Pola elektryczne i magnetyczne 50 Hz przy generacji rozproszonej i scentralizowanej - POLE ELEKTRYCZNE - POLE MAGNETYCZNE - LINIE ENERGETYCZNE - ELEKTROENERGETYKA - SIECI ELEKTROENERGETYCZNE
Farnell, An Avnet Company   Przedstawicielstwo Handlowe Paweł Rutkowski   Relpol SA  

Energetyka, Automatyka przemysłowa, Elektrotechnika

Dodaj firmę Ogłoszenia Poleć znajomemu Dodaj artykuł Newsletter RSS
strona główna ARTYKUŁY Energetyka Pola elektryczne i magnetyczne 50 Hz przy generacji rozproszonej i scentralizowanej
drukuj stronę
poleć znajomemu

Pola elektryczne i magnetyczne 50 Hz przy generacji rozproszonej i scentralizowanej

fot. Philippe Put/CC/Flickr

W przyszłości możliwe są trzy scenariusze rozwoju systemu elektroenergetycznego (SEE): 1) SEE skrajnie scentralizowany z jedną dużą elektrownią lub jednym centrum wytwórczym, 2) SEE skrajnie rozproszony ze źródłami zainstalowanymi bezpośrednio u odbiorców, 3) SEE o mieszanej strukturze z dużymi elektrowniami systemowymi i z wieloma źródłami rozproszonymi przyłączonymi do SEE na poziomach napięć nieprzekraczających 110 kV.

Z tych trzech scenariuszy najbardziej prawdopodobny jest oczy­wiście scenariusz trzeci, ponieważ źródła rozproszone często wyko­rzystują wiatr i słońce, więc nadal istnieje konieczność utrzymywa­nia odpowiednich rezerw mocy w elektrowniach konwencjonalnych, którą trzeba rozsyłać po SEE, wykorzystując istniejącą strukturę sieciową. Przesyłowi energii elektrycznej zawsze towarzyszą pola elektryczne i magnetyczne o częstotliwości 50 Hz. Celem artykułu jest ocena obciążenia środowiska naturalnego tymi polami w SEE z rozwijającą się generacją rozproszoną.

Pole elektryczne wokół linii elektroenergetycznych 

Metody wyznaczania natężeń pól elektrycznych wokół linii elek­troenergetycznych są dobrze znane [1-3]. Natężenie pola elektrycz­nego (E) wokół linii elektroenergetycznej zależy przede wszystkim od napięcia roboczego linii w danej chwili oraz od konfiguracji linii. Im wyższy potencjał względem ziemi, tym wyższy zgromadzony ła­dunek i większy potencjał generowany przez te ładunki w otoczeniu linii i większy gradient potencjału, a tym samym większe natężenie pola elektrycznego.

Im wyższe napięcie znamionowe linii, tym większe wymagane odległości między fazami (zbliżanie się do „efektu samotnej fazy”). Chociaż z drugiej strony - im wyższe napięcie znamionowe linii, tym wymagane wyższe zawieszenie przewodów nad ziemią. Trzeba jednak zauważyć, że wyższe zawieszenie przewodów w pewnym zakresie wysokości przyczynia się do zwiększania się natężenia pola elektrycznego w pewnej odległości od linii. Z praktycznego punktu widzenia właśnie najistotniejszy jest zasięg strefy, gdzie E > 1 kV/m, ponieważ zgodnie z przepisami [4], w obszarze takim nie można stawiać budynków mieszkalnych itp.

Pole magnetyczne wokół linii elektroenergetycznych 

Metody wyznaczania natężeń pól magnetycznych wokół linii elektroenergetycznych są także dobrze znane [1-3]. Natężenie pola magnetycznego (H) wokół linii elektroenergetycznej zależy przede wszystkim od prądu roboczego linii w danej chwili oraz od konfigu­racji linii. Wartość natężenia pola magnetycznego zmienia się w bar­dzo szerokim zakresie: od wartości bliskiej zero przy prądzie biegu jałowego do wartości maksymalnej przy prądzie odpowiadającym maksymalnej obciążalności linii.

Do analizy porównawczej, oprócz wielkości natężeń pól (E i H), brano wartość objętościowej gęstości energii pola magnetycznego W'H

To pozwala na wyrażenie ekspozycji środowiska na składową elektryczną i magnetyczną za pomocą jednej wielkości, ponieważ objętościowa gęstość energii pola elektrycznego W'E

jest wyrażana w tych samych jednostkach co W'H.


Fragment sieci elektroenergetycznej z generacją scentralizowaną i rozproszoną 

Do analizy można zaproponować fragment sieci elektroenerge­tycznej, składający się z linii 220 kV zasilającej z dwóch stron ciąg liniowy 110 kV, do którego przyłączone są źródła energii elektrycz­nej, np. elektrownie wiatrowe oraz przez transformatory 110/15 kV sieć średniego napięcia, do której przyłączone są elektrownie fotowoltaiczne. Fragment ten przedstawiono na rys. 1.

Rys. 1. Fragment sieci elektroenergetycznej z generacją rozproszoną

Rys. 1. Fragment sieci elektroenergetycznej z generacją rozproszoną

Niezależnie od poziomów generacji rozproszonej natężenie pola elektrycznego będzie zawsze takie same, jeśli nie zmieni się struktu­ra sieciowa. Natomiast natężenie pola magnetycznego będzie zmie­niać się w zależności od obciążenia poszczególnych linii.

Można porównać natężenie poła magnetycznego wokół linii 220 kV z natężeniem pola magnetycznego wokół linii 110 kV przy przepływie takiej samej mocy. Linia 220 kV prowadzona jest na słu­pach serii H52 typ P, natomiast linia 110 kV na słupach serii S12 typ P. Dane linii podano w tab. I.

Tabela I. Dane linii 220 kV na słupach serii H52 typ P i 110 kV na słupach serii S12  typ P:

Przewód

Odległość od osi linii [m]

Wysokość nad ziemią [m]

220 kV
L1-7,606,70
L20,006,70
L37,606,70
Odgr. 1-5,6010,80
Odgr. 25,6010,80
110 kV
L1-2,605,85
L23,405,85
L32,609,05
Odgr.0,512,05

 

TABELA II. Dane linii 15 kV na słupach ŻN i BSW:

Przewód

Odległość od osi linii [m]

Wysokość nad ziemią [m]

ŻN
L1-1,05,6
L20,007,1
L31,05,6
BSW
L1-1,855,6
L205,6
L31,855,6

Na rys. 2 przedstawiono rozkład natężenia pola magnetycznego wokół linii 220 kV na słupach H52 i wokół linii 110 kV na słu­pach S12 - przy przepływie takiej samej mocy pozornej 19,1 MVA. Z rys. 2 widać, że do pewnej odległości od osi linii pod linią 110 kV jest większe natężenie pola magnetycznego niż pod linią 220 kV. Wynika to z większej wartości prądu w linii 110 kV (7||0kV = 100 A, /220kV = 50 A) i z niższego zawieszenia przewodów. W pewnej odle­głości od osi linii (powyżej 6,5 m) zaczyna być większe natężenie pola magnetycznego od linii 220 kV. Wynika to z większej odległości przewodów od osi linii oraz od większej wzajemnej odległości mię­dzy przewodami fazowymi (zmierzanie do efektu „samotnej fazy”).

Rys. 2. Natężenie pola magnetycznego pod liniami 220 kV i 110 kV przy przepływie mocy 19,1 MVA

 Rys. 2. Natężenie pola magnetycznego pod liniami 220 kV i 110 kV przy przepływie mocy 19,1 MVA

 

Na rys. 3 przedstawiono natężenie pola elektrycznego pod linią 220 kV na słupach H52 i pod linią 110 kV na słupach S12. Podobnie jak dla linii 110 kV i 220 kV można porównać pole magnetyczne wokół linii 110 kV i 15 kV przy przepływie tej samej mocy. Do ob­liczeń przyjęto moc 5,2 MVA, co odpowiada prądowi 200 A w linii 15 kV i prądowi 27,3 A w linii 110 kV. W tab. II przedstawiono dane linii 15 kV na słupach ŻN i BSW.

Rys. 3. Natężenie pola elektrycznego pod liniami 220 kV i 110 kV

Rys. 3. Natężenie pola elektrycznego pod liniami 220 kV i 110 kV

Na rys. 4 przedstawiono natężenie pola magnetycznego w funkcji odległości od osi linii 15 kV na słupach ŻN i BSW oraz linii 110 kV na słupach S12 przy przepływie mocy 5,2 MVA. Na rys. 4 widać, że przy przepływne tej samej mocy znacznie większe natężenia pól magnetycznych występują wokół linii 15 kV niż wokół linii 110 kV. Wynika to przede wszystkim ze znacznie większego prądu w linii 15 kV, wynikającego z przekładni transformatora.

Rys. 4. Natężenie pola magnetycznego pod liniami 15 kV na słupach ŻN i BSW oraz linią 110 kV na słupach S12 przy przepływie mocy 5,2 MVA.

Rys. 4. Natężenie pola magnetycznego pod liniami 15 kV na słupach ŻN i BSW oraz linią 110 kV na słupach S12 przy przepływie mocy 5,2 MVA.

 

Na rys. 5 przedstawiono natężenie pola elektrycznego pod linią 110 kV na słupach S12 i 15 kV na słupach ŻN i BSW dla przekroju przewodów 50 mm2. Z rys. 5 widać, że pod liniami 15 kV natężenie pola elektrycznego jest znacznie mniejsze niż pod liniami 110 kV i tym bardziej 220 kV.

Rys. 5. Natężenie pola elektrycznego pod liniami 15 kV na słupach ŻN i BSW oraz linią 110 kV na słupach S12.

Rys. 5. Natężenie pola elektrycznego pod liniami 15 kV na słupach ŻN i BSW oraz linią 110 kV na słupach S12.


Porównanie ekspozycji środowiska naturalnego dla różnych linii

Aby porównać ekspozycję środowiska naturalnego przy gene­racji rozproszonej i scentralizowanej można porównać gęstości objętościowe energii pola elektrycznego i magnetycznego. Jako wskaźnik ekspozycji wzięto sumę arytmetyczną obu gęstości. Obli­czenia zrobiono dla największej wartości natężeń pól elektrycznych (Emax, HEmax) i magnetycznych (EHmax, Hmax) pod daną linią i w od­ległości 15 m od osi linii (E15m, H15m). Wyniki obliczeń pokazano w tab. III i IV.

Z tab. III wynika, że wokół linii 220 kV zawsze jest większa całkowita gęstość objętościowa energii niż wokół linii 110 kV, ze względu na decydujący wpływ składowej elektrycznej. Porównując linie 15 kV z linią 110 kV, widać, że w niektórych charakterystycz­nych miejscach gęstość objętościowa energii może być większa dla linii 15 kV niż dla 110 kV.

TABELA III. Wyniki porównania ekspozycji środowiska wokół linii 220 kV i 110 kV przy przepływie mocy 19,1 MVA:

220 kV

 Emax

 HEmax

EHmax 

Hmax 

E15m 

H15m 

5,33 kV/m 

1,48 A/m 

4,61 kV/m 

1,63 A/m 

 2,07 kV/m

0,54 A/m

W'E

W'H

 W'E

W'H

 W'E

W'H 

125,60 μJ/m3 

 1,37 μJ/m3

 93,95 μJ/m3

 1,67 μJ/m3

 18,94 μJ/m3

0,18 μJ/m3

W= 128,97 μJ/m3

W= 95,62 μJ/m3 

W= 19,12 μJ/m3

110 kV

 Emax

 HEmax

EHmax 

Hmax 

E15m 

H15m 

2,61 kV/m 

3,07 A/m 

 1,86 kV/m

 3,55 A/m

 0,33 kV/m

0,39 A/m

 W'E

W'H 

 W'E

W'H

W'E 

W'H

 30,12 μJ/m3

 5,92 μJ/m3

 15,29 μJ/m3

 7,92 μJ/m3

 0,48 μJ/m3

0,09 μJ/m3

 W= 36,04 μJ/m3

 W= 23,21 μJ/m3

W= 0,57 μJ/m3 


TABELA IV. Wyniki porównania ekspozycji środowiska wokół linii 15 kV i 110 kV przy przepływie mocy 5,2 MVA:

15 kV ZN

 Emax

 HEmax

EHmax 

Hmax 

E15m 

H15m 

0,19 kV/m

3,48 A/m 

0,16 kV/m

3,95 A/m

0,02 kV/m

0,24 A/m

W'E

W'H

 W'E

W'H

 W'E

W'H 

0,16 μJ/m3

7,61 μJ/m3

 0,11 μJ/m3

9,80 μJ/m3

 0,002 μJ/m3

0,04 μJ/m3

W = 7,77 μJ/m3

W = 9,91 μJ/m3

W = 0,042 μJ/m3

15 kV BSW

 Emax

 HEmax

EHmax 

Hmax 

E15m 

H15m 

0,25 kV/m

4,99 A/m 

0,21 kV/m

6,23 A/m

0,03 kV/m

0,44 A/m

W'E

W'H

 W'E

W'H

 W'E

W'H 

0,28 μJ/m3

15,65 μJ/m3

0,19 μJ/m3

24,39 μJ/m3

 0,004 μJ/m3

0,12 μJ/m3

W = 15,93 μJ/m3

W= 24,58 μJ/m3

W= 0,124 μJ/m3

110 kV

 Emax

 HEmax

EHmax 

Hmax 

E15m 

H15m 

2,61 kV/m 

0,84 A/m

 1,86 kV/m

0,97 A/m

 0,33 kV/m

0,11 A/m

 W'E

W'H 

 W'E

W'H

W'E 

W'H

 30,12 μJ/m3

 0,44 μJ/m3

 15,29 μJ/m3

0,59 μJ/m3

 0,48 μJ/m3

0,008 μJ/m3

W= 30,56 μJ/m3

 W= 15,88 μJ/m3

W= 0,488 μJ/m3

 

LITERATURA:

[1] Krajewski W.: Elementy brzegowe i liniowe w analizie wybranych zagadnień EMC niskiej częstotliwości. Prace Instytutu Elektrotechniki, Warszawa 2005

[2] Krajewski W.: Analiza pól: elektrycznego i magnetycznego w otoczeniu elektromon­tera wykonującego prace pod napięciem. Przegląd Elektrotechniczny 2007 nr 9

[3] Wróblewski Z., Habiych M.: Kompensowanie się pól elektromagnetycznych w otocze­niu wielotorowych linii wysokiego napięcia. Przegląd Elektrotechniczny 2004 nr 7-8

[4] Rozporządzenie Ministra Środowiska z 30 października 2003 r. w sprawie do­puszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz sposobów sprawdzania dotrzymania tych poziomów (Dz.U. nr 192, poz. 1883, Warszawa, 14 listopada 2003 r.)

[5] Grobicki I, Fermata M.: Przewody i kable elektroenergetyczne. WNT. Warszawa 2010

follow us in feedly
Średnia ocena:
 
REKLAMA

Otrzymuj wiadomości z rynku elektrotechniki i informacje o nowościach produktowych bezpośrednio na swój adres e-mail.

Zapisz się
Administratorem danych osobowych jest Media Pakiet Sp. z o.o. z siedzibą w Białymstoku, adres: 15-617 Białystok ul. Nowosielska 50, @: biuro@elektroonline.pl. W Polityce Prywatności Administrator informuje o celu, okresie i podstawach prawnych przetwarzania danych osobowych, a także o prawach jakie przysługują osobom, których przetwarzane dane osobowe dotyczą, podmiotom którym Administrator może powierzyć do przetwarzania dane osobowe, oraz o zasadach zautomatyzowanego przetwarzania danych osobowych.
Komentarze (0)
Dodaj komentarz:  
Twój pseudonim: Zaloguj
Twój komentarz:
dodaj komentarz
$nbsp;
REKLAMA
Nasze serwisy:
elektrykapradnietyka.com
przegladelektryczny.pl
rynekelektroniki.pl
automatykairobotyka.pl
budowainfo.pl