CC BY
73
УДК 621.317.42
КОМПЕНСАЦИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ В ЖИЛЫХ ЗДАНИЯХ
© 2009 М.Ш. Мисриханов1, Н.Б. Рубцова2, А.Ю. Токарский1 1 Филиал ОАО «ФСК ЕЭС» - Магистральные электрические сети Центра 2 НИИ медицины труда РАМН Статья получена 25.09.2009 г.
На примере встроенной в жилое здание трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ показана возможность снижения в 30ч20000 раз уровней напряженности магнитного поля, создаваемого кабельными линиями, в результате применения метода сближения осей виртуальных кабелей.
Ключевые слова: напряженность магнитного поля, кабельные линии, жилые здания
Трансформаторные подстанции (ТП), встроенные в жилые или административные здания, являются источниками магнитных полей, воздействующих на человека и окружающую среду. Рассмотрим сдвоенную ТП 10/0,4 кВ, расположенную на первом этаже жилого помещения (см. рис. 1). От трансформаторов (Тр) 10/04 кВ к распределительному устройству (КРУ) 0,4 кВ отходят кабельные линии 0,4 кВ (КЛ 0,4 кВ), размещенные в асбоцементных трубах. На втором этаже на расстоянии 965 мм от КЛ расположен пол жилого помещения. ПДУ МП для жилых помещений составляет 4 А/м [1].
На рис. 2 показана компоновка кабельных пучков КЛ в асбоцементных трубах. При плановом выводе из работы одного из трансформатора все энергоснабжение осуществляется через второй трансформатор, в этом режиме работы ТП значение модуля фазного тока КЛ при симметричной нагрузке составит 1800 А. На рис. 3 дано распределение напряженности МП на поверхности пола жилого помещения над ТП, создаваемого токами КЛ с компоновкой А - кривая 1 и Б - кривая 2 при симметричной (1ф=1800 А), а на рис. 4 - несиммет-
ричной (I. =1800 А,
ID=900е в
j120°
А,
I„ =900^ А
I0=900 е А) нагрузке: ком-
1/
поновка А - кривая 1 и компоновка Б - кри-2/
вая ^ . ПДУ 4 А/м для жилах помещений превышено в 16 и 25 раз при симметричной нагрузке, а при несимметричной - в 5,5 и 17 раз.
Мисриханов Мисрихан Шапиевич, доктор технических наук, профессор, генеральный директор. E-mail: [email protected]
Рубцова Нина Борисовна, доктор биологических наук, заведующая отделом. E-mail: [email protected] Токарский Андрей Юрьевич, кандидат технических наук, доцент, главны>ш специалист. E-mail: [email protected]
ф
Жилое помещение jy-j'-j
Г"" 1 г"-"......."у^
Рис. 1. Разрез ТП 10/0,4 кВ, расположенной на первом этаже жилого помещения
Рис. 2. Компоновка кабельных пучков КЛ в асбоцементных трубах
Рис. 3. Распределение напряженности Н^^ МП, создаваемого на поверхности пола жилого помещения, КЛ с компоновкой А - кривая 1 и Б - кривая 2 при симметричном режиме нагрузки
Рис. 4. Распределение напряженности Нтах МП, создаваемого на поверхности пола жилого помещения, КЛ конструкции А - кривая 1' и КЛ конструкции Б - кривая 2' в несимметричном режиме нагрузки
Максимально сближая с целью компенсации напряженности результирующего МП оси кабелей разноименных фаз и нулевого провода в кабельных пучках (см. рис. 5) и опуская КЛ от поверхности пола жилого помещения еще на 10 см, можно добиться соблюдения условия Нтах<4 А/м [1]. Однако «остаточное» МП КЛ с напряженностью 1ч2 А/м в совокупности с магнитными полями, создаваемыми бытовыми электроприборами (кухонными электроплитами, электрическими чайниками, нагревателями, калориферами), может привести к превышению ПДУ для жилых помещений.
Рис. 5. Максимальное сближение осей кабелей разноименных фаз и нулевого провода в кабельных пучках
Дальнейшее ограничение уровней напряженности МП методом сближения осей кабелей разноименных фаз и нулевого провода невозможно, т.к. мешают геометрические размеры самих кабелей. Поэтому целесообразно применение метода сближения осей виртуальных кабелей [2]. Для этого разделим кабель А с током 21 на два параллельных кабеля А1 и
А2 с током & в каждом, расположенных друг от друга на расстоянии 2 К. Из средины расстояния между кабелями проведем окружность радиусом К и в центре окружности разместим оси координат ХОУ так, чтобы ось ОХ нахо-
дилась к прямой, соединяющей оси кабелей, под углом а (см. рис. 6). В точке Д, расположенной на расстоянии Ь от центра окружности на оси ОУ, токами кабелей создается МП, напряженности которого складываются по составляющим по осям ОХ и ОУ, после чего находится результирующая напряженность НА (см. рис. 6).
Угол в наклона вектора На ходится по выражению:
Р=агс1§Н^
к оси ОХ на-
(1)
Из точки Д проведем перпендикуляр к вектору НА в направлении центра координат ХОУ
21
(см. рис. 6). Тогда на расстоянии ГА
2 яН,
от точки Д на полученном перпендикуляре можно поместить ось кабеля А, который является виртуальным аналогом кабелей А1 и А2,
создающим своим током, равном 21, в рассмотренной точке Д МП, вектор напряженности которого в тождественен вектору НА .
V Д ^
^ з X йл1 Н^
кабель А2"'У х I
} виртуальный кабель А 21
Рис. 6. К определению координат оси виртуального кабеля А с током 21, создающего
в точке Д напряженность МП, равную напряженности МП, создаваемой 2 реальными
параллельными кабелями А1 и А2 с током &
Координаты оси кабеля А определяются по выражениям:
Ха=ГА8ШР, УА=И-ГАС08Р.
(2)
Ось виртуального кабеля расположена внутри окружности на расстоянии от центра Кв<К При увеличении до Ы числа
составляющих кабелей и неизменном значении в результате взаимной компенсации модуль составляющей цц уменьшается, а модуль
составляющей Нкх увеличивается, что, согласно выражениям (1) и (2), приводит к уменьшению как угла в, так и координат ха и у а , т.е. центр виртуального кабеля стремится к центру окружности. Равномерно размещая кабели фаз и нулевого провода по периметру окружностей, имеющих один центр, получим КЛ, у которой оси виртуальных кабелей фаз и нулевого провода будут находиться на расстояниях значительно меньших диаметров реальных кабелей. Применяя принцип максимального сближения осей виртуальных кабелей можно получить различные конструкции КЛ, некоторые из которых показаны на рис. 7.
В качестве примера рассмотрим КЛ, показанную на рис. 7В. Определим значения напряженности МП, создаваемого при симметричной нагрузке токами фаз кабельной линии в точке Д, расположенной на расстоянии Ь=0,5 м по оси ОУ от ее центра. Модуль фазного тока равен 1000 А. В таблице 1 приведены результаты расчета координат осей виртуальных аналогов кабелей (КОВК), составляющих Нх, Ну и результирующей Н. напряженности МП, создаваемого каждой фазой, результирующих составляющих Н™ и Н^,
X Ъ У ъ
а также напряже нности Нтах по большей
полуоси эллипса. Если поворачивать кабельный пучок КЛ, показанной на рис. 7В, вокруг своей оси на угол а, то координаты осей виртуальных кабелей и напряженность Нтах в точке Д изменяются. На рис. 8 показаны кривые изменения координат осей виртуальных кабелей при изменении угла а поворота кабельного пучка вокруг своего центра от 0 до п/2. Расстояние между осями виртуальных кабелей А, В, С и 0 (для кабеля нулевого провода хо=уо=0 мм) не превышают 0,4 мм.
Рис. 7. Некоторые конструкции КЛ, построенные по методу максимального сближения осей виртуальных кабелей
Таблица 1. КОВК, Н. , Н. , Н
1У '
Н ™, Ни Нтах в точке Д с Ь=0,5 м по оси ОУ для КЛ 7В
X Ъ У ъ
Фаза КОВК, х/у н* й» Н. НX ъ НУ ъ Нтах
- мм А/м
А 0/0,020 318,32 0 318,32
В 0/0,192 318,19е-Д20 0 318,19е-Д20 0,2122е^120 0 0,2122
С 0/-0,192 318,43еД20 0 318,43еД2° (0,2122)
0 0/0 0 0 0
Рис. 8. Кривые изменения координат осей виртуальных кабелей при изменении угла а поворота
кабельного пучка вокруг своего центра от 0 до п/2
Модули составляющих Нх колеблются в районе 318,3±0,122 А/м, а составляющих Н
'у
изменяются в пределах от -0,122 до +0,122 А/м (см. рис. 9). Нтах изменяется в очень узких границах: от 0,2121904 А/м до 0,2121965 А/м (см. рис. 10).
На рисунках 11-14 показано распределение напряженности Нтах МП, создаваемого на поверхности пола жилого помещения над ТП (965 мм) токами КЛ с компоновкой кабельного пучка по схемам 7А, 7Б, 7В, 7Д и 7Е (см. рис. 7).
Рис. 9. Кривые изменения модулей составляющих Нх и Нуу при повороте КЛ на угол а в
приделах от 0 до п
Рис. 10. Изменение результирующей напряженности Нтах при повороте КЛ на угол а
в приделах от 0 до п
симметричном режиме нагрузки, соответственно. Напряженность МП изменяется с 4,3410-3 А/м до 1,53 А/м и рассмотренные КЛ удовлетворяют не только ПДУ для производственных условий и жилых помещений, но и по помехоустойчивости аппаратуры для всех степеней жесткости.
Рис. 11. Распределение напряженности Нтах МП, создаваемого КЛ конструкции 7А и 7Б
- симметричный Б1/ и 1/ - несим-
Кривые А1, Б1 и 1 (1ф=1800 А), и кривые А1/ метричный режим нагрузки, соответственно. Для компоновок по схемам А и Б значение Нтах не превышает 0,0043 и 0,0040 А/м при симметричном и 0,0027 и 0,0020 А/м при не-
-я.а -а.а
а.в н а.в
Рис. 12. Распределение напряженности Нт МП, создаваемого КЛ конструкции 7В
Рис. 13. Распределение напряженности Hm МП, создаваемого КЛ конструкции 7Д
Рис. 14. Распределение напряженности Hm МП, создаваемого КЛ конструкции 7Е
Выводы: метод ограничения напряженности МП путем сближения осей кабелей фаз и нулевого провода с компоновкой кабелей в КП по углам квадрата наиболее прост и применен при строительстве жилых комплексов в Лаврушен-ском и Первом Кадышевском переулках. Напряженность МП над встроенными ТП 10/0,4 кВ не превышает ПДУ 4 А/м для жилых помещений, что подтвердили результаты измерений при приемке жилых комплексов. Компоновка кабельных пучков по методу сближения осей виртуальных кабелей фаз и нулевого провода наиболее эффективна для компенсации МП КЛ и е6 целесообразно применять при прокладке кабельных линий, проходящих в жилых, административных и производственных зданиях, а также по селитебным территориям, что рекомендовано в ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07 [1] и СанПиН 2.2.4.1191 - 03 [3].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Гигиенический норматив ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07 «Предельно допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебных территориях».
2. Патент на изобретение № 2273934. Кабельная линия электропередачи / Мисрихалов М.Ш, Рубцова Н.Б., Токарский А.Ю. Опубликовано 10.04.2006, Бюл. № 10.
3. СанПиН 2.2.4.1191-03. Электромагнитные поля в производственных условиях. - М.: Минздрав РФ, 2003. - 38 с.
COMPENSATION OF CABLE LINES MAGNETIC FIELDS IN RESIDENTIAL BUILDINGS
© 2009 M.S. Misrihanov1, N.B. Rubtsova2, A.Yu. Tokarskiy1 1 JSC Federal Network Company Branch "Main Power Networks of the Center" 2 Scientific Research Institute of Occupational Health RAMS Article is received 2009/09/24
On an example of the 10/0,4 kB transformer substation built in a residential building the opportunity of decrease in 30^20000 time the magnetic field intensity level created by cable lines, as a result of application the method of virtual cables axes rapproachement is shown.
Key words: intensity of a magnetic field, cable lines, residential buildings
Misrikhan Misrikhanov, Doctor of Technical Sciences, Professor, General Director E-mail: [email protected] Nina Rubtsova, Doctor of Biology, Head of the Department E-mail: [email protected] Andrey Tokarskiy, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Chief Specialist. E-mail: [email protected]
