Диссертация (1144049), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Так, моделированиеэлектромагнитного поля показывает, что потери в экранах средних кабелей каждойлинии в 3-4 раза превосходят потери в экранах соседних крайних кабелей. Этазакономерность проявляется во всех слоях, но сильнее она выражена для кабелей,расположенных в середине высоты блока.Расчетные данные по потерям в экранах на вихревые токи при принятом вмодели заземлении участков кабелей с одной стороны показаны в таблице 3.16.Ячейки таблицы окрашены в соответствии с величиной потерь. Слева приведеныпотери на вихревые токи в экранах, рассчитанные программой CymCap поМЭК 60287, справа – путем моделирования электромагнитного поля метомконечных элементов.Для удобства сравнения в таблице 3.17 показано отношение потерь в экранах,вычисленное по модели электромагнитного поля к величине этих потерь,вычисленных по МЭК 60287.87Таблица 2.16: Потери в экранах кабелей по МЭК 60287 (CymCap) и МКЭ(FEM).CymCapABCFEMABЛинияТок1 Намыв1 232 0.02 0.02 0.02 0.052 Крест_ц_1 366 0.05 0.05 0.05 0.063 Крест_ц_2 366 0.05 0.05 0.05 0.074 Петр_ц_1 286 0.02 0.02 0.02 0.075 Петр_ц_2 286 0.02 0.02 0.02 0.106ПС_13А351 0.06 0.06 0.06 0.217 Резерв_1 1000 1.06 1.06 1.06 0.758 Резерв_2 1000 1.06 1.05 1.06 0.759 П104_ц_1 446 0.08 0.08 0.08 0.2010 П104_ц_2 446 0.08 0.08 0.08 0.13C0.110.200.240.230.280.572.620.050.060.070.070.100.210.782.670.780.580.200.300.13Таблица 2.17: Отношение потерь в экранах по МЭК 60287 (CymCap) кпотерям, вычисленным путем численного моделирования поля методомконечных элементом (FEM).Отношение потерь в экранах PМКЭ / PCYMCAP№ЛинияТокABC1 Намыв1 2322 Крест_ц_1 3663 Крест_ц_2 3664 Петр_ц_1 2865 Петр_ц_2 2866ПС_13А3517 Резерв_1 10008 Резерв_2 10009 П104_ц_1 44610 П104_ц_2 4462.1.9 Выводы по разделу 2.1Подводя итоги вычислительных экспериментов, мы можем отметитьследующее:Проведено детальное сравнение расчета температурного режима кабельныхлиний методом моделирования электромагнитного и температурного поля и пометодике, изложенной в стандарте МЭК 60287.
Сравнение выполнено для простых88канонических конструкций одиночной кабельной линии и для сложногосооружения – кабельного блока для 10 линий 110/330 кВ.В сравнении участвовали не только окончательные температуры, но ипромежуточные данные – потери в жилах и экранах и тепловые сопротивления.Показано, что для одиночной линии окончательные и промежуточныерезультаты практически совпадают. В то же время, результаты расчета сложногокабельного сооружения по двум методикам демонстрируют качественноесовпадение, но заметное количественное различие. Модель по методу конечныхэлементов выявляет более сильное электромагнитное влияние кабелей друг надруга, чем расчет по МЭК 60287.Располагая результатами применения двух расчетных методик невозможноприйти к выводу о том, какая из них ближе к истине.
Окончательным критериемможет стать эксперимент, например, сопоставление расчетных результатов сданными мониторинга теплового состояния, оборудованием для которогопредполагается оснастить все кабели блока.Тем не менее, имея в виду практически точное совпадение результатовпростых расчетов по обоим методикам и монотонное расхождение результатов вболее сложном случае, когда стандарт не может учесть в полном объемеэлектромагнитное взаимодействие между близко расположенными кабелями, мыможем предположить, что результаты полевого моделирования обнаруживаютболее высокую степень электромагнитной связи чем та, которая вычислена наоснове экстраполяции простых моделей.
Это означает, что полевое моделированиеэлектромагнитногоитемпературноговзаимодействияпараллельнорасположенных кабельных линий способно предоставить проектировщику болееполные, чем стандарт МЭК 60287, данные для принятия проектных решений.892.2 Управление внешним магнитным полем кабельной линии2.2.1 Актуальность задачи снижения магнитного поля кабельных линийКомплекс проблем, связанных с оценкой, мониторингом и ограничениемнежелательного влияния магнитных полей на человека и иные живые организмыприобрел в последние десятилетия такое важное значение, что эта сфера научной иинженерной деятельности выделилось в отдельную научную отрасль-электромагнитную экологию.
В рамках данной работы из всего комплекса проблемэлектромагнитной экологии мы выделим задачу ограничения магнитного поляподземных кабельных линий (КЛ) среднего и высокого напряжения. Результатыработы, изложенные в данном разделе, частично изложены автором и егоколлегами в [116].Согласно [89], экологические проблемы из-за КЛ возникают по следующимпричинам:1.
Когда кабели прокладываются под водным бассейном - в этом случаенеобходимо учитывать возможное вредное влияние переменного магнитногополя на ихтиофауну.Известно [90], что переменное магнитное поле, сопоставимое по величинемагнитной индукции геомагнитным полем (30…70 мкТл) влияет на поведение рыб,которые используют вертикальную компоненту магнитного поля земли длянавигации. Воздействие напряженности электрического поля E и градиентанапряженности gradE на поведение рыб исследовано лучше, чем действиемагнитного поля [91]-[93].
Имеются нормативы по напряженности электрическогополя. Литературных данных о допустимых и опасных величинах переменногомагнитного магнитного поля в обитаемых водоемах обнаружить не удалось.2. Когда кабельная линия проходит через обитаемые зоны, или обслуживаетсяперсоналом.
Для населения в обитаемых зонах вне жилых помещенийиндукция магнитного поля, согласно гигиеническому нормативу[94], недолжна превышать 10 мкТл при максимальном токе кабельной линии. Для90персонала электрических установок принцип нормирования [95] учитываетне только величину магнитного поля, но и продолжительность нахождениячеловека в опасной зоне.Детальные механизмы влияния магнитного поля промышленной частоты наздоровье людей не вполне известны, и находятся в стадии активного изучения,обычно методами эпидемиологии, то есть путем статистического анализа.Сформулированные в нормативных актах обязательные и рекомендованныенормативы по уровню магнитного поля носят оценочный характер, и возможно,будут уточнены в будущем.
Считается, что текущая нормативная база по предельнодопустимым уровням напряженности электрического (ЭП) и магнитного поля(МП) в различных частотных диапазонах имеет отстающий характер [96]. Этоозначает, что не только превышение, но и приближение напряженности поля кнормативному уровню должно рассматриваться как сигнал опасности, а впроектной практике желательно обеспечивать более низкие уровни напряженностиЭП и МП. В сложившихся условиях регулятор придерживается принципаразумного предотвращения, который состоит в том, что от проектировщиковтребуют снижения МП до минимального уровня, который еще не влечетсущественного роста затрат. Некоторые исследователи настаивают на том, чтосуществующие нормативные значения предельного уровня МП промышленнойчастоты являются завышенными [97], и требуют от законодателя их постепенногоснижения допустимой амплитуды индукции МП в несколько раз до уровня 0.2мкТл.Нередко при прокладке нескольких кабельных линий в соседних траншеяхили в кабельном блоке (коллекторе), соблюсти требуемый уровень индукции МПудается только путем применения специальных мероприятий - варьированиемеждуфазного расстояния, выбор глубины заложения линии, специальнаяфазировка соседних цепей и др.
[98]-[101]. Поскольку варьирование расстояниямежду кабелями влияет не только на внешнее магнитное поле, но и на уровеньэлектромагнитных потерь и тепловой режим кабелей, то этого инструментария91может оказаться недостаточно. Тогда возникает необходимость применениямагнитных экранов, протяженных или локальных, особенности конструкции ирасчета которых изложены ниже.2.2.2 Метод исследованияМетодрасчетасочетаетчисленноемоделированиедвумерногоэлектромагнитного поля в поперечном сечении кабельной линии в частотнойобласти с передачей вычисленной плотности потерь для расчета температурногополя. Оба анализа, электромагнитный и тепловой, выполняются методом конечныхэлементов на одной и той секте конечных элементов, что облегчает обмен даннымимежду моделями в двух направлениях: из электромагнитной задачи в тепловуюпередается плотность мощности омических потерь, а в обратном направлении –рассчитанные температуры для коррекции электрического сопротивления.Электромагнитная часть модели сочетает уравнения электромагнитногополя, записанные относительно комплексного векторного магнитного потенциала,с уравнениями Кирхгофа для электрической цепи заземляющих контуров,элементыкоторойприсоединеныкконцаммассивнымпроводникам,представленных в полевой модели своими поперечными сечениями.
Уравненияполя учитывают наведенные вихревые токи и упрощенно учитывают насыщениемагнитного материала.Задачей электромагнитного анализа является вычисление распределенияплотности мощности омических потерь в токопроводящей жиле (ТПЖ) иметаллических оболочках каждого кабеля и уточнения МП в воздухе над землей.Цель стационарного теплового расчета – вычисление температуры каждой ТПЖ.При анализе быстрых переходных режимов предметом расчета является такжетемпература медных экранов для сравнения с нормативным значением.В температурной модели используются граничные условия конвективной ирадиационной теплоотдачи с поверхности земли и условие теплоизоляции или92изотермическое условие на достаточной глубине, где проходит условная нижняяграница расчетной области.2.2.3 Оценка внешнего магнитного поля подземной кабельной линииОценим внешнее магнитное поле подземной трехфазной кабельной линии содной и двумя цепями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
