Кабельная линия электропередачи

Кабельная линия электропередачи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано при проектировании и строительстве кабельных линий электропередачи с обеспечением требований санитарно-эпидемиологических правил и норм по предельно допустимым уровням магнитных полей промышленной частоты в помещениях жилых, административных, производственных зданий и на селитебных территориях.

Электроснабжение производственных, административных и жилых зданий в настоящее время осуществляют с помощью прокладки вводов кабельных линий электропередачи, идущих от трансформаторных подстанций (ТП), например 6/0,4 кВ - 10/0,4 кВ, в жилые, административные и производственные здания с последующей разводкой к потребителям, расположенной в этих зданиях. Часто для этих целей используют встроенные в здания ТП (см. Экспериментальный завод объемных инженерных сооружений. Альбом «Комплектные трансформаторные подстанции типа 2КТП», выпуск 17, М., ЭЗОИС, 2002 г., с.12, 37-38).

Известны способы прокладки кабельных линий электропередачи в земле, кабельных туннелях, кабельных каналах, кабельных шахтах, кабельных эстакадах, кабельных галереях (см. Правила устройства электроустановок, 6-е изд. перераб. и доп., с изменениями. - М.: Главгосэнергонадзор России, 1998 г., с.131-183), коробах (Пантелеев Е.Г. Монтаж и ремонт кабельных линий: Справочник электромонтажника. Под ред. А.Д.Смирнова и др., 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с.79-83), лотках (М.С.Живов. Справочник молодого электромонтажника, 3-е изд. - М.: Высшая школа, 1990, с.51-72), на тросах (С.В.Гордон, П.И.Ерохин, Е.С.Кирнов и др. Справочник по строительству электросетей 0,38-35 кВ. Под ред. Д.Т.Комарова. - М.: Энергоиздат, 1982, с.213-217), клицах или трубах по потолку, стенам (Сохранский С.Т., Лихачев В.П. Монтаж кабельных линий. М.: Госстройиздат, 1961, с.94-99).

Кабели линий электропередачи прокладывают либо в один или несколько слоев с произвольным взаимным расположением (СНиП III-33-76* Строительные нормы и правила, Часть III, Правила производства и приемки работ. Глава 33 Электротехнические устройства. - М.: Стройиздат, 1982 г., с.84-102, 112-129) либо собирают в кабельные пучки (С.В.Гордон, П.И.Ерохин, Е.С.Кирнов и др. Справочник по строительству электросетей 0,38-35 кВ. Под ред. Д.Т.Комарова. - М.: Энергоиздат, 1982 г., с.213-217).

При прохождении кабельной линии, состоящей из отдельных кабелей или кабельных пучков, по наружным стенам и потолку, под полом или внутри перекрытий помещений жилых, административных и производственных зданий токами кабельной линии в этих помещениях создается магнитное поле (МП) с высоким уровнем индукции В (напряженности Н).

Согласно санитарно-эпидемиологических требований (см. Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям, Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.1.2.1002-00, М., Минздрав РФ, 2001 г., с.24), предельно допустимые уровни (ПДУ) индукции (напряженности) магнитного поля промышленной частоты в жилых помещениях не должны превышать 10 мкТл (8 А/м). Более позднее уточнение (см. Отчет о НИР «Создание нормативно-методического документа, регламентирующего уровни внепроизводственных воздействий магнитных полей промышленной частоты (50 Гц)» (№ госрегистрации 01200311814), М., ГУ НИИМТ РАМН, 2003 г., с.116-121), устанавливает ПДУ МП промышленной частоты для жилых помещений 5 мкТл (4 А/м), а для коридоров, вестибюлей и т.п. селитебных территорий - 10 мкТл (8 А/м). Здесь же нормируется действующее значение индукции В_max (напряженности Н_max) магнитного поля по большей полуоси эллипса или эллипсоида (Дикой В.П., Токарский А.Ю., Иостсон Ю.А., Мисриханов М.Ш., Методы расчета к измерения эллипсоидных магнитных полей промышленной частоты. Повышение эффективности работы энергосистем, Труды ИГЭУ, выпуск IV. М.: Энергоатомиздат, 2001 г., с.215-222).

Наиболее близкой к предложенной кабельной линии электропередачи является кабельная линия, включающая один или более кабельных пучков, каждый из которых содержит кабели фаз А, В, С и нулевой провод (Отчет о НИР «Создание нормативно-методического документа, регламентирующего уровни внепроизводственных воздействий магнитных полей промышленной частоты (50 Гц)» (№ госрегистрации 01200311814), М., ГУ НИИ МТ РАМН, 2003 г., с.116-121) (прототип). Оси кабелей этой кабельной линии расположены в углах квадрата со стороной, равной примерно двум наружным радиусам кабеля (прототип). Такое решение позволяет снизить до значений меньших ПДУ для жилых помещений уровни напряженности МП, создаваемого токами кабельной линии с величиной модуля фазного тока 1212 А (симметричный режим нагрузки, значения фазных токов: , , , трансформатор мощностью менее 800 кВА) в каждой фазе на расстоянии (расчетном уровне) Y=1,2 м от места размещения кабельной линии, а также избежать увеличения уровня напряженности МП при несимметричном режиме нагрузки (значения токов в фазах и нулевом проводе: , , , ), что происходит при традиционной компоновке кабельного пучка кабельной линии.

Однако при большой мощности трансформатора (более 800 кВА) и малом расстоянии до поверхности пола или внутренней поверхности стены жилого помещения известное конструктивное выполнение кабельной линии не обеспечивает соблюдения ПДУ для жилых помещений и селитебных территорий.

Задачей предлагаемого технического решения является снижение напряженности (индукции) магнитного поля, создаваемого токами кабельной линии электропередачи.

Техническим результатом данного изобретения является снижение уровня напряженности (индукции) МП кабельной линии электропередачи при большой мощности трансформатора (более 800 кВА) и малом расстоянии до поверхности пола или внутренней поверхности стены жилого помещения в режиме максимальной нагрузки, до предельно допустимого уровня магнитных полей промышленной частоты для помещений жилых, общественных, административных зданий и селитебных территорий.

Указанная задачи достигается тем, что в кабельной линии электропередачи, включающей один или более кабельных пучков, каждый из которых содержит кабели фаз А, В, С и нулевой провод, внутри каждого кабельного пучка кабели каждой из фаз и нулевого провода равномерно размещены по периметру своей окружности или окружностей, а центры всех окружностей внутри каждого кабельного пучка совпадают с его центром. При выборе взаимного расположения кабельных пучков их углы поворота вокруг своих центров выбираются такими, чтобы напряженность магнитного поля, создаваемого токами этой линии, была минимальной. В других вариантах формирования кабельной линии, кабельные пучки которой содержат разное количество кабелей фаз и нулевого провода, взаимное расположение кабелей фаз А, В, С и нулевого провода, а также взаимное расположение кабельных пучков и углы поворота кабельных пучков вокруг своих центров выбирают такими, чтобы напряженность магнитного поля, создаваемого токами этой линии, была минимальной.

На фиг.1 и 2 изображены кабельные линии электропередачи в коробах; на фиг.3 - то же, в лотке в один слой; на фиг.4 - то же, в лотке в пучках; на фиг.5 - то же, в лотке смешано в один слой и в пучке; на фиг.6 - то же, в лотке в несколько слоев; на фиг.7 - то же, на тросе, где 1 - трос, 2 - кнопка крепления монтажной ленты, 3 - монтажная лента, 4 - кабель; на фиг.8-11 - то же, по потолку и стенам; на фиг.12 - то же, в пучке по стене; на фиг.13 - то же, в пучке в трубе.

На фиг.14 показана известная кабельная линия электропередачи с традиционной схемой компоновки кабельного пучка, проходящая от трансформатора к распределительному устройству на расстоянии 1,2 м от расчетного уровня.

На фиг.15 показан другой вариант - кабельная линия электропередачи (прототип), проходящей от трансформатора к распределительному устройству на расстоянии 1,2 м от расчетного уровня.

На фиг.16 показано распределение напряженности Н_max МП, создаваемого токами кабельной линии электропередачи традиционной схемы компоновки кабельного пучка (фиг.14), где кривая a1 - симметричный режим нагрузки, кривая b1 - несимметричный режим нагрузки, а также токами кабельной линии прототипа: кривая c1 - симметричный и кривая d1 - несимметричный режим нагрузки.

На фиг.17 показана кабельная линия электропередачи (прототип), отходящая от трансформатора 10/0,4 кВ мощностью 1000 кВА и расположенная под потолком встроенной ТП в асбоцементных трубах с внутренним диаметром 100 мм.

На фиг.18 показано распределение напряженности Н_max МП, создаваемого токами кабельной линии, показанной на фиг.17, на поверхности пола жилого помещения, находящегося на расстоянии 965 мм от места расположения кабельной линии (Y=0,965 м), кривая а2 - в симметричном с модулем фазного тока Iф=1800 А и кривая b2 - несимметричном режиме нагрузки:

,

На фиг.19 представлен пример предлагаемой кабельной линии электропередачи, в которой каждый из четырех кабельных пучков фаз А, В и нулевого провода имеют одинаковое сечение и равномерно расположены по периметрам своих окружностей. Фаза С разбита на две полуфазы C1 и С2, кабели каждой полуфазы равномерно размещены по периметрам своих окружностей с одинаковыми радиусами. Центры всех окружностей, на которых размещены кабели фаз и нулевого провода кабельного пучка совпадают.

На фиг.20 показан пример предложенной кабельной линии электропередачи, кабельные пучки который по форме совпадает с формой кабельных пучков, представленных на фиг.19, но изменено положение кабелей в кабельном пучке: 0 на А, А на В, В на С и С на 0.

На фиг.21, 22 и 23 показаны примеры кабельных линий электропередачи, которые содержат соответственно кабельные пучки с 4-мя, 3-мя и 2-мя кабелями фаз соответственно и одним кабелем нулевого провода: А, В, С и 0 - оси кабелей фаз и нулевого провода, равномерно распределенные по периметрам своих окружностей, центры которых совпадают. На фиг.21 - радиусы окружностей фаз В и С равны между собой, на фиг.22 - равны радиусы окружностей фаз А и В, а фаза С содержит шесть кабелей с общей площадью сечения, вдвое меньшей общей площади сечения кабелей фазы А или В. На фиг.23 - радиусы окружностей всех трех фаз одинаковы. На фиг.21, 22 и 23 кабели нулевого провода находятся на периметре окружности, радиус которой равен нулю, и расположены в центрах кабельных пучков.

На фиг.24 приведен пример кабельной линии электропередачи, которая содержит кабели фаз А, В, С и нулевого провода одинакового сечения, причем нулевой провод образует элемент кабельной линии, состоящий из двух кабелей диаметрально противоположно размещенных на периметре своей окружности. Фазы А, В и С состоят из двух полуфаз A1, A2, B1, B2 и C1, C2, каждая полуфаза содержит по два кабеля, диаметрально противоположно размещенных на периметрах своих окружностей. Центры всех окружностей кабельного пучка совпадают. Кабельный пучок кабельной линии электропередачи симметричен относительно осей ОХ и OY, но его полные габариты по этим осям различны.

На фиг.25 приведен пример кабельной линии электропередачи, содержащей один кабель нулевого провода, имеющий в поперечном сечении окружность, и по два диаметрально расположенных кабеля каждой фазы с поперечным сечением в форме усеченного кругового сектора каждый.

На фиг.26 показана векторная диаграмма составляющих напряженности МП, создаваемых в точке Д токами кабельной линии известной традиционной конструкции.

На фиг.27 показана векторная диаграмма составляющих напряженности МП, создаваемых в точке Д токами одного пучка кабельной линии прототипа.

На фиг.28 показана схема определения координат центра кабеля, являющегося виртуальным аналогом по созданию результирующей напряженности МП в точке Д двух кабелей, расположенных диаметрально противоположно на периметре окружности радиусом R.

На фиг.29 показаны кривые изменения координат по оси ОХ виртуальных аналогов кабелей фаз А, В и С кабельной линии, показанной на фиг.21, при изменении угла α поворота кабельного пучка вокруг своего центра от 0 до π/2.

На фиг.30 показаны кривые изменения координат по оси OY виртуальных аналогов кабелей фаз А, В и С кабельной линии, показанной на фиг.21, при изменении угла α поворота кабельного пучка вокруг своего центра от 0 до π/2.

На фиг.31 показаны кривые изменения составляющих по оси ОХ напряженности Н_X МП, создаваемого токами фаз А, В и С кабельной линии, показанной на фиг.21, при изменении угла α поворота кабельного пучка вокруг своего центра от 0 до π.

На фиг.32 показаны кривые изменения составляющих по оси OY напряженности Н_Y МП, создаваемого токами фаз А, В и С кабельной линии, показанной на фиг.21, при изменении угла α поворота кабельного пучка вокруг своего центра от 0 до π.

На фиг.33 показана кривая изменения результирующей напряженности Н_max МП, создаваемого токами кабельной линии, показанной на фиг.21, при изменении угла α поворота кабельного пучка вокруг своего центра от 0 до π.

На фиг.34 показаны кривые изменения координат по оси ОХ виртуальных аналогов кабелей фаз А, В и С кабельной линии, показанной на фиг.22, при изменении угла α поворота кабельного пучка вокруг своего центра от 0 до π.

На фиг.35 показаны кривые изменения координат по оси OY виртуальных аналогов кабелей фаз А, В и С кабельной линии, показанной на фиг.22, при изменении угла α поворота кабельного пучка вокруг своего центра от 0 до π.

На фиг.36 показана кривая изменения результирующей напряженности Н_max МП, создаваемого токами кабельной линии, показанной на фиг.22, при изменении угла α поворота кабельного пучка вокруг своего центра от 0 до π.

На фиг.37 показаны кривые изменения координат по оси ОХ виртуальных аналогов кабелей фаз А, В и С кабельной линии, показанной на фиг.23, при изменении угла α поворота кабельного пучка вокруг своего центра от 0 до π.

На фиг.38 показаны кривые изменения координат по оси OY виртуальных аналогов кабелей фаз А, В и С кабельной линии, показанной на фиг.23, при изменении угла α поворота кабельного пучка вокруг своего центра от 0 до π.

На фиг.39 показана кривая изменения результирующей напряженности Н_max МП, создаваемого токами кабельной линии, показанной на фиг.23, при изменении угла α поворота кабельного пучка вокруг своего центра от 0 до 2π.

На фиг.40 показано распределение напряженности Н_max МП, создаваемого на поверхности пола помещения над ТП токами (Iф=1800 А), кабельной линии, показанной на фиг.19: кривая а3 - симметричный и кривая b3 - несимметричный режим нагрузки; кабельной линии, показанной на фиг.20: кривая с3 - симметричный и кривая d3 - несимметричный режим нагрузки.

На фиг.41 показано распределение напряженности Н_max МП, создаваемого на поверхности пола помещения над ТП токами (Iф=1800 А) кабельной линии, показанной на фиг.21: кривая а4 - симметричный и кривая b4 - несимметричный режим нагрузки.

На фиг.42 показано распределение напряженности Н_max МП, создаваемого на поверхности пола помещения над ТП токами (Iф=1800 А) кабельной линии, показанной на фиг.22: кривая а5 - симметричный и кривая b5 - несимметричный режим нагрузки.

На фиг.43 показано распределение напряженности Н_max МП, создаваемого на поверхности пола помещения над ТП токами (Iф=1800 А) кабельной линии, показанной на фиг.23: кривая а6 - симметричный и кривая b6 - несимметричный режим нагрузки.

На фиг.44 показано распределение напряженности Н_max МП, создаваемого токами (Iф=1800 А) кабельной линии, показанной на фиг.24, на расстоянии 965 мм от центра кабельного пучка (поверхности пола помещения над ТП): по оси OY кривая а7 - симметричный и кривая b7 - несимметричный режим нагрузки и по оси ОХ кривая с7 - симметричный и кривая d7 - несимметричный режим нагрузки.

На фиг.45 показаны кривые распределения напряженности Н_max МП, создаваемого токами (Iф=1000 А) кабельной линии, показанной на фиг.19 - кривая а8 и показанной на фиг.20 - кривая b8, в зависимости от расстояния от центра кабельного пучка по осям ОХ и OY.

На фиг.46 показана кабельная линия электропередачи, содержащая два кабельных пучка, со схемой компоновки, показанной на фиг.19.

На фиг.47 показана кабельная линия электропередачи, содержащая два кабельных пучка, со схемой компоновки, показанной на фиг.20.

На фиг.48 показана кабельная линия электропередачи, содержащая два кабельных пучка, со схемой компоновки, показанной на фиг.21.

На фиг.49 показана кабельная линия электропередачи, содержащая два кабельных пучка, со схемой компоновки, показанной на фиг.22.

На фиг.50 показана кабельная линия электропередачи, содержащая два кабельных пучка, со схемой компоновки, показанной на фиг.23.

На фиг.51 показана кабельная линия электропередачи, содержащая два кабельных пучка, со схемой компоновки, показанной на фиг.23, с поворотом правого кабельного пучка на 60° по часовой стрелке.

На фиг.52 показана кабельная линия электропередачи, содержащая два кабельных пучка, со схемой компоновки, показанной на фиг.24, имеющие общую ось ОХ.

На фиг.53 показана кабельная линия электропередачи, содержащая два кабельных пучка, со схемой компоновки, показанной на фиг.24, имеющие общую ось OY.

На фиг.54 показана кабельная линия электропередачи, содержащая три кабельных пучка, со схемой компоновки, показанной на фиг.23.

На фиг.55 показана кабельная линия электропередачи, содержащая три кабельных пучка, со схемой компоновки, показанной на фиг.23, с поворотом центрального кабельного пучка на 60° по часовой стрелке, а правого кабельного пучка - на 60° против часовой стрелки.

На фиг.56 показана кабельная линия электропередачи, содержащая три кабельных пучка, со схемой компоновки, показанной на фиг.23, с поворотом правого кабельного пучка на 60° по часовой стрелке, а левого кабельного пучка - на 60° против часовой стрелки.

На фиг.57 показана кабельная линия электропередачи, содержащая три кабельных пучка, со схемой компоновки, показанной на фиг.23, с поворотом центрального кабельного пучка на 60° против часовой стрелки, а левого кабельного пучка - на 60° по часовой стрелке.

На фиг.58 показано распределение напряженности Н_max МП на минимальных расстояниях от поверхности расположения центров кабельных пучков кабельной линии электропередачи, показанной на фиг.46: кривые а9 и b9 - оптимальное положение кабельных пучков, кривые с9 и d9 - правый кабельный пучок повернут по часовой стрелке на 45°.

На фиг.59 показано распределение напряженности Н_max МП на минимальных расстояниях от поверхности расположения центров кабельных пучков кабельной линии электропередачи, показанной на фиг.47: кривые а10 и b10 - оптимальное положение кабельных пучков, кривые с10 и d10 - правый кабельный пучок повернут по часовой стрелке на 45°.

На фиг.60 показано распределение напряженности Н_max МП на минимальных расстояниях от поверхности расположения центров кабельных пучков кабельной линии электропередачи, показанной на фиг.48: кривые a11 и b11 - оптимальное положение кабельных пучков, кривые с11 и d11 - правый кабельный пучок повернут по часовой стрелке на 45°.

На фиг.61 показано распределение напряженности Н_max МП на минимальных расстояниях от поверхности расположения центров кабельных пучков кабельной линии электропередачи, показанной на фиг.49: кривые а12 и b12 - оптимальное положение кабельных пучков, кривые с12 и d12 - правый кабельный пучок повернут по часовой стрелке на 60°.

На фиг.62 показано распределение напряженности Н_max МП на минимальном расстоянии по условию Н_max≤4 А/м (23,2 см) от поверхности расположения центров кабельных пучков кабельной линии электропередачи, показанной на фиг.50 для углов 0°, 30°, 60°, 90° и 120° поворота по часовой стрелке правого кабельного пучка.

На фиг.63 показано распределение напряженности Н_max МП на минимальных расстояниях от поверхности расположения центров кабельных пучков кабельной линии электропередачи, показанной на фиг.51: кривые а13 и b13 - оптимальное положение кабельных пучков, когда правый кабельный пучок повернут по часовой стрелке на угол, равный 60°, и кривые с13 и d13 - при угле поворота правого кабельного пучка, равном 0°.

На фиг.64 показано распределение напряженности Н_max МП на минимальных расстояниях от поверхности расположения центров кабельных пучков кабельных линий, показанных на фиг.55, 56 и 57, когда кабельные пучки повернут относительно друг друга на углы ±60°: кривые а14 и b14 - оптимальное положение кабельных пучков, а также распределение напряженности Н_max МП, создаваемого кабельной линией, показанной на фиг.54 (взаимные углы поворота кабельных пучков друг относительно друга равны 0°): кривые с14 и d14.

На фиг.65 показано распределение напряженности Н_max МП на минимальных расстояниях от поверхности расположения центров кабельных пучков кабельной линии, показанной на фиг.52 - кривые а15 и b15, а также на фиг.53 - кривые с 15 и d15.

Предлагаемая кабельная линия электропередачи функционирует следующим образом.

В основе предлагаемой кабельной линии электропередачи лежит свойство компенсации магнитных полей, создаваемых трехфазными токами, протекающими в параллельных проводниках.

В качестве примера реализации этого свойства компенсации магнитных полей, создаваемых токами кабелей, входящих в кабельный пучок, рассмотрим кабельную линию традиционной конструкции, показанную на фиг.26. Кабельная линия состоит из четырех горизонтально расположенных кабелей (по одному кабелю каждого вида: 0, А, В и С) с наружным диаметром 5 см. Расстояние между центрами кабелей 12 см. Нагрузка кабельной линии симметрична с величиной модуля фазного тока Iф=1000 А (I₀=0). В таблице 1 для точки Д с координатами Х=0 м, Y=0,5 м показаны координаты осей (КО) кабелей, действующие значения составляющих напряженности МП по осям ОХ , OY и полной напряженности Н_i, создаваемой токами i-й фазы, а также суммарные значения составляющих напряженности по осям OX OY и действующее значение результирующей напряженности МП по большей оси эллипса (нормируемый параметр [9, 10]) H_max. Положение векторов , , и показано на фиг.26.

Значение Н_max определяется по выражению [11,12]:

где и - соответственно модуль (действующее значение) и начальный фазный угол i-й суммарной составляющей напряженности МП.

С целью снижения напряженности МП, создаваемого токами кабельной линии, в кабельной линии прототипа предложено максимально возможное сближение кабелей линии с размещением их осей в углах квадрата (см. фиг.27). В таблице 2 приведены те же, что и для кабельной линии, рассмотренной в предыдущем случае, значения напряженности МП, создаваемого в той же точке Д с координатами Х=0 м, Y=0,5 м токами кабельной линии, состоящей из 4-х кабелей диаметром 5 см, центры которых размещены в углах квадрата со стороной 10 см, и работающей при симметричной нагрузке I_ф=1000 А (I₀=0). Положение векторов , , и показано на фиг.27.

Таблица 1Значения напряженностей , , , , и Нmax МП, создаваемого токами горизонтально расположенной кабельной линии
Фаза	KO, х/у						Нmax
-	см	А/м
А	0/-12	300,7	72,8	309,4	17,6e-j120	126,1еj150	126,1
В	0/0	318,3e-j120	0	318,3е-j120
С	0/12	300,7ej120	72,8еj120	309,4еj120
0	0/-24	0	0	0

Таблица 2Значения напряженностей , , , , и Нmax МП, создаваемоготоками кабельной линии прототипа
Фаза	KO, х/у						Нmax
-	см	А/м
А	-2,5/-2,5	302,2	14,3	302,5	32,2ej120	30,3-j115	39,3
В	2,5/-2,5	302,2е-j120	14,3e-j120	302,5е-j120
С	-2,5/2,5	334,2ej120	17,5ej120	334,7ej120
0	2,5/2,5	0	0	0

Максимальное сближение осей кабелей в кабельном пучке позволило уменьшить значение Н_max в рассматриваемой точке в 3,2 раза, что объясняется уменьшением углов расхождения в пространстве векторов , и , а значит, уменьшением модуля результирующей составляющей более чем в 4 раза по сравнению с традиционной кабельной линией.

Наилучшим вариантом компенсации напряженности МП, создаваемого токами кабелей, входящих в кабельный пучок, является вариант полного совмещения осей кабелей. Тогда напряженности МП, создаваемого током каждого кабеля в любой точке окружающего кабель пространства, будут совпадать по направлению, а результирующее значение напряженности Н=Н_max определится выражением:

а поскольку r_A=r_B=r_C=r₀=r, то последнее выражение примет вид:

поскольку сумма всех токов кабельной линии согласно первому закону Кирхгофа равна нулю. Однако реально осуществить такую схему компоновки кабельного пучка мешают физические размеры (диаметр) кабеля.

Предлагаемая кабельная линия благодаря своей схеме компоновки кабельного пучка позволяет сблизить оси виртуальных аналогов кабелей, входящих в кабельный пучок, до расстояний меньших физического размера (диаметра) кабеля.

Разместим на периметре окружности радиусом R, центр которой совпадает с центром системы координат XOY, два диаметрально противоположных бесконечных кабеля с током , например, фазы А (см.фиг.28). Диаметр, соединяющий кабели, наклонен к оси ОХ под углом α. В точке Д, расположенной на расстоянии h от центра окружности по оси OY, токами кабелей создается МП, составляющие напряженности которого по осям ОХ и OY для каждого кабеля определяются выражениями:

где и - единичные векторы по осям ОХ и OY.

Поскольку все составляющие напряженности МП имеют одинаковые фазные углы, т.к. создаются одним фазным током, то положение результирующего вектора в пространстве определяется по выражению:

а его модуль по формуле:

где и - комплексы составляющих результирующего вектора по осям координат.

Угол β наклона вектора к оси ОХ находится по выражению:

Из точки Д проведем перпендикуляр к вектору в направлении координат XOY (см.фиг.28). Тогда на расстоянии

от точки Д на полученном перпендикуляре можно поместить ось кабеля А, который является виртуальным аналогом кабелей А1 и А2, создающим своим током, равном 2I, в рассмотренной точке Д МП, вектор напряженности которого в точности равен вектору .

Координаты оси кабеля А определяются по выражениям:

x_A=rsinβ, y_A=h-rcosβ.

Для любой k-й фазы или нулевого провода, содержащей N_k кабелей, центры которых равномерно расположены по периметру окружности радиусом R_k, выражения (3) для составляющих напряженности МП по осям ОХ и OY имеют вид:

где α_k - угол наклона первого провода k-й фазы или нулевого провода к оси ОХ.

Также изменятся выражения (4) и (5), которые для общего случая с N_k и R_k для k-й фазы или нулевого провода примут вид:

Аналогично кабельным линиям, показанным на фиг.26 и 27, можно определить значение напряженности МП, создаваемого токами кабельной линии, состоящей из одного кабельного пучка, схема компоновки которого показана на фиг.21, в точке Д, расположенной на расстоянии h=0,5 м от его центра. Кабельный пучок содержит один кабель нулевого провода (N₀=1) диаметром Д₀=5 см, расположенный в центре пучка, и по четыре кабеля фаз А, В и С (N_A=N_B=N_C=4) диаметром Д_A=Д_B=Д_C=3 см каждый. R_A=0,04 м, R_B=R_C=0,07 м, α_A=α_C=0°, α_B=45°, Iф=1000 А (модуль тока в одном кабеле каждой фазы I_каб=250 А), симметричный режим нагрузки (I₀=0 А). В таблице 3 для рассматриваемой схемы компоновки кабельного пучка кабельной линии даны результаты расчета при α=0° координат осей виртуальных аналогов кабелей (КОВК), составляющих напряженности МП и , результирующих составляющих и , и результирующей напряженности Н_max, полученной по выражению (2). В таблице 3 в столбце Н_max в скобках приведен результат расчета напряженности Н_max, создаваемой в расчетной точке токами (модуль тока каждого кабеля 1000 А), протекающими по осям виртуальных аналогов кабелей.

Таблица 3.Значения КОВК, , , , и Нmax при α=0° для кабельного пучкасо схемой компоновки фиг.21
Фаза	КОВК, x/у						Нmax
-	мм	А/м
А	0/0,020	318,32	0	318,32	0,21219е j120	0	0,21219 (0,21219)
В	0/0,192	318,19е-j120	0	318,19е-j120
С	0/-0,192	318,43еj120	0	318,43ej120
0	0/0	0	0	0

Сближение осей виртуальных аналогов кабелей до десятых долей миллиметра позволяет снизить напряженность МП на расстоянии 0,5 м от центра кабельного пучка в 595 раз в сравнении с традиционной схемой компоновки кабельной линии (см. фиг.26 и табл.1) и в 185 раз в сравнении со схемой компоновки кабельного пучка кабельной линии прототипа (см. фиг.27 и табл.2).

При повороте кабельного пучка схемы компоновки фиг.21 вокруг своей оси координаты осей виртуальных аналогов кабелей и напряженность Н_max в точке Д изменяются. На фиг.29 и 30 показаны кривые изменения координат осей виртуальных аналогов кабелей при изменении угла α поворота кабельного пучка вокруг своего центра от 0 до π/2. Как видно из фиг.29, 30, расстояние между осями виртуальных аналогов кабелей А, В, С и 0 (для кабеля нулевого провода x₀=у₀=0 мм) не превышают десятых долей мм (между осями виртуальных аналогов кабелей В и С максимум 2×1,9×10^-4 м). Модули составляющих (см.фиг.31) H_xi колеблются в районе 318,3±0,122 А/м, а составляющих H_yi (см.фиг.32) изменяются в пределах от -0,122 до +0,122 А/м. Поскольку расстояния между осями виртуальных аналогов кабелей очень малы, то это приводит к резкому снижению величин составляющих H_yi и высокой степени компенсации составляющих H_xi, в результате чего значение результирующей напряженность Н_max изменяется в очень узких границах: от 0,2121904 А/м до 0,2121965 А/м (см. фиг.33).

С уменьшением числа кабелей i-й фазы (нулевого провода), входящих в кабельный пучок, расстояния между осями виртуальных аналогов кабелей увеличивается, что при прочих равных условиях приводит к увеличению значения результирующей напряженности Н_max МП, создаваемого токами кабельного пучка.

На фиг.22 показан пример кабельной линии электропередачи, кабельный пучок которой содержит по три кабеля фаз, допустим А и В (N_A=N_B=3, Д_A=Д_B=3 см, R_A=R_B=4 см, α_A=-30°, α_B=30°), шесть кабелей фазы С (N_C=6, Д_C=1,5 см, R_C=4,5 см, α_C=0°) и один кабель нулевого провода (N₀=1, Д₀=5 см, R₀=0 см, α₀=0°). При определении напряженности МП в точке Д, отстоящей от центра кабельного пучка на 0,5 м, расстояния между осями виртуальных аналогов кабелей незначительно увеличиваются, оставаясь в пределах десятых долей мм (между осями виртуальных аналогов кабелей А и В максимум 2×2,5×10^-4 м, см. фиг.34 и 35). Значение результирующей напряженности Н_max в точке Д при Iф=1000 А, I_кабА=I_кабВ=333, (3) А, I_кабС=166,(6) А и I₀=0 А также незначительно увеличено и при изменении угла α от 0 до π находится в границах: от 0,28227797 А/м до 0,28227824 А/м (см. фиг.36).

Если кабельный пучок кабельной линии электропередачи состоит из двух, как показано на фиг.23, кабелей фаз (N_A=N_B=N_C=2, Д_A=Д_B=Д_C=Д₀=5 см, R_A=R_B=R_C=5 см, α_A=90°, α_B=-30°, α_C=30°), то при определении напряженности МП в той же точке Д оси виртуальных аналогов кабелей А, В и С находятся на расстоянии 5 мм (см. фиг.37 и 38) от центра кабельного пучка, а расстояние между осями этих кабелей составляет 9,66 мм. Такое увеличение расстояния между осями виртуальных аналогов кабелей приводит к значительному возрастанию напряженности МП в точке Д. При Iф=1000 А, I_кабА=I_кабА=I_кабС=500 А и I₀=0 А Н_max достигает значений 4,8 А/м, а при изменении угла α от 0 до 2π изменяется от 4,82225 А/м до 4,822340 А/м (см. фиг.39).

Заменим поочередно кабельную линию со схемой компоновки, показанной на фиг.17, отходящую от трансформатора 10/0,4 кВ мощностью 1000 кВА, Iф=1800 А и расположенную под потолком встроенной ТП, на кабельные линии, состоящие из одного кабельного пучка каждая, со схемами компоновки, приведенными на фиг.19-24.

Кабельная линия, имеющая один кабельный пучок, пр