77 Nr 124 Należy zwrócić uwagę, że wyznaczenie i

Pole elektromagnetyczne
Należy zwrócić uwagę, że wyznaczenie i zobrazowanie na odpowiednich mapach
obszaru pod linią, w którym natężenie pola elektrycznego przekracza wartość 1 kV/m
jest szczególne ważne dla jakości wykonywanego przeglądu ekologicznego. Szerokość tego obszaru decyduje bowiem o potencjalnych możliwościach zagospodarowania terenu pod linią i w bezpośrednim jej otoczeniu, co w przypadku niekiedy
znacznej wartości gruntów (nieruchomości) ma istotne znaczenie tak dla właściciela
linii, jak i użytkownika zlokalizowanego pod nią terenu.
4. Literatura
[1] Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska. Tekst jednolity: Dz. U. z 2008 r. Nr 25,
poz. 150 z późn. zmianami.
[2] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 października 2003 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz sposobów sprawdzania dotrzymania tych poziomów. Dz. U. nr 192, poz. 1883.
[3] Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane. Tekst jednolity: Dz. U. z 2006 r. Nr 156, poz. 1118 z p. zm.
[4] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia...... 2009 r. w sprawie rodzajów instalacji, których eksploatacja wymaga zgłoszenia. Projekt.
[5] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 22 grudnia 2004 r. w sprawie rodzajów instalacji, których
eksploatacja wymaga zgłoszenia. Dz. U. nr 283, poz. 2839.
[6] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia...... 2009 r. w sprawie wymagań dotyczących zgłoszenia
instalacji wytwarzających pola elektromagnetyczne. Projekt.
dr inż. Marek Jaworski
Instytut Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej
ROZKŁADY POLA ELEKTRYCZNEGO I MAGNETYCZNEGO
W OTOCZENIU NAPOWIETRZNYCH LINII
ELEKTROENERGETYCZNYCH
W artykule przedstawiono rozkłady natężenia pola elektrycznego i magnetycznego w otoczeniu typowych linii napowietrznych średniego napięcia (15 kV),
wysokiego napięcia (110 kV) oraz linii najwyższych napięć (220 i 400 kV).
Zestawiono maksymalne wartości natężenia pola elektrycznego i magnetycznego, które mogą wystąpić w otoczeniu tych linii napowietrznych. Przedstawiono również minimalne odległości pomiędzy liniami napowietrznymi różnych
napięć a budynkami mieszkalnymi, przy których natężenie pola elektrycznego
nie przekracza wartości dopuszczalnych.
1. Wprowadzenie
Eksploatacja napowietrznych linii elektroenergetycznych może być przyczyną
występowania pewnych uciążliwości dla środowiska. Istotnym zjawiskiem towarzyszącym pracy każdej linii elektroenergetycznej jest występowanie wokół niej pola
elektromagnetycznego, które przy odpowiednio dużych wartościach może wpływać
Nr 124
77
Pole elektromagnetyczne
na środowisko poprzez oddziaływanie dwóch niezależnych od siebie składowych
pola – elektrycznej (E) i magnetycznej (H). Przyczyną powstawania pola elektrycznego jest napięcie istniejące pomiędzy poszczególnymi przewodami linii przesyłowej
a ziemią. Prąd płynący przewodami linii jest przyczyną powstania pola magnetycznego. W przypadku pól o częstotliwości 50 Hz powstających m.in. w otoczeniu linii
przesyłowych, obie składowe pola: elektryczną (E) i magnetyczną (H) można rozpatrywać (mierzyć lub obliczać) oddzielnie.
Intensywność występowania pól elektromagnetycznych w środowisku jest kontrolowana i w niektórych przypadkach podlega ograniczeniom na tyle, na ile uzasadnia to
obecny stan wiedzy o oddziaływaniu pól elektromagnetycznych na człowieka, a także
możliwości techniczne. W wielu krajach obowiązują w tym względzie szczegółowe
przepisy. W Polsce zagadnienia związane z oddziaływaniem na środowisko pól elektromagnetycznych, wytwarzanych przez urządzenia elektroenergetyczne wysokiego
napięcia reguluje rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 października 2003 r.,
w sprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz
sposobów sprawdzania dotrzymania tych poziomów [1]. Zgodnie z zapisami zawartymi w tym rozporządzeniu (załącznik nr 1 do rozporządzenia [1]), dopuszczalne
w środowisku poziomy pola elektromagnetycznego o częstotliwości 50 Hz dla miejsc
dostępnych dla ludności, wynoszą:
·
dla składowej elektrycznej (E) –10 kV/m,
·
dla składowej magnetycznej (H) –60 A/m.
Wspomniane przepisy stanowią ponadto, że na terenach przeznaczonych pod zabudowę mieszkaniową natężenie pola elektrycznego nie może przekraczać wartości
1 kV/m, a natężenie pola magnetycznego wartości 60 A/m.
W niniejszym referacie przedstawiono rozkłady natężenia pola elektrycznego
i magnetycznego w otoczeniu typowych linii napowietrznych średniego napięcia (15 kV),
wysokiego napięcia (110 kV) oraz linii najwyższych napięć (220 i 400 kV). Zestawiono również maksymalne wartości natężenia pola elektrycznego i magnetycznego,
które mogą wystąpić w otoczeniu linii napowietrznych oraz porównano je z wartościami dopuszczalnymi sprecyzowanymi w przepisach [1]. Przedstawiono również
minimalne odległości pomiędzy liniami napowietrznymi różnych napięć a budynkami mieszkalnymi, przy których natężenie pola elektrycznego nie przekracza
wartości 1 kV/m. Dokonano również obliczeniowej analizy rozkładu obu składowych
pola elektromagnetycznego w funkcji odległości od różnych rodzajów linii napowietrznych.
2. Pole elektryczne w otoczeniu linii napowietrznych
Na wartość maksymalną i rozkład pola elektrycznego w otoczeniu linii napowietrznej wpływają głównie następujące jej parametry:
·
napięcie robocze linii,
·
odległość przewodów fazowych od ziemi,
·
odstępy pomiędzy przewodami różnych faz lub wiązkami przewodów,
·
geometryczny układ przewodów fazowych, a w liniach dwu- i wielotorowych –
wzajemne usytuowanie przewodów (lub wiązek) tej samej fazy w różnych torach,
·
średnica przewodów, a w przypadku przewodów wiązkowych również odstęp
przewodów w wiązce.
78
Pole elektromagnetyczne
Na rozkład natężenia pola elektrycznego w sąsiedztwie linii napowietrznej wpływają także elementy otoczenia położone w bezpośredniej jej bliskości, takie jak:
zabudowania (w tym domy mieszkalne, w szczególności o znacznej wysokości),
drzewa, płoty oraz inne konstrukcje przewodzące). Wpływ wspomnianych elementów na rozkład pola elektrycznego jest jednak możliwy do stwierdzenia dopiero po
wybudowaniu linii, w czasie wykonywania pomiarów kontrolnych.
Dla linii o danym napięciu wybór określonej serii i typu słupa narzuca układ
geometryczny przewodów fazowych oraz w większości przypadków rodzaj (przekrój)
przewodów roboczych. Natężenie pola elektrycznego w otoczeniu linii zależy wtedy
wyłącznie od odległości przewód fazowy – ziemia. Wzrasta ono wraz ze zmniejszaniem się tej odległości, a największa jego wartość występuje w miejscu, gdzie odległość
przewodów od ziemi jest najmniejsza – zazwyczaj w środku przęsła. Ponieważ odległość
przewód fazowy-ziemia zależy od wielu czynników (naprężenie przewodów, temperatura otoczenia, temperatura przewodów, rozpiętość przęsła itd.), przy obliczeniach
rozkładu pola elektrycznego rozpatruje się najczęściej tzw. największy zwis normalny tj. występujący w temperaturze1 +60°
C lub +80°
C. Warto podkreślić, że wyznaczona w ten sposób maksymalna wartość natężenia pola elektrycznego pod linią
będzie występowała tylko sporadycznie, w wyjątkowo rzadkich warunkach pogodowych (upalne lato) i przy maksymalnym napięciu roboczym linii. Przez większość dni
w roku natężenie pola elektrycznego będzie z pewnością znacznie mniejsze.
Wyznaczenie maksymalnej wartości natężenia pola elektrycznego (Emax) w otoczeniu linii nie nastręcza większych problemów. Dla linii projektowanych wyznacza
się ją metodami obliczeniowymi, natomiast dla obiektów eksploatowanych korzysta
się z metod pomiarowych, scharakteryzowanych w rozporządzeniu [1].
Dla oceny oddziaływania na środowisko linii napowietrznej równie istotne jak
określenie maksymalnej wartości natężenia pola elektrycznego Emax, jest ustalenie
szerokości (granic) obszaru, w którym natężenie pola elektrycznego przekracza
wartość 1 kV/m. Wyznaczenie tego obszaru jest nieodłącznym etapem projektowania
linii i ma podstawowe znaczenie przy wprowadzaniu tego rodzaju inwestycji do
planów zagospodarowania przestrzennego. Określenie jego szerokości jest szczególnie istotne w sytuacji, gdy planowana do wybudowania linia ma przebiegać blisko
terenów przeznaczonych pod zabudowę mieszkaniową.
Szerokość obszaru, w którym natężenie pola elektrycznego może przekroczyć
wartość 1 kV/m, zależy od wielu parametrów i zmienia się wzdłuż przebiegu całej
linii. Zazwyczaj jest największa w miejscu, w którym odległość od ziemi przewodów
linii jest najmniejsza i maleje przy zbliżaniu się do konstrukcji wsporczych (słupów).
Stąd, przy określaniu granic tego obszaru dla potrzeb opracowywania planów zagospodarowania przestrzennego, przyjmuje się maksymalną jego szerokość, wynikającą
z przeprowadzonych obliczeń.
Dla specjalistów z branży budowlanej znacznie wygodniejsze byłoby podanie
konkretnie jednej odległości od linii napowietrznej, w której lokalizacja zabudowy
mieszkaniowej jest dozwolona. Nie jest to jednak łatwe, gdyż rozkład pola elektrycznego (E) w otoczeniu linii napowietrznej zależy od bardzo wielu czynników, których
uwzględnienie jest możliwe jedynie przy zastosowaniu metod obliczeniowych.
1) Aktualnie linie projektowane są na temperaturę pracy przewodów +60°
C. Wstępne koncepcje projektowe linii, które
będą realizowane w przyszłości, przewidują dopuszczalną temperaturę pracy przewodów równą +80°
C.
Nr 124
79
Pole elektromagnetyczne
Jeśli uwzględnić fakt, że w otoczeniu krajowych linii napowietrznych wysokiego
napięcia, natężenie pola magnetycznego wyznaczane w miejscach dostępnych dla ludzi
nigdy nie przekracza wartości dopuszczalnej 60 A/m podanej w rozporządzeniu [1],
to w ustaleniu odległości projektowanego budynku od linii napowietrznej, w której
lokalizacja zabudowy mieszkaniowej jest dozwolona, może pomóc tabela 1 zaczerpnięta z nieobowiązującego od wielu lat zarządzenia Ministra Górnictwa i Energetyki
z dnia 28 stycznia 1985 r.
Tabela 1. Najmniejsze odległości pomiędzy najbliższym przewodem linii a częścią budynku,
przy których natężenie pola elektrycznego nie przekracza odpowiedniej wartości
dopuszczalnej określonej w rozporządzeniu Ministra Środowiska [1].
Napięcie
znamionowe linii
kV
1
Najmniejsza odległość w metrach między najbliższym przewodem linii (lub
inną częścią pod napięciem) a krawędzią balkonu lub tarasu oraz dachem, tarasem lub płaszczyzną poziomą, przy której natężenie pola elektrycznego nie
przekroczy wartości 1 kV/m (kolumna 2) i 10 kV/m (kolumna 3)
2
3
110
14,5
4,0
220
26,0
5,5
400
33
8,5
Uwagi:
1) W odniesieniu do linii elektroenergetycznych o napięciach znamionowych 400 kV wartości podane w kolumnie 2 oznaczają najmniejszą odległość poziomą przewodu od krawędzi balkonu
lub tarasu.
2) Zachowanie podanych w kolumnie 3 odległości między przewodem a ziemią zapewnia
ograniczenie natężenia pola elektrycznego na wysokości 1,8 m nad ziemią do 10 kV/m. Warto ści
podane w kolumnie 3 służą do ustalenia najmniejszych odległości od części budynków mieszkalnych przeznaczonych na pobyt ludzi przez czas nie przekraczający 8 godzin na dobę (dachy,
ściany) przy założeniu, że budynki te są zlokalizowane na obszarach, na których natężenie pola
elektrycznego na wysokości 1,8 m nad ziemią nie przekracza 1 kV/m. Odległości podane
w kolumnie 3 powinny być utrzymane również między przewodami linii a częściami budynków
niemieszkalnych.
Jeśli zatem odległość planowanego do wybudowania budynku od najbliższego
przewodu funkcjonującej linii napowietrznej o napięciu np. 110 kV będzie większa
niż 14,5 m, to realizacja takiej zabudowy jest dopuszczalna, gdyż można mieć pewność, że natężenie pola elektrycznego w miejscu posadowienia projektowanego
budynku będzie mniejsze niż 1 kV/m.
Należy w tym miejscu wyraźnie podkreślić, że lokalizacja budynków mieszkalnych przy dotrzymaniu odległości określonych w tabeli 1 zapewnia nieprzekroczenie
wartości dopuszczalnej sprecyzowanej w rozporządzeniu [1] w miejscu projektowanego budynku, niezależnie od konstrukcji linii i budynku. Jak wykazały dalsze
obliczenia, w niektórych przypadkach budynek mieszkalny można zlokalizować
bliżej linii napowietrznej. Zatem projektując budynek w pobliżu linii napowietrznej
wysokiego napięcia z zamiarem zlokalizowania go w odległości mniejszej niż podana
we wspomnianej tabeli 1, należy dokonać szczegółowej analizy rozkładu pola elektrycznego wytwarzanego przez linię, w przęsłach sąsiadujących z projektowanymi
budynkami. Analiza taka, chociaż nie jest łatwa, może być dokonana wyłącznie
metodami obliczeniowymi.
80
Pole elektromagnetyczne
natężenie pola elektrycznego E [kV/m]
Obliczenia rozkładu pola elektrycznego oraz wyznaczenie obszarów pod liniami
napowietrznymi, w których natężenie pola jest mniejsze od 1 kV/m wymaga specjalistycznego oprogramowania. Cenną pomocą w tym zakresie są programy komputerowe opracowane w Instytucie Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej. Wykorzystując te programy autor referatu wyznaczył rozkłady pola elektrycznego pod liniami
napowietrznymi różnych napięć. Dla zilustrowania typowych rozkładów pola elektrycznego w otoczeniu linii napowietrznych, na rys. 1 przedstawiono je dla linii
średniego napięcia, na rys. 2. dla linii jednotorowych o napięciach 110, 220 i 400 kV,
na rys. 3 dla linii dwutorowych o napięciu 110 i 220 kV z przewodami ułożonymi
w kształcie delty, na rys. 4 dla linii dwutorowych 110, 220 i 400 kV o pionowym
układzie przewodów, a na rys. 5 dla realizowanej aktualnie czterotorowej linii dwunapięciowej 400 kV+220 kV.
Korzystając z wyników obliczeń w tabeli 2 zestawiono obliczone wartości maksymalne natężenia pola elektrycznego (Emax) oraz zasięgi obszarów, w których natężenie pola elektrycznego (E) może być większe od 1 kV/m dla typowych linii
napowietrznych o napięciu 15, 110, 220 i 400 kV. W tabeli 3 zestawiono natomiast
wartości natężenia pola elektrycznego E w funkcji odległości od różnych rodzajów
linii napowietrznych.
0 ,35
Linia 15 kV z przewodami
izolowanymi
0 ,3
Linia 15 kV z przewodami
gołymi
0 ,25
0 ,2
0 ,15
0 ,1
0 ,05
0
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
odległość od osi linii [m]
Rys. 1. Rozkłady pola elektrycznego w otoczeniu linii napowietrznych średniego napięcia z przewodami izolowanymi i gołymi wyznaczone w miejscu największego zwisu przewodów, przy
minimalnej dopuszczalnej przepisami wysokości zawieszenia przewodów nad ziemią h=5 m
Nr 124
81
natężenie pola elektrycznego E [kV/m]
Pole elektromagnetyczne
9
Linia 110 kV na słupach S52
8
Linia 220 kV na słupach H52
7
Linia 400 kV na słupach Y52
6
5
4
3
2
1
-50
-40
-30
-20
0
-10
0
10
20
odległość od osi linii [m]
30
40
50
natężenie pola elektrycznego E [kV/m]
Rys. 2. Rozkłady pola elektrycznego w otoczeniu jednotorowych linii napowietrznych o napięciu 110, 220 i 400 kV wyznaczone w miejscu największego zwisu przewodów, przy minimalnej
dopuszczalnej przepisami wysokości zawieszenia przewodów nad ziemią dla linii 110 kV h=6 m,
dla linii 220 kV h=6,7 m, dla linii 400 kV h=9 m
5
Linia 110 kV na słupach Dc2
4 ,5
Linia 220 kV na słupach M52
4
3 ,5
3
2 ,5
2
1 ,5
1
0 ,5
0
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
odległość od osi linii [m]
Rys. 3. Rozkłady pola elektrycznego w otoczeniu dwutorowych linii napowietrznych o napięciu
110 i 220 kV z przewodami zawieszonymi w kształcie delty, wyznaczone w miejscu największego
zwisu przewodów, przy minimalnej dopuszczalnej przepisami wysokości zawieszenia przewodów nad ziemią dla linii 110 kV h=6 m, dla linii 220 kV h=6,7 m.
82
natężenie pola elektrycznego E [kV/m]
Pole elektromagnetyczne
9
Linia 110 kV na słupach O24
8
Linia 220 kV na słupach ML52
7
Linia 400 kV na słupach E33
6
5
4
3
2
1
0
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
odległość od osi linii [m]
Rys. 4. Rozkłady pola elektrycznego w otoczeniu dwutorowych linii napowietrznych o napięciu
110, 220 i 400 kV z przewodami zawieszonymi pionowo, wyznaczone w miejscu największego
zwisu przewodów, przy minimalnej dopuszczalnej przepisami wysokości zawieszenia przewodów nad ziemią dla linii 110 kV h=6 m, dla linii 220 kV h=6,7 m, dla linii 400 kV h= 9 m
5
natężenie pola elektrycznego E [kV/m]
Linia na słupach LHP
4 ,5
Linia na słupach LHCP
4
3 ,5
3
2 ,5
2
1 ,5
1
0 ,5
0
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
odległość od osi linii [m]
Rys. 5. Rozkłady pola elektrycznego w otoczeniu realizowanej czterotorowej, dwunapięciowej
(400 kV+220 kV) linii napowietrznej na słupach typu LHP i LHCP wyznaczone w miejscu największego zwisu przewodów, przy minimalnej wysokości zawieszenia przewodów nad ziemią
h=7 m
Nr 124
83
Pole elektromagnetyczne
Tabela. 2. Obliczone maksymalne natężenia pola elektrycznego Emax na wysokości 2 m nad
ziemią oraz zasięgi obszarów, w których natężenie pola elektrycznego może być
większe od 1 kV/m dla typowych linii napowietrznych
Emax
dla h = hmin
Słupy
seria
typ
Objaśnienia:
Dla linii 110 kV przyjęto najmniejszą
odległość od ziemi najniżej zawieszonego przewodu fazowego hmin = 6,0 m
i maksymalne napięcie robocze 123 kV.
Zasięg obszaru,
w którym
E>1 kV/m
m
kV/m
Linie 15 kV
LSNi
P
0,14
0
SBc-70
P
0,30
0
Linie 110 kV
S52 (1 tor.)
P
3,0
± 10,5
O24 (2 tor.)
P
2,2
± 8,0
Dc2 (2 tor.)
P
2,1
± 11,0
Linie 220 kV
H52 (1 tor.)
P
5,6
± 20,0
ML52 (2 tor.)
P
4,9
± 14,5
M52 (2 tor)
P
4,3
± 19,5
Linie 400 kV
Y52 (1 tor.)
P
8,5
± 31,5
Z52 (2 tor.)
P
7,8
± 23,0
Z33 (2 tor.)
P
8,7
± 24,0
E33 ( 2 tor.)
P
8,3
± 22,0
Linia czterotorowa dwunapięciowa 400kV+220 kV
LH
P
4,1
± 18,5
LHC
P
4,4
± 21,5
Dla linii 220 kV przyjęto najmniejszą
odległość od ziemi najniżej zawieszonego przewodu fazowego hmin = 6,7 m
i maksymalne napięcie robocze 245 kV.
Dla linii 400 kV przyjęto najmniejszą
odległość od ziemi najniżej zawieszonego przewodu fazowego hmin = 9,0 m
i maksymalne napięcie robocze 420 kV.
Tabela. 3. Natężenie pola elektrycznego E na wysokości 2 m nad ziemią w funkcji odległości
od różnych rodzajów linii napowietrznych
Linia czterotorowa
2x400 kV+2x220
kV
Linia dwutorowa
400 kV na słupach
E33
Linia jednotorowa
400 kV na słupach
Y52
Linia dwutorowa
220 kV na słupach
ML52
Linia jednotorowa
220 kV na słupach
H52
Linia dwutorowa
110 kV na słupach
O24
Linia jednotorowa
110 kV na słupach
S52
84
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola elektrycznego
E [kV/m]
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola elektrycznego
E [kV/m]
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola elektrycznego
E [kV/m]
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola elektrycznego
E [kV/m]
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola elektrycznego
E [kV/m]
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola elektrycznego
E [kV/m]
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola elektrycznego
E [kV/m]
0
2
5
10
20
30
40
50
100
1,8
2,4
3,7
4,2
1,4
0,6
0,6
0,5
<0,1
0
2
5
10
20
30
40
50
100
2,8
4,6
7,5
7,0
1,4
0,2
0,1
0,1
<0,1
0
2
5
10
20
30
40
50
100
6,9
6,4
5,1
8,3
3,6
1,1
0,5
0,2
<0,1
0
2
5
10
20
30
40
50
100
1,8
2,7
4,7
2,9
0,2
0,1
0
2
5
10
20
30
40
4,6
3,9
4,1
4,9
0,3
0,3
0,1
0
2
5
10
20
30
40
1,5
2,0
1,9
0,5
0
2
5
10
20
1,8
2,7
2,7
1,0
0,2
< 0,1
50
100
< 0,1
50
100
50
100
< 0,1
30
40
< 0,1
Pole elektromagnetyczne
3. Pole magnetyczne w otoczeniu linii napowietrznych
Z punktu widzenia zagrożenia środowiska polem magnetycznym za najistotniejsze należy uznać ustalenie maksymalnej wartości natężenia pola magnetycznego
(Hmax) w otoczeniu napowietrznej linii elektroenergetycznej.
Na wartość maksymalną i rozkład pola magnetycznego w otoczeniu linii napowietrznej wpływają przede wszystkim następujące parametry:
·
natężenie prądu w linii,
·
odległość przewodów fazowych od ziemi,
·
odstępy pomiędzy przewodami różnych faz lub wiązkami przewodów, jeżeli
w linii stosowane są przewody wiązkowe,
·
geometryczny układ przewodów fazowych, a w liniach dwu- i wielotorowych
wzajemne usytuowanie przewodów (lub wiązek) tej samej fazy.
Pole magnetyczne – w przeciwieństwie do pola elektrycznego – nie ulega zniekształceniu w pobliżu obiektów przewodzących i w związku z tym elementy otoczenia położone w bezpośredniej bliskości linii, takie jak: zabudowania, drzewa,
płoty oraz inne konstrukcje przewodzące, nie wpływają na jego rozkład. Pole magnetyczne przenika bez zniekształceń przez większość materiałów i obiektów. Wartość
natężenia pola magnetycznego nie ulega więc zmianie po przejściu przez te obiekty.
Dla określonej serii słupa, tj. przy ustalonej konfiguracji geometrycznej przewodów, natężenie pola magnetycznego w otoczeniu linii zależy wyłącznie od prądu linii
i odległości pomiędzy przewodami fazowymi a ziemią. Natężenie to wzrasta ze
zmniejszaniem się tej odległości, a największa jego wartość występuje, tam gdzie
odległość przewodów od ziemi jest najmniejsza.
Do obliczeń rozkładu pola magnetycznego, podobnie jak w przypadku pola elektrycznego, należy każdorazowo przyjmować sytuację, w której zwis linii jest największy (najczęściej przy temperaturze +60°
C lub +80°
C). Należy podkreślić, że
wyznaczona w ten sposób maksymalna wartość natężenia pola magnetycznego będzie
występowała tylko sporadycznie, w wyjątkowo rzadkich warunkach pogodowych
(upalne lato) i przy maksymalnym obciążeniu linii. Przez większość dni w roku wartość
ta będzie z pewnością mniejsza, również na skutek zmieniającego się obciążenia linii.
Zgodnie z wymogami rozporządzenia [1] – obliczenia rozkładu pola magnetycznego powinny stać się nieodłącznym elementem projektowania linii. Ponieważ
metody obliczania rozkładu pola magnetycznego w otoczeniu linii napowietrznych –
podobnie jak w przypadku pola elektrycznego – są stosunkowo skomplikowane,
autorzy referatu, w celu zobrazowania przebiegów natężenia pola magnetycznego
wokół typowych linii napowietrznych, wykonali stosowne obliczenia wykorzystując
program komputerowy opracowany w Instytucie Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej. Dla zilustrowania typowych rozkładów natężenia pola magnetycznego,
jakie mogą wystąpić w otoczeniu krajowych linii napowietrznych, przedstawiono je
na rys. 6-10, natomiast w tabelach 4 i 5 zestawiono wyniki obliczeń.
Warto zwrócić uwagę, że obliczone i zaprezentowane na rys. 6-10 wartości natężenia pola magnetycznego H – to wartości, które mogą wystąpić w sytuacji, gdy zwis
linii jest największy, a linia obciążona jest maksymalnym prądem. W praktyce eksploatacyjnej tak znaczne obciążenie linii zdarza się bardzo rzadko i zazwyczaj wartości
natężenia pola magnetycznego pod liniami są znacznie mniejsze.
Nr 124
85
Pole elektromagnetyczne
Linia 15 kV z przewodami
izolowanymi
natężenie pola magnetyczne H [A/m]
25
Linia 15 kV z przewodami
gołymi
20
15
10
5
-50
-40
-30
-20
0
-10
0
10
odległość od osi linii [m]
20
30
40
50
Rys. 6. Rozkłady pola magnetycznego w otoczeniu linii napowietrznych średniego napięcia
z przewodami izolowanymi i gołymi wyznaczone w miejscu największego zwisu przewodów, przy
minimalnej dopuszczalnej przepisami wysokości zawieszenia przewodów nad ziemią h=5 m
(prąd linii I = 475 A)
Linia 110 kV na słupach S52
natężenie pola magnetyczne H [A/m]
60
Linia 220 kV na słupach H52
50
Linia 400 kV na słupach Y52
40
30
20
10
0
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
odległość od osi linii [m]
Rys. 7. Rozkłady pola magnetycznego w otoczeniu jednotorowych linii napowietrznych o napięciu 110, 220 i 400 kV wyznaczone w miejscu największego zwisu przewodów, przy minimalnej
dopuszczalnej przepisami wysokości zawieszenia przewodów nad ziemią dla linii 110 kV h=6 m,
dla linii 220 kV h=6,7 m, dla linii 400 kV h=9 m (prąd linii 110 kV I = 1220 A, prąd linii 220 kV
I = 1220 A, prąd linii 400 kV I = 2440 A)
86
Pole elektromagnetyczne
natężenie pola magnetyczne H [A/m]
30
Linia 110 kV na słupach Dc2
Linia 220 kV na słupach M52
25
20
15
10
5
0
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
odległość od osi linii [m]
Rys. 8. Rozkłady pola magnetycznego w otoczeniu dwutorowych linii napowietrznych o napięciu 110 i 220 kV z przewodami zawieszonymi w kształcie delty, wyznaczone w miejscu największego
zwisu przewodów, przy minimalnej dopuszczalnej przepisami wysokości zawieszenia przewodów nad ziemią dla linii 110 kV h=6 m, dla linii 220 kV h=6,7 m (prąd linii 110 kV I = 735 A,
prąd linii 220 kV I = 1220 A)
natężenie pola magnetyczne H [A/m]
60
Linia 110 kV na słupach O24
Linia 220 kV na słupach ML52
50
Linia 400 kV na słupach E33
40
30
20
10
0
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
odległość od osi linii [m]
Rys. 9. Rozkłady pola magnetycznego w otoczeniu dwutorowych linii napowietrznych o napięciu
110, 220 i 400 kV z przewodami zawieszonymi pionowo, wyznaczone w miejscu największego
zwisu przewodów, przy minimalnej dopuszczalnej przepisami wysokości zawieszenia przewodów nad ziemią dla linii 110 kV h=6 m, dla linii 220 kV h=6,7 m, dla linii 400 kV h= 9 m (prąd
linii 110 kV I = 735 A, prąd linii 220 kV I = 1220 A, prąd linii 400 kV I = 2850 A)
Nr 124
87
Pole elektromagnetyczne
Linia na słupach LHP
natężenie pola magnetyczne H [A/m]
40
Linia na słupach LHCP
35
30
25
20
15
10
5
-50
-40
-30
-20
0
-10
0
10
odległość od osi linii [m]
20
30
40
50
Rys. 10. Rozkłady pola magnetycznego w otoczeniu realizowanej czterotorowej, dwunapięciowej (400 kV+220 kV) linii napowietrznej na słupach typu LHP i LHCP wyznaczone w miejscu
największego zwisu przewodów, przy minimalnej wysokości zawieszenia przewodów nad ziemią h=7 m (prąd linii toru 400 kV I = 2850 A, prąd linii toru 220 kV I = 1220 A)
Tabela. 4. Obliczone maksymalne natężenie pola magnetycznego Hmax na wysokości 2 m nad
ziemią dla typowych linii napowietrznych
Maks. prąd obciąż.
linii
[A]
seria
typ
Linie 15 kV
LSNi
P
475
SBc-70
P
475
Linie 110 kV
S52 (1 tor.)
P
1220
O24 (2 tor.)
P
735
Dc2 (2 tor.)
P
735
Linie 220 kV
H52 (1 tor.)
P
1220
ML52 (2 tor.)
P
1220
M52 (2 tor)
P
1220
Linie 400 kV
Y52 (1 tor.)
P
2440
Z52 (2 tor.)
P
2440
Z33 (2 tor.)
P
2850
E33 ( 2 tor.)
P
2850
Linia czterotorowa dwunapięciowa 400 kV+220 kV
1220 A
LH
P
i 2850 A
LHC
P
Słupy
88
Hmax
dla h = hmin
A/m
7,1
19,4
42,7
20,2
16,2
39,9
30,3
26,1
53,0
41,5
50,6
49,8
21,0
37,3
Pole elektromagnetyczne
Tabela. 5. Natężenie pola magnetycznego H na wysokości 2 m nad ziemią w funkcji odległości
od różnych rodzajów linii napowietrznych
Linia czterotorowa
2x400 kV
+2x220 kV
Linia dwutorowa
400 kV na słupach E33
Linia jednotorowa
400 kV na słupach Y52
Linia dwutorowa
220 kV na słupach
ML52
Linia jednotorowa
220 kV na słupach H52
Linia dwutorowa
110 kV na słupach O24
Linia jednotorowa
110 kV na słupach S52
Linia 15 kV
z przewodami gołymi
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola magnetycznego
H [A/m]
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola magnetycznego
H [A/m]
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola magnetycznego
H [A/m]
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola magnetycznego
H [A/m]
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola magnetycznego
H [A/m]
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola magnetycznego
H [A/m]
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola magnetycznego
H [A/m]
Odległość od osi linii [m]
Natężenie pola magnetycznego
H [A/m
0
2
5
10
20
30
40
50
100
200
300
400
19,7
21,2
27,4
37,3
17,2
9,1
5,3
3,4
0,83
0,20
0,09
0,05
300
400
0
2
5
10
20
30
40
50
100
200
42,6
42,7
41,6
30,0
10,0
4,2
2,1
1,2
0,17
0,02
< 0.01
0
2
5
10
20
30
40
50
100
200
300
400
44,9
47,8
52,0
50,0
19,4
8,3
4,5
2,9
0,70
0,17
0,07
0,04
300
400
0
2
5
10
20
30
40
50
100
200
28,1
28,7
29,6
16,9
3,9
1,4
0,61
0,32
0,05
0,02
< 0.01
0
2
5
10
20
30
40
50
100
200
300
32,2
36,5
39,9
28,4
7,1
3,0
1,7
1,0
0,25
0,06
0,02
100
200
300
0
2
5
10
20
30
40
50
20,2
19,4
13,3
4,6
0,92
0,31
0,14
0,07
400
<
0.01
400
< 0.01
0
2
5
10
20
30
40
50
100
200
300
42,6
41,7
29,2
11,3
3,1
1,4
0,81
0,52
0,13
0,03
0,01
200
0
2
5
10
20
30
40
50
100
19,3
16,5
7,4
2,2
0,58
0,26
0,15
0,12
0,03
300
400
<
0.01
400
< 0.01
4. Wnioski
1. Oszacowania dokonane metodami obliczeniowymi wskazują, że w otoczeniu krajowych linii napowietrznych, natężenie pola elektrycznego na wysokości 2,0 m
npt. nie przekracza w żadnym miejscu wartości 10 kV/m (wartość dopuszczalna
w miejscach dostępnych dla ludzi wg przepisów [1]).
2. Natężenie pola elektrycznego w otoczeniu linii napowietrznych zależy głównie od
napięcia linii. Największe wartości E występują pod liniami jednotorowymi
o napięciu 400 kV ( Emax=8,5 kV/m dla linii na słupach Y52).
3. Niezależnie od napięcia znamionowego linii, mniejsze wartości natężenia pola
elektrycznego występują w otoczeniu linii dwutorowych niż linii jednotorowych.
4. Szerokość obszaru, w którym natężenie pola elektrycznego jest większe od 1 kV/m
(wg przepisów [1] nie można tam lokalizować budynków mieszkalnych) zmienia
się od ok. 8 do 11 m dla linii 110 kV, od 14 do 20 m dla linii 220 kV, od 22 do 31,5 m
dla linii 400 kV. W przypadku linii czterotorowej dwunapięciowej wykonanej na
słupach przelotowych serii LHC szerokość tego obszaru wynosi ok. 21,5 m.
5. Wykonane obliczenia wskazują, że w otoczeniu krajowych linii napowietrznych,
w najbardziej niekorzystnych warunkach ich pracy, natężenie pola magnetycznego na wysokości 2,0 m npt. nie przekroczy w żadnym miejscu wartości 60 A/m
(wartość dopuszczalna w miejscach dostępnych dla ludzi wg przepisów [1]).
6. Największe wartości natężenia pola magnetycznego występują w otoczeniu jednotorowych linii o napięciu 400 kV. Niezależnie od napięcia linii mniejsze natężenia
pola magnetycznego występują w otoczeniu linii dwutorowych, a jeszcze mniejsze w otoczeniu linii wielotorowych.
5. Literatura
[1] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 października 2003 r. w sprawie dopuszczalnych
poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz sposobów sprawdzania dotrzymania tych
poziomów. Dz. U. nr ,192 poz. 1883.
Nr 124
89