ТЕОРИЯ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

2. ТЕОРИЯ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

Алгоритм расчета разработан с учетом [11, 12, 13, 14, 15].

Напряженность в точке М пространства, кВ/м от заряда i - го проводника , Кл равна:

где  – расстояние, м от точки М в пространстве до i - ого заряда ;

 –диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м.

Чтобы получить формулы для расчета мгновенных, максимальных и действующих значений напряженности электрического поля в пространстве, окружающем линию электропередачи, сначала совмещаем комплексную плоскость с плоскостью поперечного сечения линии.

Затем для данной точки М плоскости записываем уравнения для горизонтальной  и вертикальной составляющих, создаваемых линейными зарядами ( k ) проводников линии

; (2.1)

,

где – единичный вектор в направлении оси х;

 – единичный вектор в направлении оси y;

 – координата точки М, в которой вычисляется напряженность;

– координаты i - ого проводника линии электропередачи;

– координаты зеркально отраженного заряда i - ого проводника линии;

- комплексные заряды на i - ых проводниках ЛЭП, которые вычисляется по уравнениям Максвелла в матричной форме:

, откуда

где  – столбцовая матрица комплексных напряжений, В;

 – столбцовая матрица потенциальных коэффициентов;

 – столбцовая матрица комплексных зарядов, проводников, Кл.

переходя к мгновенным значениям

, (2.2)

;

где – потенциальные коэффициенты;

– радиус i - го проводника, м;

 и – соответственно амплитудное значение и фаза заряда на i - ом проводнике;

и – соответственно амплитуда и фаза напряжения на i - ом проводнике.

Амплитудное значение фазного напряжения на проводниках линии определяется через действующее значение номинального линейного напряжения как

На основании (2.1) и (2.2) можно заключить, что мгновенные значения вертикальной и горизонтальной составляющих напряженности в данной точке пространства изменяются во времени по закону синуса:

; (2.3)

;

Мгновенное значение результирующей напряженности согласно рисунку 2.1:

 (2.4)

где и  – соответственно амплитуды и мгновенные значения горизонтальной и вертикальной составляющих напряженности поля;

 и  – фазы горизонтальной и вертикальной составляющих напряженности поля, которые, как следует из (2.1) равны;

 (2.5)

Записывая результирующую напряженность как вектор, изменяющийся во времени и на комплексной плоскости (пространстве), получим

 (2.6)

где с учетом (2.3)

(2.7)

 (2.8)

где – направление результирующего вектора  в данный момент времени;

– мгновенное значение этого вектора.

Анализ выражений (2.7) и (2.8) показывает, что в каждой точке пространства, окружающего проводники линии электропередачи, конец результирующего вектора напряженности электрического поля , описывает эллипс (рисок 2.2 б) за период времени, равный периоду изменения напряжения на фазах линии электропередачи.

Рисунок 2.2 - Изменение электрического поля в точке М плоскости поперечного сечения линии: а - во времени горизонтальной E_x и вертикальной E_y составляющих; б - в пространстве направления a и во времени Т результирующей напряженности Е

Таким образом, в какие - то моменты времени величина результирующего вектора  принимает максимальное и минимальное значения. Чтобы найти эти экстремальные значения, нужно взять производную по времени от выражения и приравнять ее к нулю:

(2.9)

Решая уравнение (2.9), с учетом (2.8) получаем значения времени, при которых  принимает экстремальные значения:

(2.10)

где

;

Подставляя (2.10) в (2.7) и (2.8), находим экстремальные значения результирующей напряженности поля:

 (2.11)

а так же их направления:

(2.12)

Действующее значение напряженности в точке М пространства найдем по формуле изменения периодической величины:

(2.13)

Таким образом, горизонтальная  и вертикальная  составляющие внешнего поля, создаваемого проводниками линии, синусоидальны, тогда как закон изменения во времени результирующего поля  не синусоидален.

На рисунке 2.2 в качестве примера, представлены графики, показывающие изменение величин во времени и пространстве, для случая