Научная статья на тему 'Расчет электромагнитных полей линий электропередачи высокого напряжения с применением Microsoft Excel'

Расчет электромагнитных полей линий электропередачи высокого напряжения с применением Microsoft Excel Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
2144
215
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Савченко Максим Владимирович, Гончар Светлана Тихоновна

Представлено описание программы расчета электромагнитного поля (ЭП) линии электропередачи высокого напряжение в инструментальной среде Microsoft Excel 97. В качестве примера приведены результаты расчета напряженности электрического поля в середине пролета НЭП напряжением 500 кВ с горизонтальным расположением проводов на высоте 0,5; 1,0; 1,8 м над поверхностью земли и картина распределения электрического поля, создаваемого одним пролетом линии на высоте 1,8 м от поверхности земли

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Савченко Максим Владимирович, Гончар Светлана Тихоновна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Расчет электромагнитных полей линий электропередачи высокого напряжения с применением Microsoft Excel»

4. Виханский О.С. Менеджмент/ О. С. Виханский, А. И. Наумов,- 3-е изд. - М.: Гардарики, 2001528 с.

5.Герчикова И. Менеджмент / И.Герчикова.-М.: Банки и биржи, ЮНИТИ, 1997.-501 с.

6. Горемыкин В. Экономическая стратегия предприятия / В. Горемыкин, О. Богомолов. - М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», Рил ант, 2001. - 506 с.

7. Ефремов В. Организации, бизнес-системы и стратегическое планирование // Менеджмент в России и за рубежом. - 2001. - №2. - С. 3-26.

8. Клейнер Г.Б. Предприятие в нестабильной экономической среде: риски, стратегии, безопасность / Г. Б. Клейнер, В. Л. Тамбовцев, Р. М. Качалов; под общ. ред. С. А. Панова. - М.: ОАО Изд-во «Экономика», 1997. - 288 с.

9. Лафта Дж. К. Менеджмент. - М.: Г1БОЮЛ Григорян А.Ф., 2002. - 264 с.

10. Новицкий Е. Стратегическое планирование в высокодиверсифицированных корпоративных структурах: о мировой Iфактике и опыте АФК система» // Российский экономический журнал. 1999. - №8. - С. 72-78.

11. Организация и планирование приборостроительного производства. Управление предприятием / Под ред. Н. Лычаи, А. Розенплентера. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986. - 344 с.

12. Планирование на промышленных предприятиях / Под ред. А. Омарова. - М.: Мысль, 1974. - 316 с.

13. Райзберг Б. Управление экономикой / Б. Райзберг, Р. Фатхутдинов. - М.: ЗАО «Бизнес-школа «Интел-Синтез», 1999. - 784 с.

14. Томпсон А. мл., Стрикленд А. Стратегический менеджмент: концепции и ситуации / А. Томпсон,

A. Стрикленд. - М.: ИНФРА-М, 2000. - 412 с.

15. Экономика предприятия / Под ред.

B. Грузинова. - М.: Банки и биржи, ЮНИТИ, 1998. -535 с.

Суркова Елена Викторовна, старший преподаватель кафедры «Информационные системы» Ул-ГТУ. Имеет публикации в области планирования и прогнозирования деятельности предприятия, а также в области информационных систем в экономике.

УДК 681.3

М. В. САВЧЕНКО, С. Т. ГОНЧАР

О —

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ MICROSOFT EXCEL

Представлено описание программы расчета электромагнитного поля (ЭП) линии электропередачи высокого напряэюение в инструментальной среде Microsoft Excel97. В качестве примера приведены результаты расчета напряженности электрического поля в середине пролета ЛЭП напряжением 500 кВ с горизонтальным расположением проводов на высоте 0,5; 1,0; 1,8 м над поверхностью земли и картина распределения электрического поля, создаваемого одним пролетом линии на высоте 1,8 м от поверхности земли.

В процессе проектирования и эксплуатации электроэнергетических установок высокого напряжения необходимо иметь информацию о величине и распространении электромагнитных полей на рабочих местах, а также оценивать степень влияния электромагнитных полей на людей, работающих в этих электроустановках [3].

Эффект воздействия электромагнитного ноля на биологический объект принято оценивать количеством электромагнитной энергии, поглощаемой этим объектом при нахождении его в поле.

При малых частотах, в том числе при частоте 50 Гц, электрическое и магнитное поля практически не связаны между собой, поэтому электромагнитное поле допускается рассматривать состоящим отдельно из электрического и магнитного полей, а также раздельно рассматривать влияние, оказываемое ими на биологический объект [2].

Выполненные для действительных условий расчеты показали, что в любой точке электромагнитного поля, возникающего в электроустановках промышленной частоты, поглощенная телом человека энергия магнитного поля примерно в 50 раз меньше поглощенной им энергии электрического поля. Вместе с тем измерениями в реальных условиях было установлено, что напряженность магнитного поля в рабочих зонах ОРУ и В Л напряжением до 750 кВ включительно не превышает 20-25 А/м, в то время как вредное действие магнитного поля на биологический объект проявляется при напряженности 150-200 А/м.

На основании этого был сделан вывод, что магнитное поле оказывает незначительное биологическое действие, а отрицательное действие на организм человека электромагнитного поля в электроустановках промышленной частоты обусловлено электрическим полем.

Электрическое поле электроустановок промышленной частоты можно рассматривать в каждый данный момент времени как электростатическое поле, т. е. применять к нему законы электростатики. Оно создается по крайней мере между двумя электродами (телами), несущими заряды разных знаков и на которых начинаются и оканчиваются силовые линии. Это поле является неравномерным, т. е. напряженность его изменяется вдоль силовых линий. Вместе с тем оно обычно несимметричное, т. к. возникает между электродами различной формы, например, между токоведущей частью и землей или металлической заземленной конструкцией. Кроме того, поле воздушной линии электропередачи является плоскопараллельным, т. е. форма его одинакова в параллельных плоскостях, называемых плоскостями поля.

В различных точках пространства вблизи электроустановок промышленной частоты напряженность электрического поля имеет разные значения. Она зависит от ряда параметров: рабочего напряжения электроустановки; расстояния между точкой, в которой определяется напряженность поля, и токоведущими частями; высоты размещения над землей токоведу-щих частей и интересующей нас точки и т. п.

В нормативной литературе определены методы и параметры измерения электрического ноля на рабочих местах [1].

Предельно допустимый уровень напряженности воздействующего ЭП устанавливается равным 25 кВ/м. Пребывание в ЭП напряженностью более 25 кВ/м без применения средств защиты не допускается. При напряженности ЭП свыше 20 и до 25 кВ/м время пребывания персонала в ЭП не должно превышать 10 мин.

К тому же при выполнении работ без подъема на конструкции или оборудование измерения напряженности ЭП должны производиться на высоте 0,5; 1,0; 1,8 м от поверхности земли, а при выполнении работ с подъемом на конструкции или оборудование - на высоте 0,5; 1,0 и 1,8 м от площадки рабочего места.

Из сказанного выше можно сделать вывод, что необходимо иметь информацию о величине и распространении электрического поля практически во всем объеме, занимаемом электроустановкой. Учитывая размеры распределительных устройств высокого напряжения и протяженность линий электропередачи, можно сказать, что выполнение таких измерений инструментальными методами является затруднительным.

Значительно облегчить поставленную задачу может предварительное составление карты электромагнитных полей, построенной на основе расчетных данных.

Целью данной работы является построение картины электромагнитного поля линии электропередачи напряжением 500 кВ.

В [2] предложена методика расчета электрического поля, создаваемого трехфазной ВЛ электропередачи напряжением 500 кВ с горизонтальным расположением проводов.

Для упрощения расчетов принято, что линия не имеет грозозащитных тросов, или тросы ее изолировать от опор. В результате этого тросы не оказывают существенного влияния на электрическое поле проводов. При этом условии вычисленные значения напряженности электрического поля будут несколько завышенными по сравнению с фактическими значениями, что в итоге ужесточает требования безопасности и поэтому допустимо.

Из курса электротехники известно, что напряженность электрического поля уединенного бесконечно длинного прямолинейного проводника, заряженного равномерно по длине, выражается зависимостью, В/м,

2 яе0 т5

где т — линейная плотность заряда провода, Кл/м;

£0 = 8,85 х Ю"12 электрическая постоянная, Ф/м;

т - кратчайшее расстояние от провода до точки, в которой определяется напряженность, м.

Провода ВЛ, которые уподоблены бесконечно длинным прямолинейным проводникам, расположены вблизи плоской поверхности проводящей среды, каковой является земля. Поэтому электрическое поле линии будет создаваться не только зарядами проводов, но и зарядами их зеркальных изображений. При этом вектор напряженности суммарного поля равен геометрической сумме векторов напряженности полей всех зарядов.

Для примера рассмотрим одну фазу ВЛ, например, фазу Л (рис. 1), приняв заряд провода положительным (+ гл)> а заряд его зеркального изображения

соответственно отрицательным (- ТА).

/ I /

о -X /

77^7777777777777

777777777

Рис. 1. К вычислению напряженности электрического

поля ЛЭП-500 кВ

Модуль вектора напряженности электрического поля в некоторой точке Р, обусловленного зарядом

+ Т4> будет, В/м:

а обусловленное зарядом - ТА, В/м,

Л(+) 2тг£0 тА '

О)

F - л

^ А(-) л

2ле0 пА

(2)

После разложения векторов Е а(+) и на их составляющие по горизонтали (Е А(>)х и Е А(.)х) и

вертикали (ЕА(+)у и последующего сложения этих векторов и замены в выражениях модулей векторов

и Еа(.) их значениями из (1) и (2), получим, В/м:

АКБ

О

'x + d x + d^

V тА

п

А У

/

еа =-1±

АУ 2 ПЕ

О

H-h H + h}

уу, 2

V

И

У

где /я,, и /г^ - кратчайшие расстояния от точки Р до провода (фазы) А и его зеркального изображения соответственно, м.; х - расстояние по горизонтали от оси линии до точки Р, м; (I - расстояние между осями соседних проводов линии, м; Я - высота размещения провода над землей, м; И - высота размещения точки Р над землей, м.

Учитывая, что

т = СлиА ,

окончательное выражение в комплексной форме для горизонтальной и вертикальной составляющих вектора напряженности поля фазы А (с учетом ее зеркального изображения) в точке Р9 В/м:

h. Ах = -

2ns

/

о

x+d x+d

\

v МА

п

У

2ks

1

о

Е Av = —-

см

2 пе

о

' H-h H + h"

- + -Г-

v тл

п

2 пе

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

о

(3)

где СА - емкость фазы А относительно земли, Ф/м; II а - комплекс напряжения фазы А относительно земли (эффективное значение фазного напряжения); к]Ик2- коэффициенты.

Аналогично получаются выражения для горизонтальных и вертикальных составляющих вектора напряженности электрического поля двух других фаз линии В и С.

Горизонтальная и вертикальная составляющие напряженности суммарного поля, т. е. обусловленные зарядами всех фаз линии и их зеркальных изображений, будут, В/м:

• • • •

Еу = Еах+Евх+Есх ;

Еу = ЕАу + Еву+ Есу.

Для симметричной трехфазной системы

Ол=иф; ив=а2иф; Ос=а иф,

где IIф - фазное напряжение линии, В; а - фазовый оператор, составляющие напряженности поля по х и по у в комплексной форме, В/м:

Ех=-^(к,+а2к,+ак5)-

2 пе

о

Ev =

CU

Ф

2 пе

(к2 + а2к4 + акь).

о

Выражение для расчета напряженности трехфазной воздушной линии электропередачи с горизонтальным расположением проводов, В/м:

Г

Е = JE2x + Е

У

МЛ 11

си

Е = л/(2*) - К - К У1 + 3(Лгэ - к5 у2 + (2к2 - к, - к6 у2 + 3(к4 - к

4 718

(4)

О

где С - емкость фазы относительно земли, Ф/м:

2 71S,

с =

In

2 Hcpd

(5)

з/(4 H]p+d1)y[Hl7cl

где Я

- средняя высота подвеса проводов над поверхностью земли, м; d - расстояние между проводами, м; г - радиус провода, м.

Программа расчета напряженности электрического поля в заданной точке пространства разработана в инструментальной среде электронной таблицы Microsoft Excel. Данное средство разработки информационных систем, совмещающее в себе преимущества как электронных таблиц, так и средств визуального программирования -языка Visual Basic for Applications (VBA) - обеспечивает полный доступ из программ пользователя ко всем функциям анализа данных, имеющихся в электронной таблице. С помощью VBA можно объединять объекты Excel с целью создания развитых информационных систем, удовлетворяющих необходимым требованиям. Excel также поддерживает механизм OLE Container и является как сервером, так и клиентом Automation, что позволяет разработчикам легко интегрировать объекты Excel в системы, созданные на базе других инструментальных средств. Программа позволяет рассчитывать электрическое поле в любой точке зоны линии электропередачи высокого напряжения и допустимое время пребывания персонала без средств защиты в зоне воздействия электрического поля.

В качестве примера приводится расчет напряженности электрического поля, создаваемого линией электропередачи напряжением 500 кВ.

Линия имеет горизонтальное расположение проводов с расстоянием между ними d = 10,5 м; фазы - расщепленные,

14.00 12,00 10.00 8.00 6.GO 4.00 2,00 0.00

—- - h « 0.5 m

\ -h - 1.0 m - 1.8m

-h

"

-, -л -1 M

-40

-30

-20

-10

о

10

20

х. м

30

40

Рис. 2. Напряженность электрического поля в середине пролета ЛЭП-500 кВ

V//////Z

-4 —

К= IBM

У77777М777

х

Ь= 1.0 м К=0.5м

/////у

Рис. 3. К вычислению напряженности электрического поля ЛЭП-500 кВ в разных точках

Е.кВ'м

□ 11,00-12,00 п Ю.00-11,00 19,00-10,00 H 8,00-9,00

□ 7,00-8,00 06,00-7,00

□ 5,00-6,00 ■ 4,00-5,00

□ 3,00-4,00

□ 2,00-3,00 В 1,00-2,00

□ 0,00-1,00

Рис. 4. Напряженность электрического поля, создаваемая пролетом

ЛЭП-500 кВ на высоте 1,8 м над уровнем земли

состоящие из трех проводов АСО-5СЮ радиусом г0 = 1,51 см с шагом расщепления а = 40 см. Высота подвеса проводов на опоре #„ = 22 м, габарит линии Но = 8,65 м, средняя высота подвеса проводов над землей Нср = 13,1 м, рис. 3. Грозозащитные тросы изолированы от опор, т. е. влияние на электрическое поле проводов не учитывается.

Результаты расчета напряженности электрического поля на высотах к соответственно 0,5; 1,0; 1,8 м от земли в середине пролета под фазой представлены на графиках рис. 2.

На графике рис. 4 изображено распределение электрического поля одного пролета ЛЭП напряжением 500 кВ на высоте 1,8 м от поверхности земли.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.ГОСТ 12.1.002-84. ССБТ. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах. Введ. 05.12.84 Постановлением Гос. ком. СССР по стандартам № 4103 - М., 1985. - 6 с.

2. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. пособие для вузов /

П. А. Долин. - 3-е изд., перераб. и доп. - М\: Знак, 2000. - 440 с.

3. Савченко М. В. Анализ возможности создания карты электромагнитных полей электроэнергетических объектов с применением ГИС-технологий // Энергосбережение в Поволжье. - 2002. - № 4. -С. 74-76.

4. Уэллс Э., Хешбаргер С. Microsoft® Excel 97: разработка приложений: Пер. с англ.- СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 1998.-624 с.

Савченко Максим Владимирович, государственный инспектор труда (по охране труда) Государственной инспекции труда в Ульяновской области.

Гончар Светлана Тихоновна, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности, экология и химия» Ульяновского государственного технического университета. Область научных интересов - безопасность труда, электробезопасность.

УДК 504.002 А. С. БОБРОВИЧ

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Предпринимается попытка нахождения математической модели развития оползневых объектов.

На сегодняшний момент одной из основных экологических проблем для жителей средней Волги являются оползни. Отсюда следует актуальная задача мониторинга и прогнозирования оползневых объектов. Для получения адекватной математической модели необходимо значительное количество входных данных, что не всегда возможно. В то же время накоплен значительный объем материала, описывающего параметры оползня, что позволяет рассматривать оползневый объект со статистической точки зрения.

Рассмотрим оползневый объект как некую динамическую систему, на вход которой поступают воздействующие факторы Х^), Х2(Х), ... Хп(0, а на выходе получается изменяющееся во времени значение выходной величины (например, скорость оползневого смещения, смещение оползня и т. д.).

Рассмотрим следующие входные факторы:

1. Уровень атмосферных осадков,

2. Температура,

3. Уровень грунтовых вод,

4. Размыв подошвы берегового обрыва оползня.

Вышеперечисленные факторы находятся в причинно-следственной связи с оползневым процессом. Для проверки зависимости интенсивности оползневого процесса от факторов использовался метод парной корреляции, который показал, что все рассматриваемые факторы являются значимыми, и при этом взаимная корреляция факторов не превышает значения 0,8.

После проверки факторов запишем общий вид многофакторного уравнения регрессии

у = а + Ь]х] +... + Ъкхк, (1)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где к - число факторных значений.

Чтобы упростить систему уравнений, необходимую для вычисления параметров уравнения, введем величину отклонения индивидуальных значений всех признаков от средних величин этих признаков.

(2)

АУ/ = .У; ~У

I

г

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.