Tính toán điện từ trường của đường dây truyền tải điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA MAI NGUN HỒNG ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN ĐIỆN TỪ TRƯỜNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN LUẬN VĂN CAO HỌC CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN NĂM 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS.Vũ Phan Tú Cán chấm nhận xét : ……………………………………………… Cán chấm nhận xét : ……………………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ :HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 26 tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Mai Nguyên Hồng Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 13/04/1983 Nơi sinh: Lâm Đồng Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện MSHV: 01807278 1- TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN ĐIỆN TỪ TRƯỜNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: • Nghiên cứu ảnh hưởng khí hậu đến độ võng Đường dây Truyền tải Điện • Viết chương trình tính tốn Điện trường Đường dây truyền tải kết tính tốn • Viết chương trình tính tốn Từ trường Đường dây truyền tải kết tính tốn • Phân tích ảnh hưởng Điện – Từ trường đến người số biện pháp làm giảm Điện – Từ trường Đường dây Truyền tải Điện 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15 /01/2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 26/6/20096 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS VŨ PHAN TÚ Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) Vũ Phan Tú CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu Khoa Điện – Điện Tử thuộc Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh với chuyên ngành thiết bị, mạng nhà máy điện, em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô truyền thụ cho em kiến thức quý báu suốt trình học tập nghiên cứu Xin gửi lời chân thành cảm ơn đến thầy TS.Vũ Phan Tú tận tình hướng dẫn em thực đề tài luận văn: “Tính Tốn Điện – Từ Trường Của Đường Dây Truyền Tải Điện”.Tuy nhiên với thời gian nhận thức hạn chế nên đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu xót, mong nhận góp ý q thầy bạn đọc để luận văn hoàn thiện .Qua xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn Tp Hồ Chí Minh ngày 26 tháng năm 2009 Mai Nguyên Hồng TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngày nay, phát triển kinh tế, xã hội đời sống người dân nước ta nâng cao, để đáp ứng nhu cầu xã hội, đòi hỏi ngành điện phải phát triển kịp thời nguồn cung cấp, lưới tuyền tải, lưới phân phối để đảm bảo số lượng chất lượng điện cung cấp Do mạng lưới truyền tải phải phát triển rộng rãi đảm bảo truyền tải an tồn, tối ưu cơng xuất từ miền Bắc đến miền Nam, từ nhà máy thủy điện, nhiệt điện tới dự án nhà máy điện nguyên tử đến thành phố, trung tâm, khu vực nước Do quỹ đất có hạn, khu dân cư, khu thị, khu dân cư phát triển rộng rãi việc phát triển lưới điện ngày trở nên khó khăn việc sống,làm việc, canh tác gần đường dây truyền tải điện ngày cảng trở nên phổ biến Khi đường dây truyền tải cơng suất điện gây Điện – Từ trường làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh nơi có đường dây truyền tải qua Từ năm 1970, Mỹ có báo cáo nghiên cứu người sống gần đường dây truyền tải bị ung thư, tổ chức bảo vệ sức khỏe có nghiên cứu ảnh hưởng điện – từ trường đến sức khỏe người Trên kết nghiên cứu tổ chức đưa tiêu chuẩn để đảm bảo an toàn sống, làm việc gần đường dây truyền tải điện Do đó, việc khảo sát, mơ Điện – Từ trường vấn đề cần thiết quan trọng việc thiết kế đường dây truyền tải điện Luận văn trình bày đường dây truyền tải điện điện từ trường phân bố khơng gian có đường dây truyền tải qua Phân tích ảnh hưởng Điện – Từ trường đến người đưa số biện pháp để giảm trường Điện – Từ đường dây truyền tải điện          Mục Lục   CHƯƠNG 1: ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN TRÊN KHÔNG  2  I.  Phương trình biểu diễn Đường dây truyền tải điện không .2  1.  Dây treo điểm độ cao  2  2.  Dây treo điểm khác độ cao  6  II.  Các vấn đề ảnh hưởng đến độ võng Đường dây truyền tải 13  1.  Sự thay đổi sức căng, độ võng theo thời tiết   13  2.  Tính tốn trường hợp cụ thể   16  CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN ĐIỆN TRƯỜNG CỦA ĐƯỜNG DÂY   23  TRUYỀN TẢI ĐIỆN   23  I.  Giới thiệu phương pháp mật độ điện tích .23  II.  Tính toán điện trường đường dây truyền tải điện 24  1.  Điện trường Đường dây truyền tải pha   24  2.  Điện trường Đường dây truyền tải pha   27  III.  Kết tính tốn điện trường đường dây truyền tải điện phương pháp mật độ điện tích 29  1.  Tính tốn điện trường cho đường dây truyền tải độ cao  . 30  2.  Tính tốn điện trường cho đường dây truyền tải khác độ cao  . 38  IV.  TÍNH TỐN ĐIỆN TRƯỜNG CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ 46  1.  Cơng thức tính điện trường phương pháp số   46  2.  Tính điện trường đường dây thực tế.   56  3.  So sánh kết tính tốn với phương pháp CSM   58  CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN TỪ TRƯỜNG CẢM ỨNG CỦA   62  ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN   62  I.  Giới Thiệu 62  II.  Từ trường cảm ứng Đường dây truyền tải điện 64  1.      Từ trường Đường dây pha:  . 64      2.  Từ trường của Đường dây 3 pha   67  III.  Kết tính toán từ trường Đường dây truyền tải 69  1.  Tính tốn từ trường cho Đường dây có độ cao . 69  2.  Tính tốn điện trường cho đường dây truyền tải khác độ cao  . 77  CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN NGƯỜI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢM ẢNH HƯỞNG ĐIỆN TRƯỜNG  . 85  I.  Tính tốn dịng điện cảm ứng người .85  1.  Cơng thức tính tốn dịng điện cảm ứng lên người   85  2.  Dòng điện cảm ứng lên người.   87  II.  Phân tích ảnh hưởng điện từ trường đến người 89  1.  Điện từ trường   89  2.  Phân tích ảnh hưởng từ trường đến người  . 91  3.  Các quy định, nghiên cứu ảnh hưởng Điện trường Việt Nam  . 95  III.  Phương pháp làm giảm ảnh hưởng điện từ trường .98  1.  Nâng cao trụ  . 98  2.  Bố trí pha trụ   101  3.  Đường dây mạch kép  . 103  CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN   105  I.  Kết luận: 105  II.  Hướng phát triển đề tài: 107  KẾT QUẢ TÍNH TỐN ĐIỆN – TỪ TRƯỜNG   108  CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV   108         1      CH HƯƠNG 1: ĐƯỜNG G DÂY TR RUYỀN TẢI T ĐIỆN TRÊN KH HƠNG I Phương trình biểu u diễn Đườn ng dây truyyền tải điện n không Dây y treo giữaa điểm cù ùng độ cao 1.1 Phươngg trình biểu u diễn Xét đoạn n dây dẫn trreo điểm đ có cùnng độ cao A, A B hìnnh vẽ: Hìnhh 1.1: Khoảảng trụ có c độ caoo  : : sức căng tạại O : sức căng g M S: chiều c dài (m) P: trọng lượng g 1m dâây dẫn : trọng lượ ợng đoạn Sự cân b đoạn có chiềuu sài S: (1.1)     2    Chiếu phương trình vecto lên trục: Ox: TM cosα – T = Oy: TM sinα – Ps = Ư (1.2) Đặt: hệ số góc tiếp tuyến => √1 => √ (1.3) Giải phương trình vi phân với điều kiện ban đầu là: x=0 z=y’=0 Ta có: Và (1.4) => Với x=0, y=0 => (1.5) => (1.6) Đặt : (1.7) Tính gần đúng: - Phương trình gần đúng: - Lấy gần đến bậc ta có: / / ! ! / ! Vậy ta có phương trình biểu diễn gần phương trình Parabol: (1.8) 1.1.2 Độ võng dây dẫn      3      Theo hình 1.1, ta có: • f = yA = yB : độ võng • l = AB : khoảng vượt Suy ra: f = yA = yB = Với xB = xA = l/2 => (1.9) (1.10) Cơng thức tính gần độ võng dây dẫn: / Với (1.11) / ! ! Lấy gần đến bậc 2: / ! (1.12) Đặt: ứ   ă ế   ệ   â ọ ứ   ượ   ỷ  ả   ế   ệ   â ấ   Suy : (1.13) (1.14) (1.15) 1.1.3 Sức căng dây dẫn Theo hình 1.1 ta có: - Sức căng dây dẫn điểm thấp O: T=tF - Sức căng dây điểm xét M: TM = T/cosα Mặt khác ta có:     sinh 4    Bố trí pha trụ Điện trường Đường dây 220 kV pha phân bố ngang có độ cao treo dây h=27.5m Hình 4.11: Điện trường đường dây pha bố trí ngang Hình 4.12: Từ trường đường dây pha bố trí ngang      101      Điện trường Đường dây 220 kV pha phân bố dọc có độ cao treo dây hmax=27.5m Hình 4.13: Điện trường đường dây pha bố trí dọc Hình 4.14: Từ trường đường dây pha bố trí dọc     102    Từ hình 4.11Ỉ4.14 ta thấy Điện – Từ trường pha phân bố ngang thấp pha phân bố dọc Đường dây mạch kép Điện trường 02 Đường dây 220 kV pha phân bố dọc có độ cao treo dây hmax=27.5m Hình 4.15: Điện trường 02 đường dây pha      103      Hình 4.16: Từ trường đường dây pha bố Từ hình 4.11Ỉ4.16 ta thấy việc 02 mạch kép chạy cột có Điện – Từ trường lớn 01 mạch bố trí cột (ngang dọc) không nhiều lại tiết kiệm hành lang đường dây, bù lại móng cột phải lớn nhiều Việc làm giảm điện từ trường phụ thuộc nhiều vào không gian điều kiện kinh tế, nâng cao cột để giảm điện từ trường chi phí đầu tư lớn Việc kết hợp vừa nâng cột, kết hợp nhiều mạch cột giảm chi phí đầu tư giảm bớt hành lang tuyến, nhiên việc phải đầu tư lớn giai đoạn khó khăn vận hành song song 02 đường dây (trường hợp sửa chữa 01 đường dây đường dây cịn lại vận hành) Ngồi cịn có phương pháp khác để giảm Điện – Từ trường, tùy vào điều kiện sống làm việc gần đường dây truyền tải điện ,     104    CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN I Kết luận: Qua phân tích chương trước thấy rằng: • Đường dây truyền tải điện có phương trình biểu diễn gần dạng Parapol độ võng đường dây phụ thuộc nhiều vào tính chất dây dẫn, độ cao treo dây, khoảng trụ Đặc biệt thay đổi khí hậu, thời tiết, nhiệt độ mơi trường, nhiệt độ dây dẫn làm ảnh hưởng đến độ võng lực căng dây • Trong luận văn sử dụng phương pháp Charge Simulation Method để tính tốn điện trường đường dây truyền tải, so sánh kết tính tốn điện trường với phương pháp số, dùng phương pháp giải tích để tính tốn từ trường cho đường chế độ treo dây khác • Qua kết tính tốn điện trường ta thấy điện trường điện áp đường dây gây độ lớn điện trường phụ thuộc vào chiều cao dây dẫn, độ võng khoảng cột, cấp điện áp, cách bố trí pha… • Qua kết tính tốn từ trường ta thấy từ trường dịng điện dây dẫn gây độ lớn từ trường phụ thuộc vào chiều cao dây dẫn, độ võng khoảng cột, cấp điện áp, cách bố trí pha… • Từ kết tính tốn điện trường ta tính tốn điện áp cảm ứng lên người làm việc điện trường đường dây truyền tải gây nên Từ kết tính tốn điện áp cảm ứng lên người ta đánh giá mức độ ảnh hưởng thời gian làm việc vị trí • Từ nghiên cứu ảnh hưởng điện từ trường đến người, để đảm bảo an toàn cho sức khỏe người, tổ chức, quốc gia đưa giá trị giới hạn an toàn sống, làm việc gần nguồn phát điện – từ trường (trong có đường dây truyền tải điện) • Một số phương pháp đưa để giảm điện từ trường đường dây truyền tải điện đưa nội dung luận văn phụ thuộc vào toán kinh tế kỹ thuật Khi nâng cao đường dây điện từ trường giảm nâng cao chi phí đầu tư Cách bố trí pha đường dây, làm thay đổi điện – từ trường khơng lớn Đầu tư ban đầu chi phí lớn cho việc xây dựng đường dây mạch kép đem lại hiệu kinh tế điện từ trường gây (hành lang      105      tuyến giảm bớt so với xây dựng 02 đường dây riêng biệt) khó khăn quản lý, vận hành, sửa chữa Nhận xét: Ưu điểm: - - - Trình bày phương trình biểu diễn đường dây khoảng trụ có độ treo cao dây dẫn (đi qua vùng phẳng), độ treo cao dây dẫn khác (đi qua khoảng vượt, vùng đồi núi) Tính tốn độ võng đường dây điều kiện thời tiết, khí hậu khác (ảnh hưởng nhiệt độ vận tốc gió) Viết phương trình tính tốn Điện – Từ trường đường dây khoảng cột có độ treo dây dẫn khác So sánh giữ phương pháp tính tốn điện trường phương pháp charge Simulation Method phương pháp số Tính tốn điện áp cảm ứng lên người làm việc điện trường Từ kết nghiên cứu giá trị an toàn nước, tổ chức đề để đảm bảo an tồn cho sức khỏe người, ta đánh giá mức độ ảnh hưởng, thời gian làm việc sống làm việc gần đường dây truyền tải điện Đưa vài phương pháp làm giảm Điện – Từ trường Viết chương trình tính tốn Điện - Từ trường cho trạm biến áp 220kV Nhược điểm: - -     Luận văn đưa phương trình biểu diễn gần dạng parapol đường dây tính tốn độ võng đường dây dựa phương trình gần parapol nên việc tính tốn độ võng đường dây gần Chưa xét đến phụ kiện đường dây dao động đường dây làm ảnh hưởng đến độ võng đường dây Chưa tính toán độ võng đường dây cho khoảng néo ảnh hưởng khoảng cột lân cận Chương trình tính điện trường cho đường dây Phương pháp số chưa hoàn thiện cần nghiên cứu thêm Chưa so sánh số liệu đo đạc thực tế với kết chương trình tính tốn Điện – Từ trường 106    - - - -     Chưa nghiên cứu sâu vào phương pháp làm giảm thiểu điện từ trường khác II Hướng phát triển đề tài: Nghiên cứu sâu đường dây truyền tải : • Phương trình biểu diễn • ảnh hưởng phụ kiện đường dây, độ dao động dây dẫn • Nghiên cứu sâu độ võng dây dẫn • Tính tốn độ võng cho khoảng néo (gồm nhiều khoảng cột) có tính tốn ảnh hưởng điều kiện xung quanh Hồn thiện chương trình tính tốn điện trường phương pháp số tính toán cho kiểu đường dây Nghiên cứu chương trình tính tốn điện – từ trường khác sử dụng thiết bị đo đạc Điện – Từ trường đường dây thực tế để so sánh kết phương pháp tính Nghiên cứu sâu biện pháp làm giảm thiểu Điện – Từ trường  107      KẾT QUẢ TÍNH TỐN ĐIỆN – TỪ TRƯỜNG CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV Cho Trạm biến áp 220kV có thơng số nêu vẽ kỹ thuật Kết tính tốn điện trường sau: Hình 1: Điện trường Trạm nhìn từ cổng trạm Hình 2: Điện trường Trạm nhìn từ xuống     108    Hình 3: Điện trường Trạm nhìn từ phía sân 220kV Hình 4: Điện trường Trạm nhìn từ phía sân 110kV      109      Hình 5: Điện trường Trạm Kết tính tốn từ trường sau: Hình 6: Từ trường Trạm nhìn từ cổng trạm     110    Hình 7: Từ trường Trạm nhìn từ xuống Hình 8: Từ trường Trạm nhìn từ phía sân 220kV      111      Hình 9: Từ trường Trạm nhìn từ phía sân 110kV Hình 10: Từ trường Trạm     112  TÀI LIỆU THAM KHẢO 1] R Amiri, H Hadi, M.Marich, “The influence of sag in the Electric field calculation around High voltage overhead tranmission lines” IEEE 2006 Annual report conference on Electric Insulation and Dielectric Phenomena, pp 206-209 [2] H Yildirim, O Kalenderli, “Computation of electric field induced currents on biological bodies near High Voltage transmission lines” [3] Riyadh, “ Electric and Magnetic field guideline evaluation and magnetic field exposures for live-line workers” prepared for Saudi Electricity Company, Dhu al-Qa’dah 1426 H, 12/2005 [4] Chirstopher J Portier, Mary S Wolfe, “ Assessment of Health effect from exposure to power-line frequency Electric and Magnetic Fields”, Working group report, in Brooklyn Park, Minnesota,16-24/6/1998 [5] E Kuffel, W S Zaengl, J Kuffel, “High voltage Engineering, Fundamentals”, Second edition published by Butterworth-Heinemann [6] Hồ Văn Hiến, “Giáo trình khí đường dây”, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM [7] Nguyễn Minh Chính, “Tính tốn từ trường cảm ứng đường dây truyền tải”, Luận văn tốt nghiệp đại học, khóa 2003, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM [8] Nguyễn Thanh Thủ, “Mơ tính tốn trường điện từ đường dây truyền tải điện cao áp”, Luận văn tốt nghiệp đại học, khóa 2004, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM [9] Ngô Nhật Ảnh, Trương Trọng Tấn Mỹ, “ trường điện từ”, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM [10] GS.TS.Nguyễn Mạnh Liên, đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước nghiên cứu ảnh hưởng trường điện từ hệ thống truyền tải điện 500 kV Bắc-Nam đến sức khoẻ nghười lao động dân cư khu vực [11] Quy phạm trang bị điện – 2006 [12] Nghị định 54/1999/NĐ –CP [13] Luật điện lực 2004 [14] Nghị định 106/1999/NĐ –CP [15] Thông số dây dẫn ACSR 666.6 MCM ACSR 1750MCM [16] Thông số Đường dây 220kV Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện [17] Thông số kỹ thuật, Bản vẽ kỹ thuật Trạm biến áp 220kV Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Mai Nguyên Hồng Ngày, tháng, năm sinh: 13/04/1983 Nơi sinh: Lâm Đồng Địa liên lạc: 27A Nguyễn Thị Minh Khai, F1, Đà Lạt, Lâm Đồng Q TRÌNH ĐÀO TẠO • 2001-2006 : Sinh viên khoa Điện- Điện tử, ngành kỹ thuật điện, Trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh • 2007-nay : Học viên Cao học khoa Điện-Điện Tử, chuyên ngành Thiết bị, mạng nhà máy điện, Trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC • 2007-nay: Cơng tác Ban QLDA Cơng trình Điện miền Nam ... trường đường dây truyền tải điện Sử dụng phương pháp mật độ điện tích để tính tốn điện trường đường dây truyền tải Điện trường Đường dây truyền tải pha Xét đường dây dẫn điện có bán kính r, điện. .. II.  Tính tốn điện trường đường dây truyền tải điện 24  1.  Điện trường Đường dây truyền tải pha   24  2.  Điện trường Đường dây truyền tải pha   27  III.  Kết tính tốn điện. .. trường đường dây truyền tải điện phương pháp mật độ điện tích 29  1.  Tính tốn điện trường cho đường dây truyền tải độ cao  . 30  2.  Tính tốn điện trường cho đường dây truyền