Экологические аспекты передачи электроэнергии

Воздействие сильного шума на организм человека приводит не только к потере слуха. Шум, кроме этого, может стать причиной нервных заболеваний, язвенной болезни, расстройства эндокринной и сердечно-сосудистой систем. При чрезмерной силе звука или значительной его длительности может возникнуть перевозбуждение клеток коры головного мозга, приводящее к охранительному торможению и изменению ответной реакции. Резкий, сильный звук вызывает усиленное сердцебиение и повышает кровяное давление [2].

Адаптация к регулярным и частым шумам наступает гораздо легче, чем к нерегулярным и редким.

Инфразвуки частотой ниже 20 Гц в диапазоне 5—10 Гц вызывают у некоторых людей вибрацию органов и почти у всех (до 70%) ухудшение зрения; при частоте звука 12, 14 и 19 Гц ощущается звон в ушах. Инфразвуки отражаются на всех видах интеллектуальной деятельности, вызывают ощущение тревоги и страха. Наиболее чувствительны к действию шума люди старшего возраста. Так, в возрасте до 27 лет на шум реагирует примерно половина людей, а в возрасте старше 27 лет — более 70%.

Нормируемыми параметрами  шума приняты уровни средних квадратичных звуковых давлений и уровни звука L. Непостоянный шум оценивается в эквивалентных уровнях звука L_экв, дБА, под которыми понимается его среднестатистический уровень, оказывающий то же воздействие, что и постоянный шум того же уровня. В вычисления уровней как постоянного, так и непостоянного звука вводятся поправки, зависящие от характера шума (тональности или импульсности, места расположения объекта и времени суток). При оценке постоянного шума вводится также поправка на продолжительность его воздействия.

При своей работе линии  электропередачи сверх- и ультравысокого напряжения создают акустические шумы, влияющие на экологическую обстановку. Шум имеется при любой погоде, но особенно он усиливается при дожде. Шум вызывается коронным разрядом на проводах. При отсутствии осадков он определяется «электрическим ветром» — движением воздуха по замкнутым траекториям, вызванным лавинно-импульсным механизмом разряда с отдельных точек поверхности провода, положение которых регулируется сопряженными воздушными потоками. При наличии капель дождя на проводе возникает новый процесс, связанный с деформацией заряженных капель и их отрывом от поверхности провода.

Уровень шума, дБА, на расстоянии 100 м от крайней фазы в зависимости  от параметров ВЛ и параметров режима ее работы приближенно можно определить по формуле

где Етак.—действующее значение максимальной напряженности поля на поверхности провода, кВ/м; /•o—радиус провода, см; п—число составляющих проводов в фазе; у—расстояние от крайней фазы, м.

Наличие трех фаз можно  учесть путем добавления к полученному результату по выражению (4.1) 3—4 дБА.

С появлением линий электропередачи  ультравысокого напряжения (более 1000 кВ) коронный разряд такой линии может явиться серьезным источником шума, мешающим живущим вблизи людям. В настоящее время охранная зона для линий напряжением более 1000 кВ принимается в виде участка земли и воздушного пространства, ограниченного вертикальными плоскостями, отстоящими по обе стороны от крайних проводов на расстоянии 50 м. За пределами охранной зоны допустимо сохранение отдельных жилых зданий, а также промышленных сооружений. В целом до населенных пунктов с учетом их перспективного развития расстояние от оси линии должно составлять не менее 300 м, а на стесненных участках трассы это расстояние может быть уменьшено до 100 м. На меньших расстояниях акустический шум, создаваемый в процессе коронирования линии, может являться мешающим фактором. Для ЛЭП более низких классов напряжения эти расстояния меньше.

По своим характеристикам  шум от линии электропередачи может быть отнесен к широкополосным шумам с непрерывным спектром шириной полосы более одной октавы, чистые тона спектра при этом в отдельности не учитываются.

По временной характеристике его можно отнести к непостоянным шумам с интенсивностью L, колеблющейся по времени.

В соответствии с законом Вебера—Фехнера прирост силы слухового ощущения пропорционален логарифму отношения интенсивностей двух сравниваемых раздражений. Это дало основание ввести понятие уровня интенсивности звука, определяемое как:

Для интерпретации норм на шумы вводится понятие громкости звука. Через громкость звука учитываются различия слуховых ощущений шума одинаковой интенсивности, но разных частот. Уровень громкости звука на частоте 1000 Гц считается равным его интенсивности в децибелах [8].

Шумы от высоковольтной линии электропередачи изменяются в течение года в зависимости от погоды: наличия осадков, тумана, высокой влажности воздуха и др. Максимально возможные шумы от короны возникают в сильный дождь. Шумы достаточно длительные и они накладываются на фоновый шум, создаваемый падающими каплями дождя. Поэтому вредные воздействия шума оцениваются по интегральному эффекту воздействия на человеческое ухо звуковой энергии в течение всего времени плохой погоды. В хорошую сухую погоду шумы от линии электропередачи обычно соизмеримы с окружающим шумовым фоном местности и поэтому могут не учитываться.

Непостоянные шумы оцениваются  по статистическим характеристикам в течение некоторого периода времени. Характеристикой непостоянного шума является эквивалентный (по энергии) уровень звука, дБА,

где Д — число отсчетов в данном интервале изменения  уровня звука по отношению к общему числу отсчетов, %; L. — средний уровень звука в ;-м интервале, дБА.

Использование параметра L _экв позволяет показать, что кратковременное увеличение шума вызывает менее острую реакцию, чем постоянно действующий шум того же уровня.

В дневное время на границе полосы отчуждения (100 м) допустимы  более высокие уровни шума от короны линии, чем ночью. Нормируемые допустимые уровни шума для дневных часов — 55 дБА, а для ночных — 45 дБА. Допускаются некоторые усреднения нормативных параметров за годовой период, что приводит к отклонениям в значении на 2—3 дБА. Данная величина может быть использована в качестве критерия при проектировании линии электропередачи, причем сравниваться она должна с фактическим среднегодовым эквивалентным уровнем звука с учетом всех видов плохой погоды, который возникнет на проектируемой линии при ее эксплуатации. Для линии напряжением более 1000 кВ-L _экв=53 дБА [9].

Следует заметить, что спектр шума короны линии электропередачи отличается об обычных шумов, создаваемых машинами и механизмами, на которые в основном ориентированы вышеуказанные нормативные значения. В частности, в некоторые виды погоды значительно увеличиваются уровни звукового давления в верхней части частотного спектра. В настоящее время имеются статистические данные по измерению шумов а ЛЭП напряжением более 1000 кВ. Так, получены зависимости роста шумов при изменении напряжения на линии. Напряженность поля £o на поверхности провода при этих измерениях изменялась от 19 до 29 кВ/см. В дождь изменение максимального градиента на поверхности провода на 1 кВ/см приводит к изменению уровня шума от линии в среднем на 1,6 дБА. Эта зависимосгь может быть выражена формулой

Затухание акустических шумов при удалении от линии, полученное по результатам измерений, имеет  вид

где R1, R2—начальное и конечное расстояния от линии.

По зарубежным исследованиям  получена зависимость акустического  шума линии от радиуса провода Гц в сантиметрах:

В проводах линии токи, вызывающие радиопомехи, возбуждаются также коронным разрядом и содержат пакеты импульсов, генерируемых в положительные полупериоды переменного напряжения. Соответственно электромагнитные поля радиопомех содержат пакеты импульсов, частота следования которых изменяется от частоты синусоидального напряжения до утроенного значения этой частоты. Из-за относительно большого интервала времени между пакетами импульсов они представляют собой импульсную помеху, а не «белый шум». Возникающие высокочастотные волны распространяются вдоль линии.

Продолжительность полупериода  такова, что ионы, образованные во время смены знака напряжения, не могут удалиться более чем на несколько десятков сантиметров (примерно 30 см) от каждого провода. Радиопомехи, возникающие во время отрицательного полупериода, незначительны. Однако значительные положительные кистевые разряды, появляющиеся в большей части положительного полупериода, вызывают интенсивные паразитные поля. Спектр каждого коронного разряда имеет характер «белого шума» вплоть до частот, близких к 1 МГц, далее он резко падает (рис. 4.1). Каждый коронный разряд распространяет непосредственно вокруг себя сферическое излучение, которое было выявлено на больших естественных или искусственных кистевых разрядах. Воздушная линия представляет собой для импульсных или высокочастотных волн волноводы.

Выявлено, что возникающие  паразитные поля, излучаемые ВЛ сверхвысокого напряжения, не нарушают нормальной работы телевизоров.

Радиопомехи, как и  потери на корону, чувствительны к  состоянию поверхности проводов. Так, установлено, что со временем пыль, находящаяся в воздухе, осаждается на провод и обугливается, образуя прочный и пористый нагар. Пористость нагара вызывает уменьшение коронных разрядов при дожде, поскольку он поглощает капли воды. Наблюдается явление постепенного старения проводов, при этом происходит медленное, хотя и неравномерное, убывание потерь энергии и радиопомех.

Уровень радиопомех под  воздействием метеорологических условий  увеличивается (рис. 4.2). Однако метеорологическая  статистика говорит о том, что неблагоприятные значения уровней паразитных полей получаются под линией лишь в течение незначительного периода времени за год (несколько процентов от всего времени).

Уровень помех связан с изменением подвеса провода h и расстоянием от вертикали наиболее близкого проводника у и снижается по мере удаления от линии, поскольку паразитное поле Епар имеет характер направленного униполярного поля, убывающего по закону, близкому к

где Ео—напряженность на поверхности провода, кВ/м.

Необходимо упомянуть о явлении экранирующего эффекта высоковольтной ВЛ, влияющей на уровень сигналов радиостанций. Это сказывается только на радиостанциях, расположенных в непосредственной (десятки метров) близости от линии электропередачи.

Средства, применяемые для уменьшения паразитных полей вблизи линий сверхвысокого и ультравысокого напряжений, немногочисленны. Их принцип состоит в снижении потенциала поля на поверхности проводов с целью уменьшения ударной ионизации — расщеплении фазы на несколько составляющих. При сильном ненастье паразитные радиопомехи могут превосходить допустимые пределы, поэтому применяется:

— установка антенны  радиоприемников вдали от ВЛ и  присоединение ее к приемнику  экранированным кабелем;

— использование для  радиопередачи самой линии, которая действует как антенна.

Нормы радиопомех: 10 дБ на расстоянии 30 м от оси линии и 30 дБ на расстоянии 61 м. Указанные нормы учитываются на стадии проектирования при выборе конструкции ВЛ электропередачи.

 

5. ОСОБЕННОСТИ  ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО ВОЗДУШНЫМ ЛИНИЯМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

Одной из основных проблем  при проектировании передач постоянного  тока (ППТ) являются эффекты, обусловленные  короной. При этом имеются в виду не только экономические факторы, связанные  с потерями электроэнергии, но и сопутствующие нежелательные эффекты такие, как радиопомехи, акустические шумы и присутствие заряженных ионов в пространстве вокруг линии. Последний из упомянутых эффектов — существование объемного заряда — проявляется в значительном влиянии на статические электрические поля линии и, как следствие этого, имеет важное значение при рассмотрении влияния воздушных линий постоянного тока на окружающую среду.

В настоящее время  при анализе влияния ППТ сверхвысокого напряжения наибольшее внимание уделяется определению распределения ионного тока и напряженности электрического поля. Работа таких линий сопровождается непрерывным направленным движением ионов от коронирующего провода линии: движение под действием поля провода с противоположной полярностью, движение под действием ветра и движение к поверхности земли. При униполярной ППТ полярность ионов совпадает с полярностью коронирующего провода, при биполярной ППТ ионы каждой полярности генерируются вблизи соответствующего полюса линии (рис. 5.1). В пространстве между каждым полюсом и землей располагаются ионы со знаком, соответствующим полярности полюса. В зоне между полюсами присутствуют ионы обеих полярностей, что приводит к рекомбинации ионов. Таким образом, влияние воздушной линии постоянного тока на окружающую среду многограннее, чем ВЛ переменного тока.

Воздействие на окружающую среду можно разделить на три  составляющих, характеризующихся:

— плотностью тока потока ионов J;

— плотностью объемного  заряда ионов;

— электрическим полем  от провода Епров и объемного заряда ионов Еион.

Кроме того, протекание постоянного  тока в проводе сопровождается постоянным магнитным полем (для ППТ ±500 кВ—0,022 мТ).

Ток потока ионов, т. е. плотность  тока I, определяется значением и направлением вектора напряженности Е в данной точке. Для биполярной ППТ

где р+, р- — объемные заряды, генерируемые короной ППТ;

К+, К-—подвижность ионов у полюсов передачи.