CC BY
15
МОДЕЛИРОВАНИЕ КВАЗИСТАТИЧЕСКОГО РЕЖИМА
ЭКРАНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ВОЗДУШНОЙ
ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 220 КВ В СРЕДЕ FEMM
1 2 Быковская Л.В. , Овсянников В.В.
Email: [email protected]
1Быковская Людмила Владимировна - кандидат технических наук, доцент, кафедра автоматизированного электропривода, электромеханики и электротехники; 2Овсянников Владимир Владимирович - магистрант, электроэнергетический факультет, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Оренбургский государственный университет, г. Оренбург
Аннотация: модернизация электрических сетей происходит непрерывно и повсеместно. Оценка экологического влияния электромагнитных полей линий электропередач на окружающую среду приобретают важное значение. Рассчитывая напряженность электромагнитного поля линий электропередачи, можно выявить необходимость экранирования от электромагнитных волн при превышении допустимых значений. Выполнено моделирование экрана квазиэлектростатического поля ВЛ-220 кВ. Показано, что защищаемая сплошным экраном зона полностью экранирована от электромагнитного поля.
Ключевые слова: линия электропередачи, электромагнитное поле, потенциал, напряженности электрического и магнитного полей, электростатический экран, квазистатическое поле.
SIMULATION OF QUASI-STATIC MODE OF ELECTRIC FIELD
SHIELDING OF 220 KV OVERHEAD POWER LINE IN FEMM
ENVIRONMENT
12 Bykovskaya L.V. , Ovsyannikov V.V.
1Bykovskaya Lyudmila Vladimirovna - Candidate of technical Sciences, Associate Professor, DEPARTMENT OF AUTOMATED ELECTRIC DRIVE, ELECTROMECHANICS AND ELECTRICAL ENGINEERING; 2Ovsyannikov Vladimir Vladimirovich - Undergraduate, FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING, FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION ORENBURG STATE UNIVERSITY, ORENBURG
Abstract: modernization of electric networks is continuous and everywhere. Assessment of the environmental impact of electromagnetic fields of power lines on the environment is becoming important. Calculating the intensity of the electromagnetic field of power lines, it is possible to identify the need for shielding from electromagnetic waves in excess of permissible values. Modeling screen quasielectrostatic fields VL-220 kV. It is shown that a continuous screen shielded area are completely shielded against electromagnetic fields. Keywords: рower line, electromagnetic field, potential, electric and magnetic field strength, electrostatic screen, quasi-static field.
УДК 621.315.1
В ближней зоне распространения электромагнитных волн при расстоянии от источника поля значительно меньшем длины волны и низких частотах (до 5000 Гц) имеет место квазистатическая картина электрического поля. Это означает, что изменения поля с частотой 50 Гц имеют малое физическое значение, воздействие электромагнитных полей (далее - ЭМП) определяется главным образом его способностью накапливать статические электрические заряды на поверхности диэлектрических поверхностей в зоне действия поля [1]. Емкостное воздействие полей на проводящие материалы в зоне действия определяется величиной напряженности E, кВ/м, и в контексте данной задачи им можно пренебречь, поскольку на уровне земли поле имеет напряженность E < 25 кВ/м [2]. Рассмотрим модель экрана в программе FEMM - Finite Element Method Magnetics - магнитные расчеты методом конечных элементов [3].
Данная модель состоит из трех сталеалюминевых проводов ВЛ, потенциал которых задан соответствующими амплитудами фазных напряжений, рассчитанными для нулевого момента времени в нормальном режиме работы ВЛ. Замкнутый контур обозначает расчетную область, граница которой задана граничными условиями с нулевым потенциалом ф=0 кВ.
Рис. 1. Модель экранирования электрического поля ВЛ 220 кВ
Рассматривается использование замкнутого электростатического экрана из проводящего материала, к примеру, таким экраном может служить тонкая алюминиевая фольга либо сетчатый экран с малыми размерами ячейки (рис. 1).
Экран представляет собой замкнутую область из двух листов, промежуток между которыми заполнен воздухом. Факт наличия заземления экрана задан в программе как нулевой потенциал экрана. На рисунке 2 распределения электрического поля видно, что непосредственно на поверхности экрана поле принимает нулевое значение, пространство внутри экрана полностью защищено от электростатических полей в соответствии с заданными условиями решаемой задачи.
Рис. 2. Рисунок распределения плотности напряженности электрического поля ВЛ-220 кВ с применением электростатического экрана
Рассмотрим распределение напряженности электрического поля ВЛ вдоль контура «провод-экран» [4], на рисунке 3 данный контур показан красной линией. В соответствии с результатами расчета, можно отчетливо видеть, что в углу такого экрана наблюдается повышенная напряженность поля (судя по цветовой визуализации уровня поля). Данное явление объясняется тем, что экран в данном случае служит обкладкой конденсатора, на которой скапливается статический заряд. Чем меньший радиус имеет электрод, тем больше напряженность поля вблизи данной поверхности. В случае игольчатого электрода и превышении напряженности поля критического уровня, например при рассмотрении ВЛ класса напряжения 500 кВ и выше, возможно появление коронирования, что необходимо учитывать при разработке подобных экранов из проводящих материалов и расположения их вблизи от высоковольтных токоведущих частей, например, на территории ОРУ-500 кВ.
9.500е+003 ; >1.000е+004 9-ОООе+ООЗ : 9.500е+003 6.500е+003 : 9.0000+003 е.ЛООе+003 : а.500е+003 7.500е+003 : в.000е-Н)03 7.000е+003 : 7.500В+003 6.500е+003 : 7.000е+003 б.ОООе+ООЗ : 6.5ОО0+ООЗ 5.500е+003 : 6.000е+003 5.000е+003 : 5.500е+003 4.500е+003 : 5.000е+003 4-ОООе+ООЗ : 4.500е+Ю03 3.500е+003 : 4.000е+003 3.000е+003 : 3.500В+003 2.500е+003 : З-ОООе+ООЗ 2-ОООе+ООЗ : 2.5000+003 1.500е+003 : 2.000В-Н103 1.000е+003 : 1.500е-Н)03 5.000е+002 : 1.000е+003 <0.000е+000 : 5.000е+002 ityPIot: Е|, V/m
Рис. 3. Иллюстрация принятого контура расчета распределения поля и точка повышенной напряженности поля на углу экрана
На рисунке 4 приведен график напряженности электрического поля, полученный в соответствии с рассчитанными данными по принятой модели.
Расстояние приведено в метрах. На графике отчетливо видно, что на удалении порядка 1,5-2 м поле принимает близкое к нулевому значение. Данные результаты позволяют сделать вывод о том, что помещение экрана в квазистатическое поле ВЛ-220 не вносит существенные коррективы в картину распространения поля.
Рис. 4. График распределения напряженности электрического поля вдоль выбранного контура
Однако, следует принять во внимание тот факт, что в реальности имеют место различные механизмы взаимодействия экрана и полей. Как показано на рис. 3, в углу экрана-электрода наблюдается скопление зарядов, которое вызывает увеличенную напряженность поля.
Полученные результаты позволяют оценить необходимость и эффективность экранирования полей с помощью электростатического режима. В данном примере показано, что картина поля существенно не изменилась, наблюдается некоторое увеличение напряженности вблизи от экрана. Область, охваченная замкнутым экраном, оказалась полностью защищена от воздействия квазиэлектростатического поля. Для уточнения картины распределения поля необходимо использовать динамические модели, учитывающие изменение полей во времени, и различные механизмы взаимодействия электрических и магнитных полей.
Выводы: В соответствии с изученными сведениями по защите от электромагнитных полей промышленной частоты в программе FEMM выполнено моделирование экрана квазиэлектростатического поля ВЛ-220 кВ. Показано, что защищаемая сплошным экраном зона полностью экранирована от электромагнитного поля, имеется локальная зона повышенной напряженности вблизи угла с малым радиусом. Картина распределения электрического поля не изменена после внесения экрана.
Список литературы /References
1. Довбыш В.Н. Электромагнитная безопасность элементов энергетических систем: Монография / В.Н. Довбыш, М.Ю. Маслов, Ю.М. Сподобичев. Самара: ООО «ИПК Содружество», 2009. 198 с.
2. Аполлонский С.М., Каляда Т.В., Синдаловский Б.Е. Безопасность жизнедеятельности человека в электромагнитных полях: Учеб. пособие. СПб.: Политехника, 2006. 263 с.
3. Быковская Л.В. Моделирование электрического и магнитного полей воздушной линии электропередачи. / Л.В. Быковская, Е.В. Чурикова. / Вестник Кузбасского государственного технического университета, 2016. № 5 (117). С. 80-86.
4. Зуев В.Г. Справочник по электромагнитной безопасности работающих и населения. / В.Г. Зуев, В.И. Попов. Воронеж, 1998. 201 с.
АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА В УВЛАЖЁННОЙ ИЗОЛЯЦИИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ Рафикова Г.Р. Email: [email protected]
Рафикова Гульнара Рикситиллаевна - старший преподаватель, кафедра электроснабжения, Ташкентский государственный технический университет, г. Ташкент, Республика Узбекистан
Аннотация: в статье производится анализ процесса влаг переноса под действием электрического поля и процесса распределения потенциала в увлаженной изоляции (в момент после наложения поля, в промежуточный и конечный моменты, до выключения приложенного напряжения) и расмматривается вопрос сушки изоляции под действием электростатического поля, а также доказывается, что электростатическое поле меняется во времени внутри увлажнённого изоляционного материла и поляризация увлажненного диэлектрика отрицательно влияет на процесс переноса влаги из изоляции.
Ключевые слова: изоляция, влажность, электростатика, потенциал, напряжение.
ANALYSIS OF POTENTIAL DISTRIBUTION IN WETTED INSULATION UNDER THE INFLUENCE OF ELECTROSTATIC
FIELD Rrafikova G.R.
Rafikova Gulnara Riksitillaevna - Senior Lecturer, DEPARTMENT ELECTRICITY SUPPLY, TASHKENT STATE TECHNICAL UNIVERSITY, TASHKENT, REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Abstract: in article the analysis of process of moisture transfer under the influence of electric field and process of distribution ofpotential in uvlazhyonny isolation (at the moment after field imposing, at the intermediate and final moments, before switching off of the enclosed tension) and question of drying of isolation under the influence of an electrostatic field is made, and also proved that the electrostatic field changes in time in uvlazhyonny insulating swore and polarization of uvlazhyonny dielectric negatively influences process of transfer of moisture of isolation.
Keywords: insulation, humidity, electrostatic, potential, voltage.
УДК 621.3 (075)
В соответствии с теорией влаг переноса под действием электрического поля, в начальный момент при включении напряжения, заряженные частицы диффузионного слоя не перемещаются. Происходит лишь поляризация диэлектрика. Далее образуется поток ионов, создающий неравномерность их концентрации двойного электрического слоя (Д.Э.С.) А через некоторый промежуток времени, при стабилизации процесса, наблюдается преимущественное движение отрицательных
