Kapasitivt indusert ladning i høyspentmast fra nærliggende kraftledning

Abstract

Oppgaven beregner kapasitivt indusert ladning i en høyspentmast i stål, plassert i nærheten av en spenningssatt 420 kV kraftledning. Beregningene ble gjort for varierende avstand til kraftledning og for varierende mastestørrelse. Videre ble beregninger gjort for varierende kapasitiv kobling mellom mast og jord.

Store deler av oppgaven går ut på å lage en pålitelig 3D-modell av problemet i COMSOL. Modellen kan forenkles da den bare skal ivareta de kapasitive koblingene. Forenklingene gjøres på bakgrunn av et teoretisk forarbeide, og numerisk testing av modellen. Forenklingene består i at kraftledningen kun modelleres som tre faseledere og at fagverket i høyspentmasten forenkles til stålplater med samme romlige utstrekning. En enkel jordmodell velges, der endring i kapasitiv kobling mellom høyspentmast og jord bestemmes av tykkelsen på et luftlag dem imellom.

Beregninger av kapasitivt indusert ladning i høyspentmasten beregnes i form av spenning før og etter den berøres av et menneske. I tillegg beregnes forventet strøm og utladningsenergi ved berøring. Resultatene viser at høyest spenning, strøm og utladningsenergi inntreffer for minste avstand til kraftledning og for største mastegeometri. Dette fordi de kapasitive koblingene mellom kraftledning og høyspentmast her er på sitt sterkeste. I tillegg gir den korte avstanden større forskjell mellom kapasitiv kobling til hver individuelle faseleder, hvilket resulterer i at den induserte spenningen øker. Det viser seg videre at svakere kobling mellom høyspentmast og jord gir høyere indusert spenning.

Når et menneske berører masten, viser resultatene at styrken på strømmen kun avhenger av kapasitive koblinger til kraftledning og menneskets impedans til jord. Dette fordi impedansen til mastens kapasitive kobling til jord er langt høyere enn kroppens impedans, og derfor ikke påvirker strømforløpet. Største beregnede strøm ble 8.5mA, hvilket er under grensen for hva som regnes som farlig.

Utladningsenergi ved berøring blir også beregnet. Beregningene viser at utladningsenergien, aldri blir større enn 0.2 Joule, hvilket er langt under farlig styrke. Det viser seg at utladningsenergien er proporsjonalt avhengig av den indusert spenningen i masta, til tross for at den induserte spenningen er størst for svakere kapasitiv kobling mellom mast og jord.