Расчет интенсивности электромагнитного поля РУ 220 кв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оренбургский государственный университет

Расчет интенсивности электромагнитного поля РУ 220 КВ

Быковская Л.В.

Лукавенко Е.А.

Одними из главных объектов электроэнергетики, при эксплуатации которых возникают опасные магнитные поля промышленной частоты, являются подстанции высокого напряжения. Воздействию электромагнитного поля вблизи открытых распределительных устройств (ОРУ) может подвергаться как специализированный персонал, так и проживающие или работающие около ОРУ люди. Поэтому в настоящее время достаточно остро стоит вопрос разработки методик расчета параметров электромагнитных полей промышленной частоты в электроэнергетических устройствах различного назначения и разработки мер по снижению их интенсивности. электромагнитный поле программный

Анализ показывает, что в наши дни недостаточно хорошо изучены вопросы влияния ЭМП непосредственно на РУ 220 кВ. Научная новизна исследования также заключается в том, что расчет интенсивности ЭМП в РУ данного напряжения позволит выделить безопасные диапазоны частот для работы электротехнического и технологического персонала, а также позволит в дальнейшем помочь разработке средств индивидуальной защиты и экранов, для уменьшения действия ЭМП на человека, а также на чувствительную электронику.

Целью диссертационной работы является расчет параметров электромагнитного поля, таких, как напряженности электрического и магнитного полей. Для достижения поставленной цели в работе будут сформулированы и решены следующие научные и практические задачи:

- анализ научной литературы по исследуемому вопросу;

- математическое моделирование электрических полей ОРУ 220 кВ;

- математическое моделирование магнитных полей ОРУ 220 кВ;

- создание имитационной модели ЭМП;

- проведение эксперимента.

Предметом исследования являются компоненты ОРУ 220 кВ.

Объектом исследования является электромагнитное поле непосред-ственно на РУ напряжением 220кВ.

В статье А.В. Коржова и О.М. Малышевой «Определение опасных зон в распределительных устройствах 10(6) кВ по условиям воздействия магнитной составляющей электромагнитного поля на персонал, обслуживающий подстанции 110/10(6) кВ» приведены результаты измерений картины магнитного поля в распределительных устройствах на 11 подстанциях 110/10(6) кВ г. Кургана (более 2000 замеров). Сделаны выводы о наличии опасных зон в распределительных устройствах по условиям воздействия магнитного поля на обслуживающий персонал. Предложены дополнительные рекомендации в существующие стандарты. Сделаны выводы о том, что при измерении магнитной составляющей электромагнитного поля промышленной частоты в распределительных устройствах необходимо:

- рассматривать совместное воздействие магнитного поля промышленной частоты и высокочастотных гармоник;

- учитывать конструкцию распределительного устройства;

- особое внимание следует уделить вводным ячейкам, ячейкам наиболее

загруженных отходящих линий и ячейкам, не помещенным в металлические кожухи;

- проводить обязательные замеры вблизи окошек при их наличии.

Моделирование магнитного поля, созданного током электроустановки, позволит определить уровень напряженности (индукции) магнитного поля на рабочих местах на этапе проектирования РУ.

В научной работе Степанова И.М. «Исследование электромагнитных полей в электроустановках высокого напряжения и разработка мер по снижению их интенсивности» сказано, что в связи с развитием электронной вычислительной техники появилась возможность практического использования численных методов расчета электромагнитных полей, описываемых уравнениями в частных производных, которые позволяют с большой точностью решать те задачи, которые ранее решались с использованием аналитических методик при тех или иных допущениях. В частности, одним из таких численных методов является векторный метод конечных элементов (ВМКЭ). На основе использования этого метода базируется большая часть исследований, проведенных в настоящей работе. Между тем в диссертации при решении некоторых задач использованы и аналитические методы решения, в том числе и, где это возможно, для проверки результатов, полученных с помощью численного метода. Разработка аналитических методов решения обусловлена тем, что на практике реализация этих методов является гораздо менее трудозатратной, чем реализация численных методов. Одной из задач, для решения которой можно с достаточной степенью точности применить аналитический метод, является расчет магнитного поля под ошиновками открытых распределительных устройств (ОРУ) стандартного исполнения.

Было проанализировано программное обеспечение для моделирования электрических полей:

- EM Explorer (EMXP) - это программа трёхмерного электромагнитного моделирования для задач рассеяния электромагнитный волн на периодических структурах. Основана главным образом на методе конечных разностей во временной области (FDTD), и соответственно, наследует основные достоинства и недостатки метода FDTD. Достоинства включают простой робастный численный алгоритм, возможность работы практически с любой геометрией, масштабируемость используемых компьютерных ресурсов в зависимости от объема расчетной области. Недостатки - численная дисперсия и ограничения для обеспечения стабильности при аппроксимации уравнений Максвелла конечными разностями.

- Программный пакет emGine Environment - это среда полноволнового трёхмерного электромагнитного моделирования путем решения уравнений Максвелла во временной области. Используется для моделирования высокочастотных электромагнитных полей в микроволновых цепях, антеннах, резонаторах и т.п. Для некоммерческого и неправительственного использования, например, для академических, исследовательских и образовательных целей, пакет предоставляется бесплатно в виде исполняемого файла.

- LC - это главным образом электромагнитное моделирование с использованием техники Finite-Difference Time-Domain (FDTD). FDTD предполагает полноволновое явное решение уравнений Максвелла в трёхмерном пространстве. При использовании метода FDTD прямоугольная расчетная область, содержащая модель, разбивается на большое количество маленьких ячеек, которые могут быть одинакового размера, или иметь варьируемые размеры в расчетной области. Расчет производится по шагам во времени, и на каждом шаге вычисляются обновленные значения полей в каждой ячейке на основании материальных параметров и значений полей на предыдущем шаге.

- NEC2 - это широко используемый программный пакет трёхмерного электромагнитного моделирования, основанный на методе моментов. Пакет был разработан лабораторией Lawrence Livermore National Laboratory более 10 лет назад. Доступны исполняемые файлы для многих компьютерных систем.

- Radia - программный пакет для трёхмерной магнитостатики, который использует метод конечных объемных интегралов для точного вычисления интегральных компонент полей. Работает с пакетом Mathematica.

- FEMM - Finite Element Method Magnetics. Набор программ, основанных на методе конечных элементов, и предназначенных для расчета планарных/осесимметричных структур магнитостатики и низкочастотного магнетизма. Включает графический препроцессор, решатель, и графический постпроцессор. Имеется бесплатная версия, что делает эту программу доступной. В последствии мы будем использовать именно ее для моделирования ОРУ 220 кВ.

Из вышеперечисленного можно сделать выводы, что информации о распределении электромагнитного поля и его влияние на оборудование в распределительных устройствах на напряжение 220 кВ практически нет. В диссертационной работе будет представлена имитационная модель распределения электромагнитного поля в распределительном устройстве 220 кВ в программе FEMM, а также будет исследовано влияние поля на основное оборудование электроустановки.

Список литературы

1) ГОСТ С 51317.2.5-2000 (МЭК 61000-2-5-95). Совместимость технических средств электромагнитная. Электромагнитная обстановка. Классификация электромагнитных помех в местах размещения технических средств: Постановление Госстандарта России от 13 декабря 2000 г. № 352-ст. Доступ из справочно-правовой системы «Кодекс».

2) Коржов А.В. Теоретическое и экспериментальное исследование уровней электромагнитных полей вблизи силовых кабельных линий напряжением 6-10 кВ / А.И. Сидоров // Технологии ЭМС. - 2009. - №1. - С. 4653

3) Степанов, И.М. Исследование электромагнитных полей в электроустановках высокого напряжения и разработка мер по снижению их интенсивности/И.М. Степанов// НГТУ.-2009.- 149с

4) СанПиН 2.2.4.1191-03. Гл. 3.4: Предельно допустимые уровни электромагнитного поля частотой 50 Гц. - 17 с.

5) Хабигер Э. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике. Под ред. Б.К. Максимова. М., Энергоатомиздат, 1995.

6) Полумисков, М.А. Разработка математических моделей для расчёта электромагнитного поля с применением сингулярных интегральных уравнений и их численное исследование/М.А. Полумисков// ИГЭУ.-2007.- 198с.

7) Быковская Л.В., Чурикова Е.В. Моделирование электрического и магнитного полей воздушной линии электропередачи. // Вестник КузГТУ - научный журнал, 2016. - № 5(117).

Размещено на Allbest.ru