CC BY
15
УДК 621.316.727
МОНИТОРИНГ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ХАКАССКОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ
Г.Н. ЧИСТЯКОВ, Р.Ю.БЕЛЯЕВ
Хакасский технический институт - филиал ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
Представлены результаты мониторинга электромагнитной обстановки линий электропередачи Хакасской энергосистемы. Приведены величины нормируемых параметров стандартов на качество электрической энергии и воздействия электромагнитных низкочастотных излучений, указана необходимость их взаимосвязи. Рассмотрен метод прогнозирования и анализа электромагнитной обстановки вблизи линий электропередачи при нарушении симметричных режимов работы.
Ключевые слова: электромагнитная обстановка, линия электропередачи, качество электрической энергии, электромагнитные низкочастотные излучения.
По мере интеграции европейских стран в единое сообщество документы стали приобретать международный характер. В январе 1995 года "Европейский комитет по стандартизации в электротехнике CENELEC" (Comité Europeen de Normalisation Electrotechnique) выпустил два стандарта, определяющих европейские нормы воздействия электромагнитных полей на человека на низких (от 0 Гц до 10 кГц) частотах ENV 50166-1 и на высоких (от 10 кГц до 300 ГГц) частотах ENV50166-2. В них было проведено различие между профессиональными нормами (действующими на рабочем месте) и общественными (дома, в общественном транспорте и т.д.) [1].
Согласно европейским нормативам ENV-50166, при напряженности электрического поля 6,1 кВ/м персонал в обязательном порядке должен информироваться о наличии поля. Для населения нормативные значения напряженностей берутся в 2,5 раза меньшими, чем на рабочих местах, и составляют, соответственно, 2,44 кВ/м.
Нарушение природной электромагнитной среды техногенными электромагнитными полями, как показывают результаты многочисленных эпидемиологических, клинико-физиологических и экспериментальных исследований, имеет негативные последствия для человека (генетические, психогенные, мутагенные и др.).
Действие электромагнитного поля не проходит для человека бесследно. В медицине имеются неоспоримые доказательства негативных последствий (включая отдаленные последствия), вызванных воздействиями как мощных, так и электромагнитных полей слабой интенсивности. Эти поля воздействуют на нервную, эндокринную и сердечно-сосудистую системы, нарушают обмен веществ и морфологический состав крови, вызывают изменение репродуктивной функции и др.
На сегодня отечественные нормативы, так же как и зарубежные, не являются совершенными [2]. Требуются дальнейшее уточнение и разработка регламентов не только по отдельным компонентам электрического и магнитного полей, но и при одновременном их воздействии, а также в крайних инфрачастотных диапазонах.
Одной из главных особенностей биологического действия электромагнитного поля является изменение функционального состояния
© Г.Н. Чистяков, Р.Ю. Беляев
Проблемы энергетики, 2009, № 5-6
центральной и вегетативной нервной системы, непосредственно или опосредованно влекущее за собой нарушения различных функций организма.
Для обеспечения безопасности и предупреждения негативного воздействия на статус здоровья людей, контактирующих с электромагнитным полем, должны выполняться гигиенические требования, регламентирующие уровни воздействия и экспозиции как в производственных условиях, так и в окружающей среде.
Техногенные электромагнитные поля, интенсивно загрязняющие окружающую среду, могут рассматриваться как эколого-гигиенический фактор риска, негативно влияющий на состояние среды и здоровья не только специалистов, работающих с источниками излучения, но и населения, с возможными отдаленными последствиями.
Вопросы безопасности и защиты человека от воздействия электромагнитного поля актуальны и решаются различными путями. Основным фундаментальным профилактическим направлением по улучшению условий жизнедеятельности человека является гигиеническое нормирование воздействия электромагнитного поля как для производственных условий, так и для окружающей среды. Практика показала, что разработка и реализация гигиенических нормативов электромагнитного поля сыграла существенную роль в оздоровлении условий труда работающих и способствовала резкому снижению случаев профессиональной патологии.
Пространственно-временная регламентация электромагнитного поля разработана в различных странах. Однако анализ нормативных материалов свидетельствует о значительном расхождении стандартов. Объясняется это отличием принципиальных концепций методологического подхода и различием критериев оценки биологического действия электромагнитного поля на человека. В настоящее время гигиеническое регламентирование продолжается в части корректировки имеющихся нормативов, разработки нормативов отдельных частотных диапазонов составляющих электромагнитного поля и учета взаимодействия электромагнитного поля с другими факторами окружающей среды.
Рассмотрена взаимосвязь
стандартов качества электрической энергии и электромагнитных
низкочастотных излучений на примере анализа электромагнитной обстановки вокруг ЛЭП при нарушении симметрии. Линии напряжением 220 кВ и менее зачастую проходят в местностях с густой жилой и промышленной застройкой. Рассмотренная линия электропередачи выполнена на типовых опорах (рис. 1).
Анализ поля ЛЭП был проведен при помощи интегрированной диалоговой системы программ, позволяющей решать плоские и осесимметричные задачи - ЕЬСиТ (производственный кооператив ТОР). Моделирование производилось методом конечных элементов. При заданной геометрии ЛЭП и установленном шаге
Рис. 1. Унифицированная двухцепная промежуточная опора ВЛ 220 кВ
дискретизации, а также определенных граничных условиях и заданных физических свойствах объектов с помощью системы ЕЬСиТ имеется возможность получить геометрическую модель и сетку конечных элементов, присущих данной задаче (рис. 2).
Рис. 2. Геометрическая модель и сетка конечных элементов
С помощью средств ЕЬСиТ была исследована зависимость действующего значения напряженности электрической составляющей поля от расстояния. На рис. 3 показана линия с направлением, вдоль которой производилось исследование. Она расположена на высоте среднего роста человека (1,7 м) от земли.
ЕЬСИТ Измерения
ЁЙ
Л 'ё Яш ¡иг)
1 ш .1 к
/ 1 щц л \\
/ щ Ш!1 0 ш \
/ \\ V х
Ох
Е ПЛЛО Срей^р
1760
.53М
1№
.м ;
2257
1831
.1.130
.0 378
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5
10
15
20
25 30 35 40
Рис. 3. Поле рассматриваемой ЛЭП 220 кВ, а также зависимости Е(1), полученные при экспериментальном и теоретическом исследовании
Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности £ 2 в процентах [3]:
и 2 и 2 £ 2 ---100 »-
и1 ином
100,
(1)
где и2 - действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений; и 1 - действующее значение
напряжения прямой последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений.
К сожалению, сравнить полученные максимальные значения напряженности электрического поля с нормативными значениями не представляется возможным, так как в России отсутствуют нормативные документы, устанавливающие предельные допустимые уровни напряженности для населения (российские нормативы ограничивают значения напряженностей полей только на рабочих местах) [4].
На рис. 4 показана принципиальная схема присоединения прибора «Ресурс -иЕ2М» к токовым цепям и цепям напряжения с целью полного контроля параметров линии в течение длительного времени.
трансф*
ТТ-А
Рис. 4. Принципиальная схема присоединения прибора Ресурс -ОТ2М
В табл. 1 приведен фрагмент данных измерения составляющих напряженности электромагнитного поля под линей Д-66, в табл. 2. - линейных напряжений на линии Д-66.
Таблица 1
Фрагмент данных измерения составляющих напряженности электромагнитного поля под линей Д-66
Расстояние, м В, нТл Ех, В/м Еу, В/м Ег, В/м Время
0,0 1450 82 62 80 13:58
6,8 1600 84 65 79 14:01
8,1 1610 72 73 78 14:04
11,0 1590 54 92 51 14:11
Таблица 2
Фрагмент данных измерения линейных напряжений измерителем качества электрической
время иав ивс иса
13:58 236108,391 236781,313 233568,375
14:01 236067,109 236825,844 233721,438
14:04 235763,203 236801,734 233461,266
14:11 235990,531 236900,953 233680,547
Анализ данных, полученных системой «Ресурс-ИР2М», производился с помощью векторных диаграмм, изображенных на рис. 5.
А
Рис. 5. Векторные диаграммы, поясняющие анализ экспериментальных данных
Изначально по оси абсцисс откладывается значение напряжения, зафиксированное в определенный момент времени. Затем из начала и конца полученного вектора, до пересечения, откладываются другие напряжения - таким образом получаем треугольник напряжений. Постепенно, получая треугольники напряжений для каждого момента времени, соответствующего реальному замеру, будем иметь множество диаграмм. Затем находятся средние значения координат согласно выражениям:
х[ = АС[ • соз(аI), У1 = АС[ ■ зт(а/),
(2) (3)
Е АВ1
Вер = —-, (4)
Ех'1
х ер = , (5)
Е у
.У ер =——• (6)
п
Углы ф I получаем, перенося соответствующие вектора полученной диаграммы и совмещая их в одной точке (рис. 5). Полученные значения модулей напряжений и углов между ними и будут исходными данными для моделирования в системе ЕЬСиТ.
Выводы
1. Проведенные исследования показали работоспособность разработанной теоретической модели, что подтверждается адекватностью последней. Совпадение экспериментальных данных с данными, полученными с помощью модели, указывает на возможность применения последней для решения задач улучшения электромагнитной обстановки вблизи линий электропередачи. Наибольшая ошибка составляет менее 9% и обусловлена, в основном, ограничениями программы ЕЬСиТ на число узлов сетки конечных элементов.
2. Электромагнитное поле линии электропередачи, как один из видов техногенных загрязнений (физическая группа загрязнений), находится в явной зависимости от качества передаваемой электроэнергии.
3. Данная зависимость может быть учтена путем согласования стандартов качества электроэнергии и воздействия электромагнитных низкочастотных излучений. Только при условии взаимосвязи стандартов возможно добиться оптимальной электромагнитной обстановки вблизи ЛЭП.
4. При проектировании новых и модернизации существующих энергообъектов необходимо рассматривать экологическую сторону вопроса как один из критериев при многоцелевой оптимизации - только в этом случае объекты будут удовлетворять современным требованиям отечественных и международных стандартов.
5. Обозначенные проблемы, связанные с исследованием физиологического и эколого-гигиенического значения электромагнитных полей, оценка их взаимодействия с электроэнергетическими объектами и человеком, представляет собой актуальную задачу, решение которой позволит определить структуру и правильное размещение устройств, улучшающих электромагнитную обстановку в целом. Следует отметить, что требуется создание методики решения поставленной задачи, в которой исходные данные являются слабо формализуемыми. Известно, что наиболее перспективным методом поиска оптимальных решений в многокритериальных задачах оптимизации в условиях неопределенности
п
п
является нечеткая логика [5]. Совместное решение задачи предупреждения негативного воздействия электромагнитных полей, наряду с улучшением электромагнитной совместимости электрооборудования путем введения в рассмотрение критерия электромагнитной безопасности, даст неоспоримый эффект как в экономическом плане, так и в создании комфортной электромагнитной обстановки на рабочих местах и местах пребывания населения.
Summary
The results of monitoring of electromagnetic conditions of transmission lines of the Khakas power system are submitted. The sizes critical of parameters of the standards on quality of electrical energy and influences of electromagnetic low-frequency radiations are given, the necessity of their interrelation is specified. The method of forecasting and analysis of electromagnetic conditions near to transmission lines is considered at infringement of symmetric modes of operations.
Key words: electromagnetic conditions, transmission line, quality of electrical energy, electromagnetic low-frequency radiations.
Литература
1. Шевель Д.М. Электромагнитная безопасность. К.:ВЕК+, К.:НТИ, 2002.
2. Чистяков Г.Н., Беляев Р.Ю.. Анализ электромагнитной обстановки вблизи воздушных линий электропередачи при нарушении симметрии // Экологические системы и приборы. 2008. № 7. С 31-33.
3. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Введ. 1999-01-01. М.: ИПК Издательство стандартов, 1999. 31 с.
4. Чистяков Г. Н., Беляев Р. Ю. Электромагнитная безопасность как один из критериев многоцелевого управления электромагнитной совместимостью в электрических системах // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. 628 с.
5. Чистяков Г. Н., Беляев Р. Ю. Многокритериальный подход к управлению электромагнитной обстановкой в электрических системах на основе нечетких множеств // XIV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технологии»: Сборник трудов в 3-х томах. Т.1. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. 538 с.
Поступила в редакцию 3 февраля 2009г.
Чистяков Геннадий Николаевич - канд. техн. наук, доцент, зам. директора по НИМС Хакасского технического института - филиала федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет». Тел. 227064. E-mail: chist2@yandex.ru.
Беляев Роман Юрьевич - аспирант Хакасского технического института - филиала федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет». Тел. 296980; 8-961-7429574.
