耿 恒 何大猛
(1.云南電網(wǎng)公司紅河供電局,云南 紅河 661100;2.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司,成都 610000)
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷的快速發(fā)展,城市化進(jìn)程的不斷深入,10kV 配電線路成為了城市配電網(wǎng)及市郊電網(wǎng)的主要部分,同居民的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)[1]。隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)[2-5],對(duì)輸電線路電磁環(huán)境問題越來(lái)越重視[6-8]。準(zhǔn)確計(jì)算10kV 架空配電線路下方電場(chǎng)分布可以為配電線路的設(shè)計(jì)和電磁環(huán)境安全分析提供理論參考。因此,進(jìn)行10kV 交流架空配電線路電場(chǎng)計(jì)算具有非常重要的研究意義。
本文采用有限元法計(jì)算10kV 交流架空線路典型排列方式:水平排列、三角排列、垂直排列、雙回垂直排列等4 種排列方式下導(dǎo)線表面電場(chǎng)和線路下方距離地面1m 水平線上的電場(chǎng)強(qiáng)度。
根據(jù)《10kV 及以下架空配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定[9],10kV 交流架空配電線路導(dǎo)線可以采用截面積為 150~240mm2的導(dǎo)線,因此本文選用LGJ-150/20,檔距為50m,導(dǎo)線最小間距為0.65m,導(dǎo)線與地面的最小距離為6.5m。10kV 交流架空配電線路的水平排列、三角排列、垂直排列,雙回垂直排列等四種方式如圖1所示。
圖1 10kV 交流配電線路導(dǎo)線排列方式
建立二維交變電場(chǎng)計(jì)算有限元模型[10],給A 相導(dǎo)線施加激勵(lì)的幅值為8.164kV,相角為0°,作為參考角度。B 和C 激勵(lì)幅值和A 相一樣,相角依次滯后120°。通過(guò)有限元軟件計(jì)算,可以得到各導(dǎo)線表面的最大場(chǎng)強(qiáng)Emax,及最大場(chǎng)強(qiáng)是導(dǎo)線對(duì)應(yīng)的相位角,具體計(jì)算結(jié)果見表1。
表1 各種排列方式下各相導(dǎo)線表面最大電場(chǎng)及對(duì)應(yīng)相角
從表1的數(shù)據(jù)可以看出:
1)每相導(dǎo)線表面的最大場(chǎng)強(qiáng)出現(xiàn)在此導(dǎo)線電壓到達(dá)峰值的時(shí)刻。
2)單回線路邊相最大場(chǎng)強(qiáng)小于中間相的最大場(chǎng)強(qiáng),即導(dǎo)線表面的最大場(chǎng)強(qiáng)出現(xiàn)在中間相導(dǎo)線電壓到達(dá)峰值時(shí)刻。
3)由于雙回線路換位的影響,雙回垂直排列導(dǎo)線表面的最大場(chǎng)強(qiáng)出現(xiàn)在最下端的兩根導(dǎo)線表面,即C1 和A2 導(dǎo)線表面,且它們的最大電場(chǎng)強(qiáng)度值一樣。
通過(guò)表1可以知道相角分別為0、120°、240°等角度時(shí)A、B、C 三相導(dǎo)線表面電場(chǎng)最大,因此計(jì)算了相角分別為0、120°、240°時(shí)距地面1m 處水平線上,以導(dǎo)線為中心向左右延伸20m 范圍內(nèi)電場(chǎng)分布曲線如圖2至圖5所示。
圖2 水平排列下,不同相位角時(shí)距離地面1m 處 電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線
從圖2的電場(chǎng)分布曲線可以看出:水平排列情況下,相角為0 和240°時(shí)最大場(chǎng)強(qiáng)值最大,值為65V/m,分別出現(xiàn)在A 相和C 相導(dǎo)線正下方位置。相角為120°時(shí)最大場(chǎng)強(qiáng)為29.5V/m,出現(xiàn)在B 相導(dǎo)線正下方位置。
從圖3可以看出:三角排列情況下,相角為0和240°時(shí)最大場(chǎng)強(qiáng)值最大,值為50V/m,分別出現(xiàn)在A 相和C 相導(dǎo)線的正下方位置。相角為120°時(shí)最大場(chǎng)強(qiáng)為48V/m,出現(xiàn)在B 相導(dǎo)線的正下方位置。
圖3 三角排列下,不同相位角時(shí)距離地面1m 處 電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線
圖4 垂直排列下,不同相位角時(shí)距離地面1m 處 電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線
從圖4可以看出:三角排列情況下,相角為0、120°、240°時(shí)最大場(chǎng)強(qiáng)值分別為88V/m、36V/m、52V/m,出現(xiàn)在導(dǎo)線的正下方位置,即當(dāng)C 相導(dǎo)線電壓值最大時(shí),導(dǎo)線下方的場(chǎng)強(qiáng)出現(xiàn)最大值。
從圖5可以看出:雙回垂直排列情況下,當(dāng)相角為120°時(shí)出現(xiàn)最大場(chǎng)強(qiáng)為54V/m,位于雙回導(dǎo)線的中間位置處。當(dāng)相角為0、240°時(shí)的最大場(chǎng)強(qiáng)值一樣,為26.4V/m,分別位于回路1 和回路2 的正下方。
圖5 雙回垂直排列下,不同相位角時(shí)距離地面1m 處 電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線
通過(guò)計(jì)算各種排列方式下導(dǎo)線表面電場(chǎng)及距地面1m 處水平線上電場(chǎng)分布情況,可以得到以下結(jié)論:
1)單回線路中間相導(dǎo)線的Emax比邊相的Emax大,且垂直排列方式時(shí)導(dǎo)線表面Emax數(shù)值最大,而倒三角排列時(shí)導(dǎo)線表面Emax最小。
2)單回線路各種排列方式下距地面1m 處水平線上的電場(chǎng)都會(huì)在相角為240°時(shí)出現(xiàn)最大值,其中垂直排列最大場(chǎng)強(qiáng)值最大,水平排列最大場(chǎng)強(qiáng)值居中,三角排列最大場(chǎng)強(qiáng)值最小。雙回垂直排列時(shí),最大場(chǎng)強(qiáng)出現(xiàn)在相角為120°時(shí),但比單回垂直排列的值降低了。
所以建議單回布線時(shí)最好采取倒三角排列方式,這樣既能保證導(dǎo)線表面電場(chǎng)不會(huì)過(guò)大而損壞絕緣,同時(shí)也保證了導(dǎo)線下方的電場(chǎng)強(qiáng)度不會(huì)影響居民正常生活。
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