие, а, кроме того, для того, чтобы проводить измерения в зоне действия ЭП (пространство, где напряженность ЭП превышает 5 кВ/м). На основе литературы были выбраны факторы, способные оказывать влияние на напряженность ЭП под линией (температура, скорость, направление ветра и т.д.), и их уровни.
Построены экспериментальные диаграммы напряженности ЭП от температуры, влажности воздуха, скорости ветра. Из диаграмм видно, что существует связь между температурой воздуха и напряженностью под ЛЭП 500, эта связь линейна в диапазоне изменения температуры от -17 С до +24 С при скорости ветра 2...4 м/с и присутствие на проводе гололедных отложений при температурах -3,5С и ниже. Необходимо отметить, что это справедливо для второго района по гололедным и ветровым нагрузкам, к которым относится Челябинск и его окрестности. Связь между напряженностью ЭП и температурой существует только вследствие изменения длины фазного провода с изменением температуры окружающего воздуха, и, следовательно, расстояния от провода до земли. При одинаковом расстоянии от провода до земли и разных температурах напряженность ЭП практически не изменяется. Абсолютная влажность воздуха тесно связана с его температурой. Из диаграмм видно, что при одинаковом расстоянии до фазного провода с увеличением влажности увеличивается напряженность ЭП. Связи между скоростью ветра и напряженностью ЭП не прослеживается. 5. Экспериментально доказано, что величина напряженности электрического поля под линией электропередачи определяется, в основном, температурой возду ха и рельефом местности. Остальные рассматриваемые факторы не являются значимыми. 6. Получены уравнения регрессии напряженности ЭП в зависимости от температуры воздуха. Коэффициент уравнения регрессии составил 0,0913. В результате сопоставления коэффициента уравнения регрессии с его среднеквадратичной ошибкой было с вероятностью 95% доказана его значимость. 7. Получены уравнения регрессии напряженности ЭП в зависимости от скоростного напора ветра и абсолютной влажности воздуха. В результате сопоставления коэффициентов корреляции с их среднеквадратичными ошибками было с вероятностью 95% было доказано, что эти коэффициенты нельзя считать значимыми. Как было показано в 1 главе, на линейный персонал, занятый обслуживанием ЛЭП СВН, действует целый ряд вредных факторов. Наиболее значимым из них является напряженность ЭП промышленной частоты. Для снижения риска повреждения здоровья линейного персонала от воздействия этого вредного фактора, необходимо не только исследовать саму напряженность ЭП и оценить в каких пределах и в зависимости от каких факторов она изменяется, но и обеспечить, по возможности, минимальную экспозицию (продолжительность и интенсивность вредного воздействия) нахождения персонала в зоне действия ЭП. Таким образом, необходимо не только рассчитать напряженность ЭП под ЛЭП СВН, но и оценить работоспособность персонала в зависимости от условий его работы и степень изменения работоспособности в течение рабочего дня. Это позволит спланировать работы таким образом, чтобы работа в зоне с максимальной интенсивностью вредного фактора проводилась за наименее продолжительный промежуток времени. Перед тем как перейти к расчету ЭП под линией электропередачи необходимо сформулировать допущения, которые будут использованы при расчете. При расчете напряженности ЭП были приняты следующие начальные допущения: - объектом моделирования является поверхность, расположенная на высоте 1,8 м от поверхности земли в охранной зоне действующей В Л 500 кВ (полоса земли шириной, равной для В Л 500 кВ расстоянию между крайними проводами плюс 30 м [52]). - поскольку расстояние от источника ЭМП до точек, где рассчитывается напряженность ЭП существенно меньше длины волны, то электрическую составляющую поля можно рассматривать независимо от магнитной и использовать для вычисления напряженности электрического поля законы электростатики; - провода линии являются идеально гибкими нитями; - поскольку вблизи опор провод располагается высоко и сказывается экранирующее действие опор, то напряженность ЭП вблизи опор ниже 5 кВ/м, что не представляет опасности для здоровья персонала, обслуживающего ВЛ. Таким образом, моделирование напряженности ЭП проводилось на таком расстоянии, на котором не сказывается экранирующее действие опор (60 м от опоры и более) на меньшем расстоянии напряженность ЭП принималась равной 5 кВ/м; - пренебрегаем явлением коронного разряда. Для расчета напряженности ЭП широко используют метод зеркальных отображений. Этот метод применяется для расчета электростатических полей, в особенности, ограниченных какой-либо проводящей поверхностью правильной формы или в которых есть геометрически правильной формы граница между двумя диэлектриками. В силу своей простоты и наглядности этот метод нашел очень широкое распространение при расчете напряженности ЭП промышленной частоты в зависимости от стрелы провеса провода (расстояния по вертикали между точкой подвески провода и произвольным его сечением на заданном расстоянии от опоры). В процессе эксплуатации линии с заданной длиной пролета стрела провеса не остается неизменной. При увеличении нагрузок от гололеда или ветра стрела провеса провода увеличивается. Изменение температуры так же приводит к изменению длины провода и стрелы провеса. Из практики эксплуатации ВЛ известно, что наименьшая стрела провеса провода соответствует минимальной температуре без гололеда и ветра. Наибольшая стрела провеса может наблюдаться либо при наибольшей температуре, либо при гололеде без ветра. Необходимо отметить, что большинство работ на ВЛ ведется летом при положительных температурах. Стрелу провеса провода можно рассчитать теоретически. При расчете вследствие больших расстояний между опорами жесткостью проводов (на изгиб) можно пренебречь и рассматривать их как идеально гибкие нити. Поэтому можно считать, что усилие в любом сечении провода определяется только растяжением и направлено по касательной к кривой провисания. На рис.3.1 представлена цепная линия.
Устройство индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека
Анализ формулы (3.24) показывает, что при равенстве номинальной и передаваемой мощности (7=1000 А), перегрев провода при полном отсутствие ветра составит не более 10С. Перегрев существенно уменьшается при увеличении скорости ветра. Так при скорости ветра 2 м/с перегрев составит не более 6 С. Данные диспетчерской службы ЧПМЭС РАО «ЕЭС России» показали, что среднее значение тока в линии составляет 300...400 А. При таких значениях тока перегрев составляет не более 3С при полном отсутствии ветра. При расчете принималось, что провод имеет идеально гладкую поверхность. В действительности провода для ВЛ 500 кВ изготавливают из нескольких алюминиевых и стальных проводов (30 алюминиевых и 19 стальных для АСУ-300). Значит, площадь поверхности провода будет больше, а, следовательно, уменьшится перегрев. Таким образом, выполненный анализ показывает, что при расчете напряженности ЭП учитывать перегрев провода под действием токов нагрузки, протекающие по проводам, нецелесообразно.
На картину напряженности под линией электропередачи сверхвысокого напряжения существенное влияние оказывает ветровая нагрузка. Как показано в [9] ветровая нагрузка может быть сравнима с нагрузкой от собственной массы провода.
Колебания проводов ВЛ СВН вызываются воздействием воздушных потоков (ветра) и происходят с различными частотами, каждая из которых близка к одной из собственных частот колебаний провода. Различают три основных вида колебаний проводов [9]: вибрацию, колебания проводов в пролетах между распорками расщепленной фазы и «пляску» проводов. Вибрация проводов. Вибрацией называются высокочастотные колебания провода преимущественно в вертикальной плоскости с амплитудой, близкой к радиусу провода. Эти колебания возникают из-за образования вихрей на подветренной стороне провода после перехода от ламинарного течения воздушного потока к турбулентному. При малых скоростях ветра, поток воздуха плавно обтекает провод. При увеличении скорости ветра, на подветренной стороне провода образуются завихрения воздушных потоков с поочередным изменением их направления. Соответственно происходит снижение скорости перемещения слоев воздуха то над проводом, то под проводом. Такое изменение давления на провод является источником вибрации провода, в которую преобразуется энергия воздушного потока. Провод начинает перемещаться поперек направления воздушного потока и при совпадении частоты изменения давления потока на провод с одной из собственных частот колебаний провода развиваются резонансные его колебания.
При расщеплении проводов на несколько составляющих интенсивность вибрации и ее продолжительность существенно снижаются из-за самодемпфирования системы расщепленных проводов. Вибрация расщепленного провода при удачно выбранной конструкции распорок и их установке в пролетах не может привести к усталостным повреждениям провода уже при трех составляющих в фазе.
Поскольку колебания проводов в вертикальной плоскости под действием вибрации незначительны (составляют лишь несколько сантиметров при расстоянии от провода до точки измерения несколько метров) этим явлением можно пренебречь.
Колебания проводов в пролетах между дистанционными распорками. Эти колебания характерны для расщепленных проводов и вызываются попаданием составляющих расщепленного провода в аэродинамический след завихрений воздушных потоков, образующихся при обтекании проводов воздушным потоком со скоростью 4-18 м/с. Аэродинамический след составляющего расщепленного провода может вызывать колебания другого составляющего в пределах угла ±20 и на расстоянии до 20 диаметров составляющих расщепленного провода. В условиях эксплуатации эти колебания могут привести к массовому выходу из строя и разрушению дистанционных распорок и истиранию проводов. Поэтому не следует допускать попадания составляющих расщепленных проводов в аэродинамический след соседних проводов. По этой причине на линиях СВН с расщепленными проводами расстояние между соседними составляющими принимается не менее 40 см.
Колебания проводов в пролетах между дистанционными распорками способны несколько изменить картину распределения напряженности электрического поля, но поскольку колебания происходят в горизонтальной плоскости, то величина напряженности не меняется. Поскольку составляющие фаз смещаются друг относительно друга не более чем на 40 см, картина электрического поля изменяется несущественно.
«Пляска» проводов. Образование гололеда на проводах при наличии ветра происходит со смещением оси симметрии гололедообразования по направлению ветра. На проводе образуется как бы крыло, которое, тормозя движение потока воздуха, приводит к подъему провода. Подъем провода происходит до тех пор, пока упругие силы натянутого провода его не остановят. При обратном движении провода подъемная сила действует в противоположном направлении и колебательный процесс повторяется. Пляска проводов происходит при одной из собственных частот колебаний проводов и относится к автоколебательным явлениям, поскольку движение провода регулирует, поступление энергии воздушного потока, поддерживающего колебательный процесс. Наиболее характерны частоты пляски 0,1 - 0,75 Гц с образованием одной, двух или трех полуволн в пролете. Из-за наличия бокового напора воздушного потока провод при подъеме и опускании перемещается по разным траекториям, образуя эллипс с малой осью, равной 0,3 -0,5 большой оси. При этом размеры большой оси могут достигать размеров стрелы провеса провода.
Пляска проводов происходит при температурах от 0 до - 5 С и даже при более низких температурах, до - 10 С. Исследования распределения ЭП под ЛЭП 500 кВ, проведенные нами и представленные в гл.2 показывают, что при толщине стенки гололеда 10 мм и менее и изменение скорости ветра от 0 до 12 м/с величина и распределение напряженности ЭП меняется несущественно (коэффициент корреляции между напряженностью ЭП и скоростью ветра нельзя считать значимым), поскольку расчистка трассы проводится в том случае, когда линия проходит через лесной массив, то скоростной напор ветра не велик.
Итак, скорость и направление ветра не следует учитывать при расчете напряженности ЭП под ЛЭП СВН.
Влияние скорости ветра на охлаждение фазных проводов, а, следовательно, на стрелу провеса было подробно рассмотрено в п. 3.3.
