Pola elektryczne i magnetyczne 50 Hz przy generacji rozproszonej i scentralizowanej - POLE ELEKTRYCZNE - POLE MAGNETYCZNE - LINIE ENERGETYCZNE - ELEKTROENERGETYKA - SIECI ELEKTROENERGETYCZNE
Mouser Electronics Poland   Przedstawicielstwo Handlowe Paweł Rutkowski   Amper.pl sp. z o.o.  

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