Экологические аспекты передачи электроэнергии

 

 

 

 

 

 

Министерство образования Российской Федерации

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н.Э. БАУМАНА

Факультет «Э»

Кафедра «Э9»

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по курсу

                  ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

 

 

 

 

 

 

 

.

 

                                                                         Выполнила: Калинина Наталья

                                                                                  группа   Э9-82

 

                                                                   Проверил: Девисилов В.А.  

     

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва, 2013

 

ВВЕДЕНИЕ

До середины нынешнего  столетия влияние воздушных линий (ВЛ) на окружающую среду практически не учитывалось из-за малой плотности размещения сетей и небольшого разнообразия их конструктивных решений. С ростом класса напряжения (500, 750, и более 1000 кВ), дальности электропередач усиливается воздействие ВЛ на био- и социальные сферы, что заставило с начала 70-х гг. серьезно заняться изучением этих воздействий и поиском путей снижения их отрицательного влияния на окружающую среду. Растет также плотность размещения распределительных сетей, что делает проблему особенно острой в густонаселенных районах. Так, в некоторых регионах плотность размещения линий электропередачи разных напряжений достигает порогового значения, при котором на окружающую среду воздействует уже не одна ВЛ, а их совокупность. Эту особенность «загрязнения» среды совокупностью ВЛ необходимо учитывать при проектировании электрических сетей.

Воздушные линии электропередачи  как элемент электроэнергетической системы (ЭЭС) имеют непосредственный контакт и взаимовлияние с окружающей средой. Наиболее характерными экологическими проблемами, с которыми приходится сталкиваться при проектировании и строительстве ВЛ, являются следующие: передача прав собственности и изъятие земель, вырубка лесных насаждений, ограничение хозяйственной деятельности в зоне отчуждения земли для ВЛ, вредное влияние электромагнитного поля сверх- и ультравысокого напряжения на биосферу, возникновение теле- и радиопомех, акустические шумы, создаваемые ВЛ, ухудшение работы средств связи, ухудшение эстетического восприятия ландшафта в местах прохождения трасс ВЛ.

Часть из указанных воздействий  на окружающую среду поддается количественной оценке и может быть выражена в экономических показателях, учитываемых при проектировании. Большую же часть воздействий на биосферу и социальные системы оценить сложно, а порой и невозможно. Рассмотрим три основные подсистемы, на которые оказывает влияние ВЛ.

1. Экологическая подсистема:

— нарушение почвенно-растительного  комплекса и рельефа местности;

— отторжение ценных сельскохозяйственных земель;

— последствия вырубки  лесов по трассе ВЛ;

— изменение среды  обитания животных, птиц, насекомых и их генофонда;

— влияние на биопроцессы  в растительном мире;

— ограничение и изменение  путей миграции животных и птиц.

2. Социальная подсистема:

— ухудшение условий  жизни населения вблизи ВЛ (акустический шум, теле- и радиопомехи);

— отрицательное эстетическое воздействие на ландшафт местности, населенные пункты, зоны отдыха, культурные и природные памятники и т. д.;

— негативное воздействие  электромагнитного поля ВЛ на организм человека в охранной зоне ВЛ.

3. Экономическая подсистема:

— нанесение ущерба сельскому хозяйству в связи с отторжением земель и ограничением хозяйственной деятельности в охранной зоне ВЛ;

— нанесение ущерба лесному  хозяйству.

Следует сразу отметить, что действующие сегодня нормативы платежей за пользование земельными, лесными и другими ресурсами значительно занижены по сравнению с их народнохозяйственной ценностью.

Очевидно, что для обеспечения  возможности учета всего комплекса  воздействий ВЛ на окружающую среду  необходимо проводить исследования энергетиков, биологов, социологов, экономистов и специалистов в других областях науки Критерием же выбора варианта электропередачи остается минимум приведенных народнохозяйственных затрат на строительство и эксплуатацию ВЛ. С учетом воздействия на окружающую среду их можно записать

3=3вл+3экол+3соц+Зэкон,               (В.1),

где Звл—затраты на строительство и эксплуатацию ВЛ; Зэкол, Зсоц, Зэкон—затраты на проведение мероприятий, направленных на предотвращение или ликвидацию последствий отрицательного воздействия ВЛ на экологические, социальные и экономические подсистемы.

В состав затрат входят фактические  и возможные убытки (в денежном выражении), причиняемые народному хозяйству, или дополнительные затраты на компенсацию этих убытков. Учет таких составляющих затрат заставит при проектировании ВЛ рассматривать также варианты:

— более протяженной  трассы для обхода ВЛ густонаселенных пунктов, мест отдыха, природных и культурных памятников, высокопродуктивных земель, ценных лесных массивов, магистральных железных и шоссейных дорог и т. д.;

— ВЛ с заменой на отдельных  участках опор на более эстетичные конструкции;

— замены ВЛ на отдельных  участках кабельной линией;

— учитывающие массовые посадки вдоль трассы ВЛ деревьев, маскирующих конструкции опор и защищающих близко расположенные населенные пункты от отрицательных воздействий линии.

В реферате будут рассмотрены только экологические аспекты влияния ВЛ на окружающую среду, учет которых при проектировании затрагивает ряд социальных и экономических аспектов.

 

 

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И СПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ ПОД НИМИ

Санитарные нормы и  правила по защите населения регламентируют максимальную напряженность поля на высоте 1,8 м над землей. Нормируемые напряженности должны обеспечивать защиту от всех видов воздействия ВЛ электропередачи, ограничивая, в частности, до безопасного уровня электростатические наводки на транспортные средства таким образом, чтобы ток, стекающий с человека в землю при контакте с транспортными средствами, не превышал допустимого — 6 мА.

Алгоритмы расчета трехмерных электрических полей в электроустановках  базируются на использовании метода эквивалентных зарядов. Главной особенностью метода является то, что расчет эллиптически поляризованного электрического поля заменен расчетом двух электростатических полей Е₁ и E₂, геометрия которых такая же, как и у исходного электрического поля. Так, в общем случае провода ВЛ могут располагаться на различной высоте над поверхностью земли (h), которую целесообразно в расчетах напряженности поля принять одинаковой (рис. 1.1) Потенциал человека относительно земли, а также ток, протекающий через человека, определяются вертикальной составляющей напряженности поля. Пренебрегая активными проводимостями крайних фаз и полагая, что параметры фаз выровнены путем увеличения радиуса расщепления крайних фаз, имеем

Полагая h=0, вычислим распределение напряженности v поверхности земли поперек линии (вдоль координаты л') для моментов времени, соответствующих максимуму зарядов на крайней и средней фазах В этом случае согласно принятым допущения

либо

При этом получаем [1]

При изменении х максимальное значение каждого члена в квадратных скобках достигается непосредственно под соответствующим проводом (x»Do, x»—Do). Анализ выражений (1.4) и (1.5) показывает, что при указанных условиях максимум напряженности поля под крайней фазой (1.4) больше, чем под средней фазой (1.5). Поэтому расчет £'max будем проводить по выражению (1.4) при x»Do. После некоторых простейших алгебраических преобразований получаем

При увеличении отношения Do/H максимальная напряженность поля увеличивается из-за уменьшения влияния соседних проводов, характеризующихся отрицательными членами в (1.6).

Таким образом, при нормированном  значении Етах из выражения (1.6) легко можно установить связь между параметрами линии: зарядом т, габаритом до земли Нтiп (в средней точке пролета) и междуфазным расстоянием Do. Причем

где С—емкость линии; Uнp—наибольшее рабочее линейное напряжение.

Расчет габарита линии определяет во многом ее конструктивные особенности при проектировании. Здесь снижение напряженности поля под ВЛ позволяет создать компактные линии напряжением 220—500 кВ. Для ВЛ 750 кВ и выше создание компактных линий приводит к значительному уменьшению необходимого габарита до земли, но все же он остается большим, особенно для населенной местности. В связи с этим для ВЛ 750 кВ и выше актуальна задача разработки мер ограничения напряженности поля вдоль всей электропередачи, а для ВЛ 500 кВ — в основном для населенной местности.

Созданные программы  расчета параметров электрического поля позволяют получить зависимость изменения напряженности по мере удаления от проекции проводов средней фазы. Такая зависимость для ВЛ 400 кВ представлена на рис. 1.2.

Расчетные зависимости подтверждены результатами натурных измерений напряженности электрического поля ВЛ. На рис. 1.3 представлены некоторые числовые характеристики ВЛ 110, 220, 500 кВ в зависимости от расстояния от линии.

Расчеты показывают, что  для линий 330, 500 кВ при минимальной высоте подвеса, а для 750 кВ и выше при любой высоте подвеса, абсолютные максимумы Етах находятся вне междуфазного пространства и расположены на расстоянии 1—3 м от проекций крайних фаз на землю. Увеличение высоты подвеса проводов дает существенное снижение напряженности, при этом максимумы напряженности смещаются еще дальше от проекций крайних фаз на землю.

Одновременно наблюдается  незначительный рост напряженности поля примерно на 0,05 кВ/м на каждый метр изменения высоты в междуфазном пространстве вблизи оси линии. Для линий 330 и 500 кВ при средней и максимальной высотах подвеса абсолютные максимумы напряженности расположены между средней и крайними фазами.

Рис. 1.2. Зависимость изменения  напряженности электрического поля и его распределение в земле ВЛ 380 кВ'

На введенной в строй  в 1985 г. первом участке ЛЭП УВН  напряжением более 1000 кВ проведены  исследования влияния поля воздушной линии на окружающую среду.

В результате, для того чтобы снизить максимальную напряженность электрического поля около земли под линией до допустимой по санитарным нормам (15 кВ/м на высоте 1,8 м и при температуре воздуха 32°С), габарит расщепленного провода (8ХАСЗЗО; шаг расщепления 40 см) над землей был увеличен до 17,3 м. Граница санитарно-защитной зоны составила по расчетам и измерениям 80±5 м от оси линии.

 

Рис. 1.3. Значения электрического, магнитных нолей и уровня акустического  шума ВЛ переменного тока на различных  расстояниях от центра электропередачи.

 

Максимальный протекающий через человека ток «короткого замыкания», измеренный под линией в точке с максимальной напряженностью поля (£'max=15 кВ/м), не превосходит 0,225 мА, что соответствует значению тока, едва ощущаемому лишь 1 % людей.

Однако реальную опасность  может представить ток, длительно протекающий через человека при его прикосновении к наиболее крупногабаритной сельскохозяйственной машине на резиновом ходу. Для уменьшения влияния комбайнерам рекомендуется работать поперек трассы линии.

Для пересечения линии  напряжением более 1000 кВ с автодорогами напряженность £max была снижена до 10 кВ/м с учетом возможных более неблагоприятных подстилающих условий для машины (сухой асфальт) и человека (мокрая обочина шоссе).

На рис.1.4 в виде диаграмм представлены значения абсолютных максимумов напряженности электрического поля £'max на уровне 1,8 м от земли для обычных одноцепных линий электропередачи высокого и ультравысокого напряжений при минимальной, средней и максимальной высотах подвеса проводов. Распределение напряженности электрического поля под компактными линиями существенно отличается. Она достигает абсолютных максимумов непосредственно вблизи проекции средней фазы и резко снижается при удалении от нее. Зона с напряженностью более 5 кВ/м, где ограничивается пребывание человека, занимает полосу шириной не более 20 м при Uном=750 кВ и 22 м при Uном>1000 кВ, не выходя, таким образом, за междуфазное пространство, вместо соответственно 60 и 90 м у обычных линий электропередачи. Это обстоятельство позволяет устанавливать существенно меньшие полосы отчуждения для компактных линий. Однако следует предвидеть более интенсивное воздействие электрического поля в междуфазном пространстве компактных линий, что предъявляет более высокие требования к защитным костюмам ремонтного персонала при выполнении работ под напряжением.

Одним из способов уменьшения напряженности электрического поля под ВЛ является установка экранирующих заземленных тросов, натягиваемых под проводами линии в местах интенсивного перемещения животных, автотранспорта, а также производства сельскохозяйственных работ. Габарит до земли нормируется перемещением механизмов высотой до 4,5 м. Наведенные на заземленных тросах заряды частично компенсируют поле проводов линии и снижают напряженность поля независимо от радиуса троса.

Например, для снижения напряженности поля под ВЛ 750 кВ с  горизонтальным расположением фаз  до о кВ/м требуется подвеска 11 тросов. Следует также отметить, что использование экранирующих тросов иногда ведет к необходимости увеличения высоты подвеса проводов и, следовательно, высоты опор на величину минимально необходимого изоляционного промежутка «провод — заземленный трос». Это приводит к заметному удорожанию линии, поэтому тросовые экраны применяются только при пересечении линией дорог. При этом они натягиваются между дополнительными железобетонными стойками.