Передача энергии

Содержание стр. Введение                                                                                                                  2 Основная часть 1.Передача электроэнергии                                                                                    3 2. Экологические проблемы при транспортировке энергии                               8 3. Электрические поля воздушных линий электропередач  и способы снижения напряженности поля под ними                                          9 4. Влияние электромагнитного поля линий электропередач  на людей и животных                                                                                            13 5. Лесобиологический способ обеспечения экологической безопасности      15 6. Акустический шум и радиопомехи воздушных линий электропередачи    17 7. Передача энергии по воздушным линиям постоянного тока                        22 8. Экологические аспекты передачи электроэнергии  по кабельным линиям                                                                                           24 Вывод                                                                                                                      26 Список литературы                                                                                                28 Приложение                                                                                                            29 Введение Любому   обществу   необходимо   обеспечивать   транспортировку  расстояние,   чему   обычно материалов   и   продуктов   на   некоторое противодействует  сила  трения. Поскольку приложение силы на протяжении какого­то расстояния требует источника полезной энергии, такие источники оказываются очень ценными для общества. Энергоресурсы   являются   необходимой   составляющей   любого   вида транспорта, однако транспортировка самих ресурсов оказывается не менее важной.   Чаще   всего,   источники   энергетических   ресурсов   находятся   на значительном расстоянии от места их использования, поэтому всегда стоит вопрос   об   их   эффективном   перемещении.   Некоторые   энергоресурсы, например жидкие или газообразные топлива, могут быть транспортированы на танкерах   или   по   трубопроводам.   Для   передачи   электричества   необходима сеть   линий   электропередачи.   Над   созданием   более   безопасных   и   дешевых способов   транспортировки   энергоресурсов   постоянно   работают   ученые, инженеры, политики и экономисты. Производство   и   транспортировка   электроэнергии   –   совокупность методов и средств, направленных на преобразование различных видов энергии в электрическую и последующую доставку ее потребителям. Производство и транспортировка электроэнергии – предназначены для выработки   электрической   энергии,   ее   преобразования,   передачи   и распределения   потребителям   с   необходимым   уровнем   надежности   и требуемого качества. Материальную основу составляют технические устройства: генераторы электростанций,   линии   электропередач,   распределительные   устройства, преобразователи.  2 Основная часть 1.Передача электроэнергии         От   электростанции   к   потребителям   ­   одна   из   важнейших   задач энергетики.   Электроэнергия   передаётся   преимущественно   по   воздушным линиям   электропередачи   (ЛЭП)   переменного   тока,   хотя   наблюдается тенденция   ко   всё   более   широкому   применению   кабельных   линий   и   линий постоянного   тока.   Необходимость   передачи   электроэнергии   на   расстояние   что   электроэнергия   вырабатывается   крупными обусловлена   тем, электростанциями   с   мощными   агрегатами,   а   потребляется   сравнительно маломощными   электроприёмниками,   распределёнными   на   значительной территории. Тенденция к концентрации мощностей объясняется тем, что с их ростом снижаются относительные затраты на сооружение электростанций и уменьшается стоимость вырабатываемой электроэнергии.  Размещение   мощных   электростанций   производится   с   учётом   целого ряда факторов, таких, например, как наличие энергоресурсов, их вид, запасы и возможности транспортировки, природные условия, возможность работы в составе   единой   энергосистемы.   Часто   такие   электростанции   оказываются удалёнными   от   основных   центров   потребления   электроэнергии.   От эффективности   передачи   электроэнергии   на   расстояние   зависит   работа единых электроэнергетических систем, охватывающих обширные территории / 7/.           Одной   из   основных   характеристик   электропередачи   является   её пропускная способность, то есть та наибольшая мощность, которую можно передать по ЛЭП с учётом ограничивающих факторов: предельной мощности по условиям устойчивости, потерь на корону, нагрева проводников и т.д. Мощность,   передаваемая   по   ЛЭП   переменного   тока,   связана   с   её протяжённостью и напряжениями зависимостью: 3 где U1 и U2 ­ напряжения в начале и в конце ЛЭП,  Zc ­ волновое сопротивление ЛЭП,  α   ­   коэффициент   изменения   фазы,   характеризующий   поворот   вектора напряжения   вдоль   линии   на   единицу   её   длины   (обусловленный   волновым характером распространения электромагнитного поля),  l ­ протяжённость ЛЭП,  δ  ­   угол   между   векторами   напряжения   в   начале   и   в   конце   линии, характеризующий режим электропередачи и её устойчивость.  Предельная передаваемая мощность достигается при δ = 90°, когда sinδ = 1. Для воздушных ЛЭП переменного тока можно приближённо считать, что максимальная передаваемая мощность примерно пропорциональна квадрату напряжения,   а   стоимость   сооружения   ЛЭП   пропорциональна   напряжению. Поэтому   в  развитии   электропередач   наблюдается   тенденция   к   увеличению напряжения   как   к   главному   средству   повышения   пропускной   способности ЛЭП.   Предельные   значения   напряжении   ЛЭП,   связанные   с   возможными перенапряжениями,  ограничиваются   изоляцией   ЛЭП   и   электрической прочностью воздуха.  Повышение пропускной способности ЛЭП переменного тока возможно и   путём   усовершенствования   конструкции   линии,   а   также   посредством включения  различных  компенсирующих  устройств.  Так,  например,  на  ЛЭП напряжением 330 кв и выше используется «расщепление» проводов в каждой фазе на несколько электрически связанных между собой проводников; при этом   индуктивное   сопротивление   линии   уменьшается,   а   ёмкостная проводимость увеличивается, что ведёт к снижению Zc и уменьшению а. Одним из способов повышения пропускной способности ЛЭП является сооружение   «разомкнутых»   линий,   у   которых   на   опорах   подвешиваются 4 провода   двух   цепей   таким   образом,   что   провода   разных   фаз   оказываются сближенными между собой /2/.           В   электропередачах   постоянного   тока   отсутствуют   многие   факторы, свойственные   электропередачам   переменного   тока   и   ограничивающие   их пропускную   способность.   Предельная   мощность,   передаваемая   по   ЛЭП постоянного   тока,   имеет   большие   значения,   чем   у   аналогичных   ЛЭП переменного тока:           где Ев ­ напряжение на выходе выпрямителя,  R∑  ­  суммарное активное сопротивление электропередачи, в которое, кроме сопротивления   проводов   ЛЭП,   входят   сопротивления   выпрямителя   и инвертора /2/.  Ограниченность применения электропередач постоянного тока связана главным   образом   с   техническими   трудностями   создания   эффективных недорогих устройств для преобразования переменного тока в постоянный (в начале линии) и постоянного тока в переменный (в конце линии). Электропередачи   постоянного   тока   перспективны   для   объединения крупных   удалённых   друг   от   друга   энергосистем.   В   этом   случае   отпадает необходимость в обеспечении устойчивости работы этих систем.          Качество электроэнергии определяется надёжной и устойчивой работой электропередачи,   что   обеспечивается,   применением   компенсирующих устройств и систем автоматического регулирования и управления.           Первая   в   мире   электропередача,   рассчитанная   на   длительную эксплуатацию, была построена в Петербурге в 1876 П. Н.  Яблочковым для электрического   освещения   улиц.   Д.   А.  Депре  в   1880 теоретически   обосновали   возможность   повышения   напряжения   для  Лачинов  и   М. увеличения мощности и дальности передачи.  5 Широкое   использование   электрической   энергии   в   промышленности, теснейшим образом связанное с передачей энергии на расстояние, началось лишь   после   изобретения   М.   О.   Доливо­Добровольским   экономичного   и простого способа передачи электрической энергии трёхфазным переменным током.   Со   времени   создания   первых   электропередач   трёхфазного   тока   их напряжение возрастало в 1,5­2 раза каждые 10­15 лет. Повышение напряжения давало возможность увеличивать расстояния и передаваемые мощности /1/.  В 20­х гг. 20 в. электроэнергия передавалась на расстояния порядка 100 км, к 30­м гг. протяжённость ЛЭП увеличилась до 400 км, а к 70­м гг. длина ЛЭП   достигла   1000­1200  км.  Наряду   с   развитием   электропередач переменного   тока   совершенствовалась   техника   передача     электроэнергии постоянным током.  В 1950 г. в СССР впервые в мире была введена в действие опытная кабельная линия постоянного тока Каширская ГРЭС ­ Москва напряжением 200  кв  с пропускной способностью 30  Мвт.  Накопленный опыт позволил в 1962­65 ввести в эксплуатацию межсистемную электропередачу постоянного тока   (с   воздушной   ЛЭП   напряжением   800  кв)   Волгоград   ­   Донбасс пропускной способностью 750 Мвт.  К   1974   в   разных   странах   работало   уже   более   20   электропередач постоянного   тока.   В   СССР   в   1975­85   намечается   строительство   ЛЭП постоянного тока напряжением ±750  кв  протяжённостью 2500­3000  км  и в дальнейшем ­ электропередачи ± 1200 кв /7/.           С 60­х гг. большое внимание уделяется разработке качественно новых   «закрытые»   электропередачи, электропередач.   например,   Таковы, заполненных выполняемые   в   виде   электроизолирующим   газом   (SF6),   внутри   которых   располагаются   провода замкнутых   конструкций,   высокого  напряжения. Перспективны  также  криогенные  (сверхпроводящие) ЛЭП.   «Закрытые»   и   криогенные   электропередачи   особенно   удобны   для энергоснабжения   потребителей   в   густонаселённых   районах,   например   на 6 территориях   крупных   городов.   Изучается   возможность   передачи   энергии электромагнитными волнами высокой частоты по волноводам. Анализ   энергосистем   ряда   стран   позволяет   выделить   две   основные тенденции их развития: приближение электростанций к центрам потребления в   тех   случаях,   когда   на   территории,   охватываемой   объединённой энергосистемой,  нет   дешёвых   источников   энергии  или  когда   ресурсы   этих источников   уже   исчерпаны;   сооружение   электростанций   вблизи   дешёвых источников   энергии   и   передачу   энергии   на   расстояние,   к   центрам   её потребления. Системы электро­, нефте­ и газоснабжения должны сооружаться и   эксплуатироваться   в   определённой   координации   между   собой   и образовывать единую энергетическую систему страны. Перечень     территориальных   проблем,   при   решении   которых предполагается использовать  новые технологии при передаче энергии: 1.   Создание   энергосберегающих   систем   транспортировки,   распределения   и потребления тепла и электроэнергии. 2.   Снижение   потерь   электроэнергии   при   ее   производстве,   преобразовании, передаче и распределении. 3. Повышение надежности и бесперебойности работы электрических сетей. 4. Оптимизация потоков реактивной мощности. 5. Улучшение электромагнитной обстановки на объектах электроэнергетики 6.   Обеспечение   электромагнитной   совместимости   технических   средств   на объектах электроэнергетики и промышленных предприятиях. 7. Развитие методов диагностирования электрооборудования. 8.   Разработка   электрооборудования   с   улучшенными   техническими характеристиками. 7 2. Экологические проблемы при транспортировке энергии До середины нынешнего столетия влияние воздушных линий (ВЛ) на окружающую   среду   практически   не   учитывалось   из­за   малой   плотности размещения сетей и небольшого разнообразия их конструктивных решений. С ростом класса напряжения (500, 750, и более 1000 кВ), дальности электропередач   усиливается   воздействие   воздушных   линий   на   био­   и социальные   сферы,   что   заставило   с   начала   70­х   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.  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:   отчуждение   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, 8 ухудшение эстетического восприятия ландшафта в местах прохождения трасс ВЛ. Для   обеспечения   возможности   учета   всего   комплекса   воздействий воздушных линий на окружающую среду необходимо проводить исследования энергетиков,   биологов,   социологов,   экономистов   и   специалистов   в   других областях науки.  3. Электрические поля воздушных линий электропередач 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   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. Расчет   габарита   линии   определяет   во   многом   ее   конструктивные особенности   при   проектировании. Снижение   напряженности   поля   под   ВЛ позволяет   создать   компактные   линии напряжением 220­500 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 9 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 рисунке 1. Рис.   1.   Зависимость   изменения   напряженности   электрического   поля   и   его распределение в земле ВЛ 380 кВ' Расчетные   зависимости   подтверждены   результатами   натурных измерений напряженности электрического поля ВЛ.  На рис. 2 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 вне максимумы находятся     и междуфазного расположены   на   расстоянии   1­3   м   от пространства     проекций   крайних   фаз   на   землю. Увеличение   высоты   подвеса   проводов   дает   существенное   снижение   напря­ женности, при   этом  максимумы  напряженности  смещаются  еще  дальше   от проекций крайних фаз на землю. 10 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 рас­ положены между средней и крайними фазами /3/. На введенной в строй в 1985 г. первом участке ЛЭП УВН напряжением более 1000 кВ проведены исследования влияния поля воздушной линии на окружающую среду. Граница санитарно­защитной зоны составила по расчетам и измерениям 80±5 м от оси линии. 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. Одним   из   способов   уменьшения   напряженности   электрического   поля под ВЛ является установка экранирующих заземленных тросов, натягиваемых под   проводами   линии   в   местах   интенсивного   перемещения   животных, автотранспорта   и   производства   сельскохозяйственных   работ.   Габарит   до земли нормируется перемещением механизмов высотой до 4,5 м.  Например,   для   снижения   напряженности   поля   под   ВЛ   750   кВ   с горизонтальным расположением фаз до о кВ/м требуется подвеска 11 тросов. Следует 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. Если   экраны   под   проводами   фаз   выполнить   в   виде   линии электропередачи   более   низкого   класса   напряжения,   то   имеем   случай 11 комбинированной ЛЭП. Это линия с пониженным экологическим влиянием, обусловленным разной ориентацией в пространстве векторов напряженности электрического поля от каждой цепи. Эксплуатация же двухцепной линии с разными системами напряжений связана с трудностями, обусловленными их взаимным   электромагнитным   влиянием   и   существенным   изменением параметров   обеих   цепей   по   сравнению   с   одноцепными   линиями,   особенно параметров нижней цепи. Ограничение напряженности поля под ВЛ может быть достигнуто без изменения конструкции линии при использовании растительного массива под линиями /4/. Деревья   и   кустарники   обладают   экранирующим   эффектом, аналогичным   эффекту   от   заземленных   металлических   экранов,   что   может оказаться   одним   из   эффективных   и   перспективных   способов   ограничения напряженности   электрического   поля   на   высоте,   соответствующей   росту человека.  Измерения   напряженности   электрического   поля   под   действующими электропередачами   330­750   кВ   показали,   что   при   наличии   сплошного растительного   массива   высотой   2,5   м   напряженность   на   уровне   роста человека   не   отличается   от   нормального   уровня   напряженности электрического поля Земли. В качестве растительного массива целесообразно использовать   древесно­кустарниковые   породы,   достаточно   долговечные   и устойчивые в районах культивирования, имеющие предельную высоту 4­5 м и позволяющие получать ценную хозяйственную продукцию. Физическая сущность защитного действия кустарников заключается в том,   что   живые   кусты,   обладая   достаточной   проводимостью,   выносят потенциал земли на высоту, превышающую рост человека, чем и создается экранирующий эффект. Таким образом, в пределах роста человека напряженность поля будет в 2­3   раза   меньше,   чем   на   уровне   кроны   деревьев.   Это   свидетельствует   о 12 высокой надежности использования растительного массива для ограничения напряженности электрического поля под линиями электропередач переменно­ го тока /9/. 4. Влияние электромагнитного поля линий электропередач на людей и животных Магнитные   поля   на   нашей   планете   имеют   двоякое   происхождение   ­ естественное и антропогенное. Естественные магнитные поля зарождаются в магнитосфере   Земли.   Антропогенные   магнитные   возмущения   охватывают меньшую   территорию,   зато   их   проявление   интенсивнее,   а   следовательно, приносит   более   ощутимый   ущерб.   В   результате   технической   деятельности человек создает искусственные электромагнитные поля, которые в сотни раз сильнее естественного магнитного поля Земли. Источниками антропогенных излучений   являются:   мощные   радиопередающие   устройства,   электрифици­ рованные транспортные средства, линии электропередачи. Один из наиболее сильных возбудителей электромагнитных волн ­токи промышленной частоты (50 Гц). Исследования биологического воздействия электрического  поля обнаружили, что уже при напряженности  1 кВ/м оно 13 оказывает неблагоприятное влияние на нервную систему человека, что в ведет к нарушениям эндокринного аппарата и обмена веществ в организме (меди, цинка,   железа   и   кобальта),   нарушает   физиологические   функции:   ритм сердечных сокращений, уровень кровяного давления, активность мозга, ход обменных процессов и иммунную активность. Напряженность   магнитного   поля   пропорциональна   току   и   обратно   напряженность   электрического   поля пропорциональна   расстоянию; пропорциональна   напряжению   и   обратно   пропорциональна   расстоянию. Параметры   этих   полей   зависят   от   класса   напряжения,   конструктивных особенностей и геометрических размеров высоковольтной ЛЭП. Появление мощного   и   протяженного   источника   электромагнитного   поля   приводит   к изменению   тех   естественных   факторов,   при   которых   сформировалась экосистема.   Максимальный   ток   в   теле   человека,   индуцированный электрическим полем, выше, чем ток, вызванный магнитным полем. Вредное воздействие магнитного поля проявляется лишь при его напряженности около 200 А/м, что бывает на расстоянии 1­1,5 м от проводов фазы линии и опасно для обслуживающего персонала при работах под напряжением.  Это позволило сделать вывод об отсутствии биологического влияния магнитных полей промышленной частоты на людей и животных, находящихся под   ЛЭП.   Таким   образом,   электрическое   поле   ЛЭП   является   главным биологически   действенным   фактором   протяженной   электропередачи, который может оказаться барьером на пути миграции движения разных видов водной и сухопутной фауны /8/. Чувствительны к электрическим полям копытные животные и человек в обуви, изолирующей его от земли. Копыто животных является изолятором. Наведенный потенциал в этом случае может достигать 10 кВ, а импульс тока через организм при касании к заземленному предмету 100­200 мкА. Такие импульсы   тока   безопасны   для   организма,   но   неприятные   ощущения заставляют копытных животных избегать трассы высоковольтных ЛЭП. 14 В   действии   электрического   поля   на   человека   доминирующую   роль играют   протекающие   через   его   тело   токи.   Это   определяется   высокой проводимостью тела человека, где преобладают органы с циркулирующей в них кровью и лимфой. В настоящее время экспериментами установлено, что плотность тока проводимостью 0,1 мкА/см2 и ниже не влияет на работу мозга, так   как   импульсные   биотоки,   обычно   протекающие   в   мозгу,   существенно превышают плотность такого тока проводимости. При >1 мкА/см2  в глазах человека наблюдается мелькание световых кругов, более высокие плотности токов   уже   захватывают   пороговые   значения   стимуляции   сенсорных рецепторов,  а  также  нервных и мышечных  клеток,  что ведет  к появлению испуга, непроизвольным двигательным реакциям. В случае касания человека к изолированным от земли объектам в зоне электрического поля значительной интенсивности, плотность тока в зоне сердца сильно зависит от состояния «подстилающих» условий, но уже может достигать этих величин. Безопасная для здоровья магнитная индукция составляет около 0,4 мТл при частоте 50 или 60 Гц.    5. Лесобиологический способ обеспечения экологической безопасности Отчуждение земель при прокладке трассы ВЛ приводит к нарушению верхних плодородных   слоев   почвы,   вырубке   лесов,   вызывают   помехи   ведению сельскохозяйственных   работ,   изменению   среды   обитания   животных,   птиц. Расчищенная   при   строительстве   линии   электропередачи   трасса   обычно довольно  быстро зарастает,  что приводит к  увеличению  числа  отключений ЛЭП   из­за   перекрытий   между   проводами   и   деревьями   и   требует периодической   расчистки   трасс   либо   их   химической   обработки арборицидами.   Последнее   также   значительно   влияет   на   живые   организмы, обитающие на трассах линий. В целях защиты населения и персонала, про­ водящего работы вблизи ВЛ, установлены границы санитарно­защитных зон, в пределах которых напряженность электрического поля превышает 1 кВ/м.  15 Полоса отчуждения не остается во владении энергоорганизации, и в ее пределы   разрешен   доступ   населения.   В   России   в   пределах   санитарно­ защитных   зон   запрещены   размещение   жилых   и   общественных   зданий, организация стоянок транспорта и заправка его горючим, а также ремонт ма­ шин и механизмов. Сельхозработы разрешены, но в санитарно­защитной зоне ВЛ 750 кВ и выше продолжительность сельскохозяйственных и других работ не должна превышать 1,5 часа в сутки. Во всех случаях энергоорганизация оставляет   за   собой   право   свободного   доступа   к   линии   для   ее   осмотра   и ремонта. При   проектировании   линий   электропередач   сверх­   и   ультравысоких напряжений стараются прокладывать их по неудобным для пахоты землям, в том числе и по лесным массивам. В этом случае наличие широкой просеки вдоль трассы линий приводит к потере устойчивости деревьев, характерной для сплошных лесных массивов. В связи с этим велика опасность падения деревьев на линию, что приводит к обрыву проводов и разрушению опор /6/. В лесных массивах высотой более 4 м для всех линии электропередачи напряжением   330   кВ   и   выше,   а   также   для   радиальных   электропередач напряжением 220 кВ, служащих единственным источником электропитания потребителей, ширина просеки определяется расстоянием между крайними проводами линий плюс расстояния от крайних проводов до лесного массива, равные высоте деревьев основного лесного массива.  Общая   площадь,   отторгаемая   линиями   электропередач   от   лесных угодий,   превосходит   полмиллиона   гектаров.   Это   наносит   огромный   ущерб лесному   хозяйству   страны.   Содержание   просек   на   трассах   связано   с огромными   трудозатратами,   поскольку   один   раз   в   пять   лет   необходимо проводить вырубку подрастающих деревьев. Наносимый   природе   и   лесному   хозяйству   ущерб   и   трудозатраты   на   отказавшись   от расчистку   просек   можно   значительно   сократить, традиционного  способа проектирования  и  строительства   воздушных  линий. 16 Расстояния   между   проводами   могут   быть   сокращены   до   минимально необходимых для обеспечения надежной работы линии при перенапряжениях. При   этом   необходимо   использовать   современные   средства   для   глубокого ограничения междуфазовых перенапряжений до уровня 1,5­1,8 наибольшего рабочего   напряжения.   Для   предотвращения   уменьшения   изоляционных расстояний   при   боковом   ветре   в   пролетах   должны   быть   установлены междуфазовые изоляционные распорки. В результате ширина трассы линии получается на 10­20 м меньше, чем при традиционной конструкции линий, а уменьшение   площади   трасс   в   лесных   угодьях   при   той   же   протяженности линий составило бы около 100 тыс. га. Лесобиологический   метод   экологической   безопасности   ВЛ   позволяет вовлечь в хозяйственный оборот дополнительные земельные площади, обычно отчуждаемые   под   трассу   линии   и   практически   не   используемые   для сельскохозяйственного производства.  Можно   считать,   что   лесобиологический   метод   является конкурентоспособным   вариантом   в   решении   задачи   обеспечения экологической безопасности ВЛ сверх­ и ультравысоких напряжений. 6. Акустический шум и радиопомехи воздушных линий электропередачи  В   настоящее   время   шум   превратился   в   серьезную   проблему человечества,   в   жестокий   бич   современных   городов.   Ухо   человека воспринимает   в  виде  звука  не  все  колебания,  а  лишь  те, частота  которых лежит в пределах от 17 до 20 тыс. Гц. Количественным параметром звука является его громкость, измеряемая по   логарифмической   шкале,   в   которой   каждая   ступень   соответствует изменению интенсивности шума в 10 раз и называется белом. Величина, в 10 раз меньшая бела, носит название децибела (дБ). 17 Для   оценки   негативного   для   человека   воздействия   шума   одним параметром   пользуются   шкалой,   которая   определяет   шум   по   четырем различным   частотным   характеристикам   и   вносит   поправки   на   другие воздействия.   Эта   шкала   обозначается   буквой   А   и   записывается   как   дБА. Частоты свыше 90 дБА могут вызывать глухоту, поэтому не разрешается на­ ходиться в обстановке шума при частоте 90 дБА более 8 ч, при частоте 93 дБА ­ более 4 ч, 96 дБА ­ более 2 ч, 99 дБА ­ более 1 ч. 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 сердечно­сосудистой 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. Адаптация к регулярным и частым шумам наступает гораздо легче, чем к нерегулярным и редким /9/. Инфразвуки   частотой   ниже   20   Гц   в   диапазоне   5­10   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. 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. 18 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   лавинно­импульсным   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. С   появлением   линий   электропередачи   ультравысокого   напряжения (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, 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, создава­ емый 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 /5/. Шумы от высоковольтной линии электропередачи изменяются в течение года в зависимости от погоды: наличия осадков, тумана, высокой влажности 19 воздуха.   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 соизмеримы с окружающим шумовым фоном местности и поэтому могут не учитываться. 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 2­3 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 по­ годы, который возникнет на проектируемой линии при ее эксплуатации.  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.  В проводах линии токи, вызывающие радиопомехи, возбуждаются также коронным   разрядом   и   содержат   пакеты   импульсов,   генерируемых   в 20 положительные   полупериоды   переменного   напряжения.   Соответственно электромагнитные   поля   радиопомех   содержат   пакеты   импульсов,   частота следования которых изменяется от частоты синусоидального напряжения до утроенного значения этой частоты. Из­за относительно большого интервала времени   между   пакетами   импульсов   они   представляют   собой   импульсную помеху,   а   не   «белый   шум».   Возникающие   высокочастотные   волны распространяются вдоль линии. Радиопомехи,   как   и   потери   на   корону,   чувствительны   к   состоянию поверхности проводов. 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 /9/. Уровень   радиопомех   под   воздействием   метеорологических   условий увеличивается.   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). 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 со­ ставляющих.   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. 21 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. 7. Передача энергии 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 22 электроэнергии,   но   и   сопутствующие   нежелательные   эффекты   такие,   как радиопомехи,   акустические   шумы   и   присутствие   заряженных   ионов   в пространстве   вокруг   линии.   Эффект:   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 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 /8/. 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 (приложение 1). 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 кВ­0,022 мТ). На   напряженность   оказывают   влияние,   с   одной   стороны,   геометрия проводов линии, их взаимное расположение и значение приложенного к ним 23 потенциала и, с другой стороны, все заряды, распределенные в пространстве, которые   сильно   зависят   от   состояния   окружающей   среды   (силы   ветра, влажности, запыленности, температуры).  На   линии   постоянного   тока   только   положительный   провод   излучает значительное   паразитное   поле.   Процесс   ионизации   вблизи   отрицательного провода   хотя   и   вызывает   потери   того   же   порядка,   что   и   потери   вблизи положительного провода, но проходит с малой прерывистостью поля. При   дожде   ионизация   более   существенна,   поскольку   капли   сильно увеличивают неровности на проводе, способные вызвать кистевые разряды. При   дожде   растут   потери   на   корону,   а   поле   радиопомех   появляется   при слабых напряжениях в сухую погоду из­за увеличения числа неровностей и растет значительно медленнее с ростом напряжения. Для обычных рабочих напряжений   наблюдается   более   слабое   паразитное   поле   при   дожде,   чем   в сухую погоду, это можно объяснить появлением «местных корон». В дождь уровень радио помех колеблется от 2 до 9 дБ. Вблизи   линий   постоянного   тока   заряды   могут   накапливаться   на объектах,   изолированных   от   земли,   но   в   силу   сильной   зависимости   от параметров внешней среды величина этих зарядов не представляет реальной опасности для здоровья человека. Это подтверждает практика эксплуатации ППТ,   которая   говорит   о   том,   что   обслуживающий   персонал   значительно меньше   ощущает   эффекты   воздействия   электрического   поля,   чем   на   ВЛ переменного тока того же класса напряжения. Зона отчужденной земли воздушных ППТ меньше, чем у аналогичных ВЛ переменного тока, хотя проблемы социальной подсистемы воздействия передач электроэнергии на окружающую среду столь же остры. 8. Экологические аспекты передачи электроэнергии  по кабельным линиям 24 В 1981 г. американскими учеными были выполнены исследования по изучению воздействия кабельной газоизолированной линии напряжением 500 кВ   на   окружающую   среду.   Линия   находилась   в   эксплуатации   с   1975   г. Наблюдения проводились на одной секции передачи длиной 192 м. Полоса отчуждения такой передачи изменяется до 7,5 до 30 м в ширину. Хотя на этих землях   допускаются   сельскохозяйственные   работы,   постройка   домов   и посадка крупных деревьев исключается. Электрическое   поле   вокруг   кабельной   линии   такого   напряжения практически   отсутствует,   а   величина   магнитного   поля   очень   мала   и соизмерима с полем, создаваемым электродвигателем бытового вентилятора. Таким   образом,   воздействие   кабельных   линий   на   окружающую   среду возможно только в случае аварийной утечки газа (масла) из оболочек линии. Преимуществом   кабельной   линии   является   также   то,   что   она   не изменяет   ландшафта   местности,   по   которой   проложена,   хотя   существуют некоторые оговорки, о которых было сказано выше. Главным ограничением в строительстве таких передач электроэнергии в настоящее время является их цена (в 8­10 раз выше стоимости ВЛ), доходящая до 500 000 долларов за 1 км. Существующие   линии   имеют   небольшую   длину   (несколько   километров)   и прокладываются в местах, где строительство воздушной линии либо невоз­ можно   технически   (водные   пространства),   либо   исключено   по   социально­ экономическим причинам (городах и населенных пунктах). Сейчас ни у одной системы передачи электроэнергии нет таких хороших экологических   показателей,   как   у   кабельных   линий   для   подземной прокладки /6/. Требования законодательства по охране окружающей среды с годами будут становиться всё более жесткими. Трудно сказать, как это скажется на системах газоизолированных и воздушных линий электропередачи, но пока наиболее полно таким нормам отвечают кабельные системы сухого типа. 25 Так,   технология   производства   кабельных   систем   с   ПВХ   и полиэтиленовыми   оболочками   является   более   чистой   с   точки   зрения экологии, чем процесс изготовления кабелей со свинцовыми, алюминиевыми или медными оболочками.  Для кабельных линий требуется гораздо меньшая полоса отчуждения, чем для соответствующих газоизолированных линий или ВЛ (Рис.1). Кроме того, ВЛ загромождают ландшафт, что в сочетании с наличием значительного электромагнитного   поля   препятствует   строительству   новых   или реконструкции старых линий (приложение 2). В целом кабельные СПЭ системы отвечают следующим экологическим требованиям:   меньшее   количество   материала   для   производства   и   меньший   объем отходов   по  окончании  срока службы  благодаря  небольшим  размерам  СПЭ систем и уменьшению толщины изоляции;    пониженное электромагнитное поле по сравнению с ВЛ;  нет   необходимости   в   техническом   обслуживании,   что   позитивно отражается как на затратах, так и на экологии;     не выделяются в воздух или в воду агрессивные вещества;  бесшумность;  большая безопасность, чем у ВЛ, которые в случае обрыва проводов создают угрозу для жизни человека;   не нарушается естественный природный ландшафт при прокладке СПЭ кабелей в земле.  26 Вывод В   настоящее   время   при   проектировании   электропередач   сверх­   и ультравысокого   напряжения   необходим   учет   влияния   таких   линий   на биосферу,   социальные   и   экономические   системы   районов,   по   которым планируется прокладка линии электропередачи. Экологические   аспекты   передачи   электроэнергии  по   основным характеристикам   нормируются   директивными   документами:   максимальная напряженность   электрического   поля,  уровень   акустических   шумов  и радиопомех.   Выбор   параметров   электропередачи,   ее   конструктивных особенностей   на   стадии   проектирования   должен   быть   ориентирован   на соблюдение указанных нормативных требований. В этом случае необходим тщательный анализ всей трассы электропередачи, погодных условий в течение года   и   выбор   средств,   позволяющих   снизить   размеры   отторгаемых   ценных сельскохозяйственных   земель,   вырубки   лесных   массивов,   воздействия   на окружающий животный и растительный мир, а также на находящиеся вблизи трассы линии населенные пункты. Важным аспектом экологического влияния линии   электропередачи   являются   места   ее   пересечения   с   железной   и автомобильной дорогами, что связано с обеспечением безопасности людей. В   зависимости   от   конкретных   условий   на   протяжении   трассы электропередачи   могут   быть   выбраны   различные   способы   снижения   ее экологического   влияния     применение   экранирующих   тросов, лесобиологическая   защита,   компактные   линии   и   т.   д.   Учет   указанных ­ аспектов может оказать существенное влияние на выбор предпочтительного варианта линии, хотя существующие в России уровни цен на землю являются серьезным   препятствием   применения   в   качестве   критерия   оптимизации минимума приведенных народнохозяйственных затрат. Знание   особенностей   влияния   на   экологию   воздушных   линий электропередач постоянного тока и кабельных линий позволит обоснованно 27 рассматривать их в качестве альтернативных вариантов при проектировании электропередачи   или   ее   отдельных   участков   вблизи   зон   повышенной экологической опасности.                          Современное   состояние   проблемы   экологических   аспектов   передачи электроэнергии   на   большие   расстояния   продолжает   оставаться   в   центре внимания ученых, исследования которых позволяют обоснованно отвечать на многочисленные   вопросы   общественности.   Этому   серьезному   и   важному разделу   электроэнергетики   посвящены   исследования   в   странах   с   развитой структурой электроэнергетической системы, имеющие своей целью увязать экологические и социальные проблемы современного общества. Список литературы 28 1.   Александров   Г.   Н.   Установки   сверхвысокого   напряжения   и   охрана окружающей среды. ­ Л.:  Энергоатомиздат, 1989, 359 с. 2. Веников В. А., Дальние электропередачи, М.­ Л., 1960. 3. Дегтярев В. В. Охрана окружающей среды. ­ М.: Транспорт, 1989., 207 с. 4. Тиходеев Н. Н. Защита населения и персонала от влияния воздушных ЛЭП­ 1150 кВ.//Энергетика и транспорт 1987, № 3 с. 152­157 5.   Поспелова   Т.   Г.   Некоторые   результаты   исследования   экологического воздействия линии электропередачи сверхвысокого напряжения/Энергетика и транспорт. 1988, № 4, с. 149­157 6.   Санитарные   нормы   и   правила   защиты   населения   от   воздействия электрического   поля,   создаваемого   воздушной   ЛЭП   переменного   тока промышленной частоты. ­М.: Энергия, 1984. 7. Совалов С. А., Режимы электропередач 400­500 кв. ЕЭС, М., 1967. 8.   Поспелова   Т.   Г.   Проблемы  влияния   воздушных   линий  на   окружающую среду//Энергетическое строительство, 1989. № 7, с. 24­26 9.   Чехов   В.И. Экологические   аспекты   передачи   электроэнергии  М.   Изд­во МЭИ, 1991. . 29 Приложение 1. Приложение 2. Рис. 3. Санитарно охранные зоны воздушных и кабельных линий  электропередач.  30 31