Напряженность электрического поля в жилой зоне вблизи линии электропередачи подстанции «Западная» города Ставрополя

Введение

Проблема воздействия электрического поля на живые организмы сейчас, как никогда ранее, становятся особенно актуальными ввиду интенсивной застройки жилыми зданиями, территорий, прилегающих к объектам электроэнергетики, в которых находятся технические устройства различного назначения с интенсивной эмиссией электромагнитных помех.

Факторами воздействия устройств электроэнергетики на человека являются: электрические разряды (импульсные токи), возникающие при прикосновении человека к изолированным от земли конструкциям, воздействие тока, проходящего через человека, находящегося в контакте с изолированными от земли объектами – ток стекания, электрические и магнитные поля. Интенсивная эмиссия электромагнитных полей наблюдается от высоковольтных линий электропередачи.

Предельно допустимые уровни напряженности электрического поля приведены в Санитарных нормах и правилах «Защита населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты» № 2971-84, допустимые уровни напряженности ЭП 50 Гц вне зависимости от вида источника в жилых помещениях не должны превышать 0,5 кВ/м. СанПиН 2.1.2.1002 -2000 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям», на территории зоны жилой застройки – 1 кВ/м, значения напряженности нормируются для электрического поля, не искаженного присутствием человека, напряженность электрического поля определяется на высоте 1,8 м от уровня земли, а для помещений - от уровня пола. По результатам измерений и расчетов, делаются выводы о длительности работ и пребывания людей в местах воздействия поля.

В работе рассчитана напряженность электрического поля, создаваемого воздушной высоковольтной линией передачи подстанции (ПС) «Западная», попавшей в настоящее время в черту жилых районов города Ставрополя.

ПС «Западная» была построена в середине XX века. Тогда местом ее расположения была окраина г. Ставрополя, в настоящее время «Западная» находится в центре жилого района г. Ставрополя. Ближайшие жилые дома и МОУ лицей № 16 находится на расстояниях 8…20 м от линии электропередачи (ЛЭП) 110 кВ, питающей подстанцию, нежилые строения с временным пребыванием людей (гаражи) находятся непосредственно под ЛЭП – рисунок 1.

Основная проблема - воздействие электрического поля промышленной частоты ЛЭП на людей в жилых домах, и на детей в лицее № 16.

Рис. 1. Фотографии расположения линии электропередачи 110кВ и жилых домов

Расчетная часть

Одноцепные и двухцепные (на опорах расположены одна и две трехфазные системы) ЛЭП выполнены проводом диаметром 19.4мм, использованы опоры У110-1 и П110-6В – рисунок 2. На большинстве опор имеется грозозащитный трос, трасса проходит на расстояниях от 10м до 20м от стен жилых домов и лицея. Грунт под ЛЭП – суглинок, с удельным сопротивлением (0,2..1,5)∙10² Ом∙м, в зависимости от влажности и температуры, так как на объекте в грунте высокое содержанием влаги, то его удельное сопротивление принято ρ₀ = 0,2∙10² Ом∙м, что без всяких ограничений позволило считать землю идеальным проводником. Модуль рабочего напряжения линии 110 кВ,

Рис. 2. Чертежи двухцепной и одноцепной опор ЛЭП 110 кВ ПС «Западная» жилом районе г. Ставрополя (H=15м)

Расчеты выполнены методом зеркальных изображений по группам уравнений Максвелла в математическом пакете MathCAD 14, результаты представлены в виде графических зависимостей. В плоскости земли на высоте 1,8м и в вертикальной плоскости на расстояниях, соответствующих удаленности здания от трассы ЛЭП.

Рис. 3. Чертеж системы проводников ЛЭП и их зеркальных изображений, разметка расстояний и координатных осей (к методу зеркальных изображений)

Поле одноцепной ЛЭП

Расчеты показали, что по линии вертикали, совпадающей со стеной жилого дома напряженность поля не выше 400 В/м (амплитудное значение) и 300 В/м по действующему значению для линии с молниезащитным тросом, а без него не выше 550 В/м (амплитудное значение) и 470 В/м по действующему значению под линией с молниезащитным тросом. Эти величины не выше рекомендованных санитарными нормами.

Поле двухцепной ЛЭП

Для двухцепной линии расчетные значения оказались значительно выше, результаты представлены графическими зависимостями, приведенными на рисунках 4 и 5.

Видно, что напряженность электрического поля под линией без молниезащитного троса в месте расположения зоны отдыха людей превышает норму в более чем в 4 раза, введение молниезащитного троса нормализует ситуацию (рис. 4).

Для стены ближайшего здания, где постоянно проживают люди норма напряженности, превышает рекомендованное значение для ЛЭП с молниезащитой на 20% и для ЛЭП без молниезащиты более чем в четыре раза.

Рис. 4. График распределения напряженности электрического поля на высоте 1.8 м над поверхностью земли для двухцепной ЛЭП (отсчет от ближайшей стены дома)

Рис. 5. График зависимости напряженности электрического поля от высоты над поверхностью земли от расстояния 8 м для двухцепной ЛЭП (ближняя стена жилого дома)

Оценка электромагнитной обстановки (ЭМО) в отношении электрического поля промышленной частоты (50Гц) вблизи ЛЭП

Как следует из полученных в настоящей работе данных, одноцепная линия 110 кВ не приводит к появлению электрического поля промышленной частоты (ПЧ) напряженностью выше значений, предписанных Нормами. Эта ситуация наблюдается для линий с молниезащитным тросом и без него.

Для двухцепной линии с молниезащитным тросом непосредственно под линией, где расположена зона отдыха (скамейки и беседки) напряженность поля также составляет значение не выше предписанных Нормами. Однако, начина с 18 метров – 6 этаж жилого дома и до 8 этажа наблюдается превышение нормы на 20–30%. Напряженность поля не превышает допустимую величину непосредственно под линией, на верхних этажах жилого дома превышение норм составляет около 30%.

Что касается двухцепной линии без молниезащитного троса, то здесь ситуация значительно хуже – превышение норм (рис. 5) напряженности поля на указанных выше этажах составляет более 4-х раз.

Последние обстоятельства требуют разработки мероприятий по снижению напряженности электрического поля, которое превышает допустимый уровень.

Рекомендации по улучшению ЭМО в районе в соответствие с нормами СЭС

Перемещение опор ЛЭП дальше от жилых домов невозможно ввиду их полного примыкания к лесопарковой зоне, где расположена школа, поэтому один из способов уменьшить напряженность поля двухцепной линии без молниезащитного троса возможно путем добавления молниезащитного троса. Второй путь – увеличение высоты опор, чтобы области высоких напряженностей поля оказались выше квартир дома. Для этого проведены расчеты, результаты которых показаны в таблице 1. Как следует из данных таблицы, такой способ малоэффективен, так как требуется существенного увеличение высоты и применения нестандартных опор.

Таблица

Влияние прибавки высоты опор на напряженность поля на уровне 2-6 этажей жилого дома

Остается единственный способ улучшения ЭМО в квартирах - применить экранирование хотя бы части жилого дома, располагаемой ближе всего к ЛЭП, расположив на стенах металлическую заземленную фольгу, применяемую обычно в теплоизолирующих плитах.