Study on Electromagnetic Environment of Multi-circuit Transmission Lines on Same Tower

8/16/2019 Study on Electromagnetic Environment of Multi-circuit Transmission Lines on Same Tower

1/5

S t u d y on E l e c t r o m a g n e t i c E n v i r o n m e n t of

M u l t i - c i r c u i t

Transmission Lines

on Same

Tower

G u i h o n g

F e n g ,

Y a n x i n W a n g , a n d

B i n g y i

Z h a n g

A b s tr a ct - - T he t e ch n ol o g y

o f

e xt r a- h ig h v ol ta g e m u l t i - c i r c u i t

t r a n s m i s s i o n l i n e s on same t o w e r i s

one

n ov el t r a n s m it ti n g

t e c h n o l o g y ,

w h i c h

ca n

o b v i o u s l y

d e c r e a s e

t h e r o u t e

way

r e s o u r c e ,

a n d

t h e t r a n s mi s s i o n c ap a ci ty per

area

i s i n c r e a s e d

p r o m i n e n t l y .

B u t

i t s

e l e c t r o m a g n e t i c

e n vi r o n m e n t p r o b l e m

i s

on e

o f t h e

k e y s

w h i c h

a f f e c t

t h e f e a s i b i l i t y

o f

E H i V

t r a n s m i s s i o n l i n e s ,

so

i t s i m p o r t a n t t o

s t u d y

t h e


e n v i r o n m e n t . T h i s

p a p er c a l c u l a t e s t h e e l e c t r i c f i e l d i n t e n s i t y a n d

m a g n e t i c

f i e l d

i n t e n s i t y g e n e r a t e d b y t r a n s m i s s i o n l i n e s i n d i f f e r e n t p h a s e l i n e

sequences

o f

d i f f e r e n t

t o w e r m o d e s .

We

ca n

a c c u r a t e l y

o b t a i n

t h e

e l e c t r i c f i e l d

a n d

m a g n e t i c f i e l d

d i s t r i b u t i o n

u n d e r EHV

t r a n s m i s s i o n l i n e s

u s i n g

f i n i t e e l e m e n t

a n a l y s i s .

From

t h e s e

s i m u l a t i n g r e s u l t s ,

we

ca n g e t

t h e

most r e a s o n a b l e

p o s i t i o n

o f

t r a n s m i s s i o n l i n e s on

t o w e r

a n d t h e b es t

p h a s e l i n e

sequence

w h i c h h a s t h e l e a s t e l e c t r o m a g n e t i c

f i e l d

i n t e n s i t y

i n

5 0 0 k V / 2 2 0 k V

m i x e d

v o l t a g e

f o u r - c i r c u i t t r a n s m i s s i o n

l i n e s

on

same

t o w e r .

T h i s

ca n p r o v i d e

t h e o r e t i c

r e f e r e n c e f o r

c o n s t r u c t i o n o f t r a ns m i s s i o n l i n e s .

I n d e x

T e r m s - - 5 0 0 k V / 2 2 0 k V m i x e d v o l t a g e ,

e l e c t r i c

f i e l d

i n t e n s i t y ,

e l e ct r o ma g n et i c e n v i r o n m e n t ,

e x t r a - h i g h

v o l t a g e ,

f i n i t e

e l e m e n t , f o u r - c i r c u i t ,


i n t e n s i t y ,

p h a s e

l i n e

sequence,

t o w e r

m o d e s ,


I . INTRODUCTION

5,rITH

t h e

r a p i d d e v e l o p m e n t

o f C h i n es e

economy

t h e r e

i s

more

a n d more demand on

e l e c t r i c i t y


g r i d ,

h o w e v e r , g r o u n d i s

s c a n t y

w h i c h r e s t r i c t s t h e

c o n s t r u c t i o n o f

o v e r h e a d

t r a n s m i s s i o n l i n e .

C o m p a r i n g

t o

a

s i n g l e - c i r c u i t ,

MCTL on same t o w e r i s on e n o v e l

t r a n s m i t t i n g

t e c h n o l o g y ,

w h i c h can

o b v i o u s l y

d e c r e a s e t h e r o u t e

way

resource,

a n d

t h e

t r a n s m i s s i o n

c a p a c i t y

p er area

i s

i n c r e a s e d

p r o m i n e n t l y . A t

t h e

same t i m e , i t h a s r e m a r k a b l y e c o n o m i c a l

b e n e f i t

a n d

s o c i a l b e n e f i t

b e c a u s e o f

i t s

d e c r e a s e o f

g e n e r a l

c o s t

a n d t r a n s m i s s i o n

l i n e

c i r c u i t s a n d

c o r r i d o r s . T w o - c i r c u i t

or f o u r - c i r c u i t


on

same

t o w e r

w i l l b e

t h e

d e v e l o p i n g

t r e n d

o f e l e c t r i c

power g r i d

c o n s t r u c t i o n

i n

t h e

G u i h on g F e n g

i s w i t h

t h e

D e p a r t m e n t

o f

E l e c t r i c a l

E n g i n e e r i n g , S h e n y a n g

U n i v e r s i t y

o f

T e c h n o lo g y , S h e n ya n g ,

C h i n a

( e - m a i l :

f e n g g h g s u t . e d u . c n ) .

Y a n x i n

Wang

is

w i t h t h e

D e p a r t m e n t

o f E l e c t r i c a l


U n i v e r s i t y

o f


C h i n a

( e - m a i l :

j i y u l 9 8 3 0 4 g s i n a . c o m ) .

B i n g y i

Z h a n g

i s w i t h

t h e

D e p a r t m e n t

o f E l e c t r i c a l


U n i v e r s i t y

o f


C h i n a

( e - m a i l :

z h a n g b y g s u t . e d u . c n ) .

9 7 8 - 1 - 4 2 4 4 - 1 7 6 2 - 9 / 0 8 / 2 5 . 0 0

C 2 0 0 8

IEEE

f u t u r e . A t p r e s e n t , t h e v o l t a g e g r a d e 2 2 0 k V o r l e s s MCTL

h a s

b e e n w i d e l y

a d o p t e d .

5 0 0 k V MCTL o n s a m e t o w e r h as a l s o

b e e n w i de l y a do p t ed

a n d b e c o m e

t h e k e y g r i d

i n

EH V


l i n e s .

I n

n o r m a l

c o n d i t i o n , t h e v o l t a g e g r a d e

5 0 0 k V

i s

e x t r a - h i g h

v o l t a g e

g r a d e

a n d

b e c o m e s

a

c o n s u m i n g

i n t e r f e r e n c e s o u r c e ;

w h e n

t h e

e l e c t r i c

g r i d o p e r a t e s

u n m o r a l l y o r w i l l s u f f e r t h e t h u n d e r

s t r o k e ,

t h e


l i n e s

b e c o m e

a w i d e r

f r e q u e n c y

s p e c t r u m i n t e r f e r e t o t h e e l e c t r o m a g n e t i c e n v i r o n m e n t a n d

w i l l

h a v e t h e e n o r m o u s i n f l u e n c e

t o

t h e e n v i r o n m e n t .

E n h a n c i n g t h e t o w e r

h e i g h t c a n d e c r e a s e

t h e

b o t h

f a c t o r s ,

b u t

t h i s

c a n d e c r e as e

t h e l i g h t n i n g

w i t h s t a n d l e v e l o f t o w e r

a c c o r d i n g l y [ 1 ] .

T h e r e f o r e ,

c o n s t r u c t i n g 5 0 0 k V d o u b l e - c i r c u i t

w i t h 2 2 0 k V

d o u b l e - c i r c u i t


l i n e s w i l l

b e

t h e

i m p o r t a n t

m e a n s w hi c h

c a n

a s s u r e t h e


l i n e

s a f e

a n d

r e l i a b l e i n

f u t u r e .

N o w a d a y s ,

f o r a


o n s a m e

t o w e r ,

c o n v e r s e -

p h a s e

l i n e

a r r a n g e m e n t

i s

a n

e f f e c t i v e

m e t h o d

t o

d e c r e a s e

t h e


f i e l d

i n t e n s i t y

a n d r a d i o

i n t e r f e r e n c e ,

b u t

i f

t h e c i r c u i t s a r e m o r e t h a n t w o ,

o w i n g t o

d i f f e r e n t t o w e r m o d e

a n d

p h a s e

l i n e

s e q u e n c e ,

t h e r e m u s t b e m o r e r e s e a r c h

i n

a d v a n c e t o

d i s c o v e r

w h i c h t o w e r m o d e a n d

p h a s e

l i n e

s e q u e n c e

h a s t h e l e a s t


f i e l d ,

a n d t h e c i r c u i t

d e s i g n

w i l l f o l l o w t h e s e

r e s e a r c h

a c c o r d i n g l y .

A t t h e

p r e s e n t

t i m e , r e c o n s t r u c t i n g l l O k V


i n t o 2 2 0 k V / I

1 O k V

m i x e d v o l t a g e


l i n e s

h a s a l r e a d y

come t r u e

i n C h i n a . T h i s

m e t h o d n o t

o n l y

i n c r e a s e


t r a n s m i t t i n g

c a p a c i t y , e l e c t r o m a g n e t i c

e n vi r o n me n t e a ch s t a n d a r d a l s o d o e s

n o t

e x c e e d

t h e a l l o w e d

f i g u r e .

I n

f u t u r e ,

2 2 0 k V t w o - c i r c u i t


w i l l

b e

r e c o n s t r u c t e d

i n t o 5 0 0 k V / 2 2 O k V

m i x e d

v o l t a g e

f o u r - c i r c u i t


l i n e s

o n s a m e t o w e r . T h i s

m e t h o d

w i l l b e a

r e a s o n a b l e

m e t h o d

i n

p o w e r g r i d

c o n s t r u c t i o n

f o r

i n c r e a s i n g


c a p a c i t y p e r

a r e a a n d a l s o

d e c r e a s i n g

t h e

e l e c t r o m a g n e t i c e n v i r o n m e n t

i n f l u e n c e [ 2 - 3 ] .

T h i s

p a p e r e l a b o r a t e l y d i s c u s s e s t h e

p r e v i o u s p r o b l e m s

f o r

5 0 0 k V / 2 2 O k V m i x e d

v o l t a g e


l i n e s

w i t h t w o

w i d e l y

a p p l i e d

t o w e r

m o d e s ,

v e r t i c a l t o w e r

a n d

p a r a l l e l t o w e r ,

a n d

f o u r

d i f f e r e n t

p h a s e

l i n e

s e q u e n c e s

f o r

e a c h

t o w e r m o d e .

I n

t h e c o u r s e

o f

a n a l y s i s ,

i n s t e a d

o f

e q u i v a l e n c e c h a r g e m e t h o d ,

t h e


m e t h o d

i s

a d o p t e d

i n

t h i s

p a p e r

t o

a n a l y z e

t h e e l e c t r i c

f i e l d a n d

m a g n e t i c

f i e l d

o f

5 0 0 k V / 2 2 O k V

m i x e d

v o l t a g e



l i n e s o n s a m e

t o w e r ,

t h e r e f o r e t h e

c a l c u l a t i o n

p r e c i s i o n

i s


2/5

i m p r o v e d .

I I .

E S T A B L I S H I N G S I M U L A T I O N MODEL

A .

Tw o

D i m e n s i o n a l

F i n i t e

E l e m e n t M e t h o d

T h e

a i m

o f

f i n i t e

e l e m e n t

m e t h o d

o n


f i e l d

i s t o s o l v e t h e e l e c t r o m a g n e t i c

f i e l d


i n

a n

e l e c t r i c a l e q u i p m e n t .

T h e

a l g o r i t h m

d i v i d e s t h e e n c l o s u r e

f i e l d

w h i c h

p r e s e n t e d

b y

c o n t i n u o u s

p a r t i a l

d i f f e r e n t i a l

e q u a t i o n

i n t o

f i n i t e m i n u t e

s e c t i o n s ,

e v e r y s e c t i o n i s r e p l a c e d

b y

a

s e l e c t e d

a p p r o x i m a t e f u n c t i o n ,

t h e r e f o r e t h e f u n c t i o n o f t h e

f i e l d

t u r n s

i n t o a s e t o f

a p p r o x i m a t e e q u a t i o n

a c c o r d i n g l y .

U n i t i n g

t h e

e q u a t i o n s

a n d

s o l v i n g ,

we

w i l l

o b t a i n

t h e

a p p r o x i m a t e s o l u t i o n

o f

t h e

f i e l d .

From

t h e

f o u n d a t i o n a l

e q u a t i o n

o f


f i e l d ,

we c a n

d e d u c e t h e


f i e l d

p a r t i a l


e q u a t i o n

f o r

f i n i t e

e l e m e n t

a l g o r i t h m .

I t s

p o t e n t i a l

f u n c t i o n i s

f o l l o w i n g :

a 2 A

V2A-1w 2

= - 1 i J

a t

( 1 )

a t

2

( 2 )

W h e r e

e q u a t i o n ( 1 )

i s

p a r t i a l


e q u a t i o n

o f

m a g n e t i c

f i e l d ; e q u a t i o n ( 2 )

i s

p a r t i a l


e q u a t i o n

o f

e l e c t r i c f i e l d .

A

i s a

m a g n e t i c p o t e n t i a l

v e c t o r w h i c h

d e f i n e d

b y

B=

V

x

A;

w h i l e

i s a e l e c t r i c

p o t e n t i a l

s c a l a r w h i c h

d e f i n e d

b y

E

=-V

.

T h i s

t w o

e q u a t i o n

i s

s y m m e t r i c a l ,

w h i c h

m a k e

t h e m h a v e t h e

s a m e

n u m e r i c

s o l u t i o n . A

a n d

c

m e e t t h e L o r e n t z ' s c o n d i t i o n :

VoA=-,us

a t

( 3 )

P o t e n t i a l

e q u a t i o n

i s t h e

f o u n d a t i o n a l


e q u a t i o n ,

a f t e r

h a v i n g

t h e

A

a n d

c,

we

c a n

s o l v e

t h e e l e c t r i c

f i e l d a n d

m a g n e t i c

f i e l d

i n t e n s i t y

c o n s e q u e n t l y .

F o r

a

p r o b l e m

w i t h

o p e n

d o m a i n o r n o n - b o u n d e d

d o m a i n ,

a

r e s t r i c t i n g b o u n d a r y

w h i c h

i n c l u d e s

t h e i n t e r e s t e d d o m a i n i s

i n t r o d u c e d .

I f

t h e

dummy

s u r f a c e i s f a r

e n o u g h ,

t h e

p o t e n t i a l

o n

t h i s

s u r f a c e

w i l l

m e e t

t h e

f o l l o w i n g

p r o g r e s s i v e

f o r m :

A

l n

p

w h e n

P

° °

( 4 )

W h e r e

p

=

C X 2

+ y 2

( 5 )

A

i s

a f u n c t i o n

i n d e p e n d e n t

f r o m

p .

T h e

a p p r o x i m a t e

b o u n d a r y

c o n d i t i o n c a n b e

e s t a b l i s h e d

b y

t h e

f o l l o w i n g

e q u a t i o n :

a~

1

a p

plnp

( 6 )

T h i s c o n d i t i o n i s t h e t h i r d

h o m o g e n e o u s b o u n d a r y

c o n d i t i o n .

T h e r e f o r e ,

f o r

s u c h

k i n d

o f

b o u n d a r y ,

we

may

1

A

l n

c a l c u l a t e

t h e

PIn P

o f

e v e r y

p o i n t

o n t h e

b o u n d a r y ,

t h e n

s o l v e

i t

a c c o r d i n g

t o

t h e

t h i r d

b o u n d a r y

c o n d i t i o n [ 4 - 5 ] .

B .

E s t a b l i s h i n g 5 0 0 k V / 2 2 0 k V M i x e d V o l t a g e

F o u r - c i r c u i t

T r a n s m i s s i o n l i n e s

S i m u l a t i n g

M o d e l

T h e


a r o un d o ve r h ea d t r a n s m i s s i o n

l i n e i s

a c t u a l l y a n

a l t e r n a t i n g e l e c t r i c

f i e l d . T h e

e l e c t r i c f i e l d v a r i e s

w it h t im e

o w i n g t o v o l t a g e

o f

t h e


l i n e

v a r i e s w i t h

t i m e .

I n

t h e

c e r t a i n

s p a c e

a l o n g

t h e

l i n e a x i s ,

t h e t r a n s m i s s i o n

l i n e

i s

e q u i p o t e n t i a l . S o we

c a n c o n s i d e r t h e C o u l o m b

f i e l d i s

o n l y

p r o d u c e d b y

t h e

s u r f a c e

v a r y i n g ,

a n d

n e g l e c t

t h e

i n d u c t i o n

f i e l d p r o d u c e d b y t h e v a r y i n g m a g n e t i c

f i e l d .

T h e r e b y ,

t h e

e l e c t r i c

f i e l d d e p e n d s o n t h e c h a r g e

a t

t h a t

moment

a n d f u r t h e r d e p e n d s o n t h e v o l t a g e t o

g r o u n d

a t

t h e

s a m e m o m e n t .

A l t h o u g h

t h e e l e c t r i c f i e l d a r o u n d


l i n e

i s

s i n e a l t e r n a t i n g

f i e l d ,

y e t i t s a t t r i b u t e i s s a m e a s

e l e c t r o s t a t i c f i e l d

a t

a c e r t a i n m o m e n t .

A c c o r d i n g

t o t h i s

a n a l y s i s , we a d o p t e l e c t r o s t a t i c f i e l d m e t h o d t o c a l c u l a t e t h e

i n s t a n t a n e o u s

v a l u e o f


l i n e . F o r

a

l o n g

t r a n s m i s s i o n , o m i t

s o m e

m i n o r

f a c t o r s ,

i t

c a n b e

s i m p l i f i e d

i n t o

a

t w o

d i m e n s i o n a l

f i e l d .

A h i g h v o l t a g e t r a n s m i s s i o n

l i n e i s

a n

a p p r o x i m a t e c y l i n d e r

c o n d u c t o r

w h i c h

p a r a l l e l

t o

g r o u n d .

T h e

V o l t a g e s

t o

g r o u n d

a t

t h e c o n d u c t o r s o f d i f f e r e n t

p h a s e s

a r e

d i f f e r e n t .

T h e

d i s t r i b u t i o n d i s t a n c e o f e x t r a

h i g h v o l t a g e


l i n e

i s

l o n g , t o

s i m p l i f y t h e

c a l c u l a t i o n ,

we o m i t e n d - e f f e c t a n d

s a g ,

r e g a r d

t h e


l i n e a s a n

i n f i n i t e l y l o n g

c o n d u c t o r

p a r a l l e l i n g

t o

g r o u n d ,

o n l y

c o n s i d e r

t h e l o w e s t

s a g

h e i g h t

a s

t h e

h e i g h t

o f t h e


l i n e s o v e r

g r o u n d .

Shown

i n

F i g . 1 .

a c t u a l


l i n e

m o d e l

c o m p u t a t i o n

p l a n e

F i g . 1 EH V

t r a n s m i s s i o n l i n e c a l c u l a t i o n

m o d e l .

L i g h t n i n g

c o n d u c t o r

p e r f o r m s

l i t t l e w h e n


f i e l d n e a r

g r o u n d

i s c o n s i d e r e d . A l s o t o

s i m p l i f y

t h e

c a l c u l a t i o n

m o d e l ,

we

o m i t t h e e f f e c t o f

l i g h t n i n g

c o n d u c t o r .

I I I . C A L C U L A T I N G

ELECTROMAGNETIC

F I E L D

OF D I F F E R E N T

TOWER

MODES

AN D

D I F F E R E N T PHASE L I N E

S E Q U E N C E S

B a s e d o n t h e

p r e v i o u s

a n a l y s i s ,

we

m a i n l y

d i s c u s s

v e r t i c a l

t o w e r

a n d

p a r a l l e l

t o w e r

o f

5 0 0 k V / 2 2 O k V

m i x e d

v o l t a g e

f o u r -

c i r c u i t t r a n s m i s s i o n l i n e s o n

s a m e

t o w e r . T h e

s t r u c t u r e s o f

t h e s e t w o k i n d s o f t o w e r

a r e

s h o w n i n

F i g .

2

a n d

3 .

( - 8 ,

7 2 . 4 )

( - 9 . 5 , 6 0 . 6 ) 3

( - 1 1 , 4 9 ) ,

( - 7 , 3 8 ) n

( - 8 . 5 , 3 1 )

°

( - 7 . 5 , 2 4 )


3/5

y

( m )

( 7 , 4 4 . 5 ) ( 1 6 . 5 ,

4 4 . 5 )

I ,

( 1 5 . 5 ,

3 1 . 3 )

( 5 . 5 , 3 1 . 3 )

3 ( 5

2 4 c ,

( 1 3 . 5 , 2 4 )

x ( m )

F i g . 3 . P a r a l l e l t o w e r p r o f i l e .

N o r m a l l y , 5 0 0 k V t r a n s m i s s i o n

l i n e s

a d o p t

s p l i t - p h a s e

c o n d u c t o r . T h e

r a d i u s

o f

s p l i t - p h a s e c o n d u c t o r can

b e d en o t ed

b y

i t s

e q u i v a l e n t

r a d i u s . Shown i n F i g .

4 .

\

\

F

\

Fig.

4. The radius of split-phase conductor.

( 5 )

i=

RnR

W h e r e

R i

i s

e q u i v a l e n t


r a d i u s ;

R i s t h e r a d i u s o f

s p l i t - p h a s e

c o n d u c t o r ;

n

i s

t h e

n u m b e r

o f

s u b - c o n d u c t o r ;

r

i s

s u b - c o n d u c t o r r a d i u s .

5 0 0 k V t r a n s m i s s i o n

l i n e a d o p t s

4

X

L G J - 4 0 0 / 3 5 ,

r = 1 3 . 4 1 m m ;

f o u r - s p l i t c o n d u c t o r ,

w h e r e s

a d o p t s 450mm

a n d

e q u i v a l e n t

r a d i u s i s g i v e n

i n

( 5 ) .

2 2 0 k V


l i n e

a d o p t s

2

X

L GJ - 4 00 / 3 5 , r = 1 3 . 4 1 m m ; t w o - s p l i t

c o n d u c t o r ,

w h e r e

s

a d o p t s

400mm.

We c a n s e l e c t

c o m p u t a t i o n r e g i o n

a c c o r d i n g t o F i g .

4 .

I n

t h e

l i g h t

o f c u r r e n t

n o r m [ 6 ] ,

c h o o s e f r o m - 3 0 m t o +30m f r o m

t h e c e n t e r o f t h e t o w e r a n d t h e

h e i g h t

o f 1 . 5 m ( a p pr ox im at el y

e q u a l s

t o

t h e

h e i g h t

o f

h u m a n ' s

h e a r t )

f r o m

g r o u n d

a s

c o m p u t a t i o n

r e g i o n .

T h e r e

a r e

many k i n d s

o f

a r r a n g e m e n t

m o d e s o f

FCTL o n

s a m e

t o w e r ,

h e r e

a r e

f o u r m o d e s o f v e r t i c a l t o w e r

a n d

p a r a l l e l

t o w e r

r e s p e c t i v e l y .

TABLE

I

VERTICAL

TOWER

PHASE

SEQUENCE

V e r . N o .

1

V e r . N o . 2 V e r . N o . 3 V e r . N o . 4

A A A A

C

A

C '

B B '

B B '

B B ' B

B '

C C '

C C ' C

A '

C

A '

a a c c a c c

a

b

b b b b b b

b

c c a a c a a c

TABLE

I I

PARALLEL

T O WE R

PHASE

S E Q U E N C E

P a r . N o . 1

P a r . N o . 2

P a r . N o . 3 P a r . N o . 4

AA a a AC c a

AC a c A A ' c c

B B '

b b

B B '

b b B B ' b b B B '

b b '

C C '

c c

CA

a c

CA

c a

C C '

a a

T h e

N o . 1

p h a s e sequences o f

t h e b o t h t o w e r m o d e s

are

c a l l e d as t h e same sequence. To

d i f f e r

f r o m e a c h o t h e r ,

we us e

( A ,

B , C ) , ( A , B , C ) , ( a ,

b ,

c ) , ( a ,

b , c )

r e p r e s e n t

f o u r

c i r c u i t s

on

same t o w e r r e s p e c t i v e l y . I n t h e v e r t i c a l m o d e , two

c i r c u i t s l o c a t e a t t h e l e f t

s i d e o f

t h e t o w e r ,

arrange

f r o m

t h e

t o p d o w n ,

w h i l e t h e o t h e r

two

l o c a t e a t t h e r i g h t

s i d e o f

t h e

t o w e r ,

a l s o

arrange

f r o m t h e

t o p d o w n .

5 0 0 k V



l i n e s

c o n s t r u c t a b o v e

220kV



l i n e s . I n

t h e

p a r a l l e l

m o d e , t h e s e

f o u r

c i r c u i t s

arrange

f r o m l e f t t o r i g h t

i n

o r d e r ,

two

k i n d s o f

t h e m

l o c a t e

a t

t h e l e f t s i d e a n d t h e o t h e r

two

a t t h e r i g h t

s i d e .

T h e

t wo c i r c u i t

w h i c h

are

near

t h e

t o w e r

are

220kV t r a n s m i s s i o n

l i n e s .

S u p p o s i n g t h a t

a l l

p h a s e s are

i n

o p e r a t i o n a n d I = 1 0 0 0 A ,

c a l c u l a t e t h e e l e c t r i c f i e l d i n t e n s i t y a n d m ag ne t i c

f i e l d

i n t e n s i t y o f every

p h a s e sequence o f e a c h t o w e r

mode

b y

f i n i t e

e l e m e n t

program. T h e

c a l c u l a t e d r e s u l t s ca n b e

d e s c r i b e d

b y

curves

i n

F i g . 5 ,

6 , 7 a n d 8 .

3 0

3 0

- 2 0 - 1 0

0

1

0

20

h o r i z o n t a l c a l c u l a t e d

d i s t a n c e

m)

F i g .

5 . C a l c u l a t e d

v a l u e s o f

v e r t i c a l

t o w e r

e l e c t r i c

f i e l d

i n t e n s i t y .

2

1

F

1 . 6

a - 1 . 4

c o

. z

1 . 2

7D

-f -

0. 6

o

E

0 . 8

0. 6

0 . 4

- 3 0 - 2 0 - 1 0

0

1

0

h o r i z o n t a l

c a l c u l a t e d

d i s t a n c e

( m )

20

F i g .

6 . C a l c ul a t ed v a lu e s

o f

v e r t i c a l

t o w e r m a g n e t i c

f i e l d

i n t e n s i t y .

( - 1 6 . 5 ,

4 4 . 5 ) c ( - 7 , 4 4 . 5 ) ,

( - 1 5 . 5 ,

3 1 . 3 )

0 - 5 . 5 , 3 1 . 3

( - 1 3 . 5 , 2 4 ) D

1

( - 5 . 5 , 24 )

=

3 4


4/5

4 . 5

F = 4

3 . 5

( D

n

o

9

E

_ D

( D

2

( D

1 . 5

- 3 0 -20 - 1 0 0 1 0

20

h o r i z o n t a l

c a l c u l a t e d d i s t a n c e m)

F i g . 7 .

C a l c u l a t e d

v a l u e s o f p a r a l l e l t o w e r e l e c t r i c

f i e l d i n t e n s i t y .

- 3 0 - 2 0

- 1 0

0 10 20 30

h o r i z o n t a l

c a l c u l a t e d d i s t a n c e

( m )

F i g .

8 . C a l c ul a t ed v a lu e s

o f p a r a l l e l t o w e r

m a g n e t i c

f i e l d

i n t e n s i t y .

I n

every f i g u r e ,

we

us e

d i f f e r e n t c o l o r

a n d

s t y l e d e n o t e s

d i f f e r e n t

p h a s e

l i n e

sequence.

T h e

h o r i z o n t a l a x i s

r e p r e s e n t s

t h e d i s t a n c e

b e t w e e n

t h e c a l c u l a t e d

p o i n t

a n d t h e

c e n t e r

a x i s

o f t h e t o w e r .

T h e

v e r t i c a l a x i s

r e p r e s e n t s

t h e c a l c u l a t e d


or

m a g n e t i c

f i e l d

i n t e n s i t y .

F i g .

5 i s t h e curve o f d i s t a n c e versus e l e c t r i c f i e l d

i n t e n s i t y

o f v e r t i c a l

t o w e r ,

a n d

F i g .

6 i s t h e curve

o f

d i s t a n c e

versus

m a g n e t i c

f i e l d

i n t e n s i t y

o f

v e r t i c a l t o w e r .

F o r

a v e r t i c a l

t o w e r ,

i t can

b e c o nc l ud e d

t h a t t h e N o . 1

p h a s e

sequence,

n a m e l y ,

t h e

same

p h a s e

sequence

h a s

t h e

g r e a t e s t

e l e c t r i c

f i e l d

i n t e n s i t y

a n d

m a g n e t i c

f i e l d

i n t e n s i t y .

I n

V e r . N o . 1

sequence,

t h e


i n t e n s i t y

i s

g r e a t e r

t h a n

2 k V / m ,

a t t e n u a t e

q u i c k l y

w i t h t he d is ta nc e

i n c r e a s i n g .

T h e

m a g n e t i c

f i e l d

i n t e n s i t y

i s

a p p r ox im at el y 2 uT ,

a t t e n u a t e

s l o w l y

w i t h t h e d i s ta n c e

increasing.

F i g .

7 i s t h e

curve o f

d i s t a n c e

versus e l e c t r i c f i e l d

i n t e n s i t y

o f

p a r a l l e l

t o w e r ,

a n d

F i g .

8 i s t h e curve o f d i s t a n c e versus

m a g n e t i c

f i e l d

i n t e n s i t y

o f

p a r a l l e l

t o w e r .

F o r

a

p a r a l l e l t o w e r ,

i t can b e c o nc l ud e d

t h a t

t h e N o . 1

p h a s e sequence, n a m e l y ,

t h e

same

p h a s e sequence

h a s t h e

g r e a t e s t


i n t e n s i t y .

I n

t h i s

m o d e ,

t h e e l e c t r i c f i e l d

i n t e n s i t y

a p p r o x i m a t e l y

e q u a l s

t o

4 . 5 k V / m ,

a t t e n u a t e

q u i c k l y w i t h

t he d is t an ce

i n c r e a s i n g .

T h e

maximum o f

t h e

m a g n e t i c

f i e l d

i n t e n s i t y

occurs

a t t h e

P a r . N o . 1 a p p r o x i m a t e l y e q u a l s t o 4 u T ,

a t t e n u a t e

s l o w l y w i t h

t h e

d i s t a n c e i n c r e a s i n g .

C o m p a r i n g F i g . 5 , 6 a n d

7 ,

we c a n

c o n c l u d e

t h a t t h e

minimum e l e c t r i c f i e l d i n t e n s i t y o n g r o u n d o c c u r s a t

t h e

V er . N o . 4 p ha s e s e q u e n c e , a n d t h e

P a r . N o . 3

s e q u e n c e t a k e s

t h e

s e c o n d

p l a c e .

T h e

maximum

o f

e l e c t r i c i n t e n s i t y

o c c u r s

a t

t h e c e n t e r p o i n t

o f

P a r . N o . 1 s e q u e n c e , w h i c h

e q u a l s

t o

4 . 5 0 k V / m .

I n

s u m m a r y , t h e s a m e p h a s e s e q u e n c e , i . e . t h e

N o . 1 s e q u e n c e

o f

b o t h

t o w e r

m o d e s ,

h a s

t h e g r e a t e s t e l e c t r i c

i n t e n s i t y ,

w h i l e t h e w h o l e

c o n v e r s e

p h a s e

s e q u en ce s u c h

a s

V e r . N o . 4

a n d

P a r . N o . 3

p r o d u c e

l e s s e l e c t r i c i n t e n s i t y .

I n 1 9 9 6 , C h i n a Q u a l i t y a n d T e ch ni ca l S up e rv is io n

A d m i n i s t r a t i o n a n d M i n i s t r y

o f H e a l t h p r o m u l g a t e d t h e

n a t i o n a l c r i t e r i o n GB 1 6 2 0 3 - 1 9 9 6 ) t o g e t h e r , t h e c r i t e r i o n

p r e s c r i b e s t h a t t h e maximum r a d i a t i o n

v a l u e

o f p o w e r

e l e c t r i c

f i e l d

w i t h i n

8 h o u r s i n w o r k p l a c e s h o u l d n o t b e g r e a t e r t h a n

5 k V/ m [ 7 ] . C h in e s e

e n v i r o n m e n t a l i n d u s t r y

c r i t e r i o n ( H J / T 2 4 -

1 9 9 8 Z )

d e f i n e s

4kV/m a n d

0 .

lmT

a s

l o n g - t e r m

r a d i a t i o n

r e f e r e n c e v a l u e i n r e s i d e n t i a l d i s t r i c t [ 8 ] . A l t h o u g h a l l t h e

c a s e s a r e l e s s t h a n t h e t h r e s h o l d

a b o v e ,

b u t t h e e l e c t r i c f i e l d

i n t e n s i t y o f

s a m e

p h a s e s e q u e n c e s

a r e

c l o s e t o 5 k V / m , t h e

C h i n e s e n a t i o n a l e n v i r o n m e n t

c r i t e r i o n , t h e r e f o r e ,

i t

i s n o t

s u p p o s e d

t o

b e

a d o p t e d . C o n s i d e r i n g

t h e

e n v i r o n m e n t ,

i t i s

s u p p o s e d

t o

a p p l y

w h o l e

c o n v e r s e

p h a s e

s e q u e n c e t o

d e c r e a s e

t h e i n f l u e n c e .

F o r m a g n e t i c

f i e l d

i n t e n s i t y i n

F i g .

6

a n d

8 ,

a l l

o f

t h e

c a s e s

a r e l e s s

t h a n

t h e

t h r e s h o l d

a b o v e w h i c h

d e n o t e s t h a t

5 0 0 k V / 2 2 0 k V m i x e d

v o l t a g e

f o u r - c i r c u i t t r a n s m i s s i o n l i n e s

o n s a m e t o w e r a f f e c t s e n v i r o n m e n t l i t t l e . I t m us t b e

p o i n t e d

o u t

t h a t U n i t e d

S t a t e s

h a d i s s u e d t h a t


i n t e n s i t y

s h o u l d

n o t

e x c e e d

0 . 2 u T ,

o t h e r w i s e i t

w i l l

e n d a n g e r

o r g a n i s m .

S w e d e n h a s a l s o

a c k n o w l e d g e d

t h a t l o w

f r e q u e n c y

m a g n e t i c

f i e l d w h i c h

g r e a t e r

t h a n

0 . 2 u T

i s

h a r m f u l f o r

h u m a n

b e i n g [ 9 ] .

T h e r e f o r e ,

d e s p i t e

a l l t h e m a g n e t i c i n t e n s i t i e s s a t i s f y t h e

c r i t e r i a ,

c o n s i d e r i n g

t h e y a r e g r e a t e r

t h a n

0 . 2 u T ,

we

w o u l d

l i k e t o p o i n t o u t

t h a t

o r g a n i s m s h o u l d n o t

l i v i n g

i n t h e

c a l c u l a t e d

r e g i o n .

I t s h o u l d

a l s o

b e n o t e d

t h a t t h e c a l c u l a t e d h e i g h t a b o v e i s

1 . 5 m

o v e r

g r o u n d ,

w i t h

t h e

h e i g h t

r i s i n g ,

t h e g r e a t e s t e l e c t r i c

f i e l d

i n t e n s i t y

w i l l

r e a c h

t o

5 . 0 2 k V / m a t

l o c a t i o n 20m

w h i l e

m a g n e t i c

f i e l d

i n t e n s i t y

w i l l

r e a c h

t o 6 . 6 O u T .

T h e r e f o r e ,

t h e

o r g a n i s m

l i v i n g

i n

t h e

b u i l d i n g s

a t

t h i s

h e i g h t

w i l l

b e

a f f e c t e d

b y

t h e

f i e l d

i n t e n s i t y .

T h i s

p r o b l e m

m u s t b e

t a k e n

i n t o

c o n s i d e r a t i o n i n t r a n s m i s s i o n

l i n e

p l a n .

I V .

CONCLUSION

T h i s

p a p e r f i r s t l y

d i s c u s s e s t h e

i m p o r t a n c e

a n d t h e

p r o b l e m s

o f

5 0 0 k V / 2 2 0 k V m i x e d v o l t a g e


t r a n s m i s s i o n l i n e s .

B a s e d o n

t h i s

d i s c u s s i o n ,

we

a n a l y z e

t h e

e n v i r o n m e n t i n f l u e n c e 5 0 0 k V / 2 2 0 k V m i x e d

v o l t a g e

f o u r -

c i r c u i t


o n

s a m e

t o w e r .

O w i n g

t o t h e

p a r t i c u l a r i t y

o f 5 0 0 k V / 2 2 0 k V m i x e d

v o l t a g e



l i n e s o n s a m e

t o w e r ,

we

p r o p o s e

t w o

d i m e n s i o n a l

FEM

m o d e l

o f i t s

e l e c t r o m a g n e t i c f i e l d , n a m e l y

5 0 0 k V / 2 2 0 k V m i x e d

v o l t a g e



l i n e s

o n s a m e

t o w e r

i s

s i m p l i f i e d

i n t o

a

t w o d i m e n s i o n a l

1

L .

- - l

1 1

X

/

I -

I

0 . 5 I


5/5

e l e c t r o m a g n e t i c f i e l d m o d e l .

Due t o t h i s

i s a n o p e n

d o m a i n ,

we i n t r o d u c e

a p l a n e

i n c l u d i n g t h e i n t e r e s t e d r e g i o n ,

t h e n

s u b d i v i d e

t h e r e g i o n t o a c q u i r e

t h e

c a l c u l a t e d r e s u l t . V i a

c o m p a r i s o n w i t h t e s t i n g d a t a ,

i t i s

t e s t i f i e d t h a t

t h e p r o p o s e d

m e t h o d

i s f e a s i b l e .

A c c o r d i n g

t o

t h e

a n a l y s i s ,

we

c o n c l u d e

t h a t

5 0 0 k V / 2 2 O k V

m i x e d

v o l t a g e


t r a n s m i s s i o n l i n e s o n s a m e

t o w e r

h a s d i f f e r e n t i n f l u e n c e

o n e n v i r o n m e n t

d u e

t o d i f f e r e n t t o w e r

mode a n d p h a s e

s e q u e n c e .

T o d e c r e a s e t h i s i n f l u e n c e ,

t h e

c a l c u l a t e d

r e s u l t m u s t

b e

t a k e n

i n t o

c o n s i d e r a t i o n i n

p l a n n i n g


l i n e . V e r . N o . 4

p h a s e s e q u e n c e

i s

t h e

b e s t

c h o i c e .

V .

REFERENCES

[ 1 ] A . 4 D

J e r k e r v , i n f l u e n c e f r o m

p o w e r

f r e q u e n c y


f i e l d

o n

h u m a n b e i n g s

h e a l t h , I n t e r n a t i o n a l

P o w e r , v o l .

4 , p p . 6 1 - 6 2 ,

A p r .

1 9 9 7

[ 2 ] F e n g

Y i ,

J i a n m i n

J i ,

N e w - s t y l e

E l e c t r i c i t y T r a n s m i s s i o n

T e c h n o l o g y

o n

AC O v e r h e a d T r a n s m i s s i o n

L i n e

B e i j i n g C h i n a E l e c t r i c

P o w e r P r e s s ,

2 0 0 6

[ 3 ]

Yu H u ,

T h e e l e c t r o m a g n e t i c

f i e l d a n a l y s i s i n h u m a n

b o d y i n t h e

e n v i r o n m e n t

o f

t h e

e x t r a - h i g h

v o l t a g e


l i n e ,

M . D .

d i s s e r t a t i o n , D e p t .

E l e c t r i c E n g . , U n i v .

S h e n y a n g ,

u n i v e r s i t y

o f

t e c h n o l o g y , 2 0 0 3 .

[ 4 ]

G u a n g z h e n g

N i ,

S h i y o u

Y an g , X i uy in g Q i a n ,

J i e i u N u m e r i c a l

M e t h o d o f

E l e c t r o m a g n e t i c F i e l d , C h i n a

M a c h i n e

P r e s s , 2 0 0 4 , p .

1 2 3 .

[ 5 ]

F e n g Q i u

R e s e a r c h o n

p o w e r f r e q u e n c y e l e c t r o m a g n e t i c

p o l l u t i o n

u n d e r d i f f e r e n t c i r c u m s t a n c e s ,

M . D . d i s s e r t a t i o n ,

D e p t . E n v i r o n m e n t

a n d R e s o u r c e , Z h e n g j i n g U n i v . ,

2 0 0 2 .

[ 6 ]

T h e

C h i n e s e

n a t i o n a l

e n v i r o n m e n t p r o t e c t i o n

a d m i n i s t r a t i o n , T e c h n i c a l

R e g u l a t i o n s

o n

E n v i r o n m e n t a l

I m p a c t A s s e s s m e n t

o f

E l e c t r o m a g n e t i c

R a d i a t i o n P r o d u c e d

b y 5 0 0 k V U l t r a h i g h

V o l t a g e

T r a n s m i s s i o n a n d

T r a n s f e r P o w e r E n g i n e e r i n g

H J / T 2 4 - 1 9 9 8 ,

N o v . 1 9 9 8 .

[ 7 ]

E l e c t r i c F i e l d

S t a n d a r d o f P o w e r F r e q u e n c y

i n

W o r k i n g P l a c e , C h i n a

N a t i o n a l S t a n d a r d G B 1 6 2 0 3 - 1 9 9 6 , N o v .

1 9 9 6

[ 8 ]

T h e

C h i n e s e n a t i o n a l e n v i r o n m e n t

p r o t e c t i o n

a d m i n i s t r a t i o n ,

T e c h n i c a l

R e g u l a t i o n s o n

E n v i r o n m e n t a l I m p a c t A s s e s s m e n t

o f

E l e c t r o m a g n e t i c

R a d i a t i o n

P r o d u c e d b y

5 0 0 k V

U l t r a h i g h

V o l t a g e T r a n s m i s s i o n

a n d

T r a n s f e r

P o w e r E n g i n e e r i n g H J / T 2 4 - 1 9 9 8 ,

N o v .

1 9 9 8 .

[ 9 ]

Z i j u n l v , r e s e a r c h o n ELF e l e c t r o m a g n e t i c

f i e l d

a n d i t s r a d i a t i o n

t h r e s h o l d ,

J o u r n a l o f H a n g z h o u

U n i v e r s i t y

( N a t u r a l

S c i e n c e ) ,

v o l . 2 2 ,

s u p p l e m e n t ,

p p . 1 0 1 - 1 0 3 , M a y . 1 9 9 5 .

V I . B I O G R A P H I E S

G u i h o n g F e n g

w a s

b o r n

i n S h e n y a n g , i n C h i n a ,

o n S e p t e m b e r

1 0 , 1 9 6 3 .

S h e

r e c e i v e d

t h e

M . E .

d e g r e e

f r o m

t h e N o r t h e a s t

U n i v e r s i t y , S h e n y a n g ,

C h i n a ,

i n 1 9 8 5

a n d

t h e n

j o i n e d

t h e

S h e n y a n g

7

. t

U n i v e r s i t y

o f

T e c h n o l o g y . .

S h e i s

a m e m b e r o f

C h i n a

E l e c t r o t e c h n i c a l

S o c i e t y

a n d C h i n e s e

S o c i e t y

f o r

E l e c t r i c a l

E n g i n e e r i n g

n o w .

N ow

s h e i s a n A s s o c i a t e

P r o f e s s o r

i n S c h o o l

o f

E l e c t r i c a l

E n g i n e e r i n g .

H e r a r e a s o f

i n t e r e s t

a r e e l e c t r i c a l m a c h i n e s

a n d i t s d r i v e s ,

e l e c t r i c a l

c o n t r o l t e c h n o l o g y ,

a n d

p o w e r s y s t e m a u t o m a t i z a t i o n . T h e s p e c i f i c

c o n t a c t m e t h o d i s s h o w n

b e l o w :

T e l :

8 6 - 2 4 - 2 5 4 9 6 4 9 5 , F a x : 8 6 - 2 4 - 2 5 4 9 6 4 9 5 ,

E - m a i l :

f e n g g h g s u t . e d u . c n

Y a n x i n

Wang

w a s

b o r n i n B e i p i a o

i n

C h i n a ,

o n

O c t o b e r

0 5 , 1 9 8 4 .

S h e

g r a d u a t e d f r o m

t h e S h e n y a n g

U n i v e r s i t y

o f

T e c h n o l o g y

i n 2 0 0 6 .

I n

2 0 0 6 ,

s h e e n t e r e d t h e

S h e n y a n g U n i v e r s i t y o f

T e c h o l

o g y .

N ow s h e

i s a

g r a d u a t e

s t u d e n t o f

S c h o o l o f E l e c t r i c a l

E n g i n e e r i n g ,

a n d

e n g a g e s

i n t h e

r e s e a r c h

o f


f i e l d . T h e

s p e c i f i c

c o n t a c t m e t h o d i s s h o w n b e l o w : T e l : 8 6 - 2 4 -

2 5 4 9 6 4 9 1 ,

F a x :

8 6 - 2 4 - 2 5 4 9 6 4 9 5 ,

E - m a i l :

j i y u l 9 8 3 0 4 g s i n a . c o m .

B i n g y i

Z h a n g

was b o r n i n

S h e n y a n g ,

i n

C h i n a ,

o n N o v e m b e r

1 1 ,

1 9 5 4 .

He

g r a d u a t e d

f r o m

S h e n y a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o gy .

He

i s a m e m b e r o f C h i n a E l e c t r o t e c h n i c a l

S o c i e t y

a n d

C h i n e s e

S o c i e t y

f o r

E l e c t r i c a l

-

E n g i n e e r i n g ,

I n

1 9 8 2 ,

h e

j o i n e d t h e S h e n y a n g

U n i v e r s i t y

o f T e c hn o l og y ,

S h e n y a n g , C h i n a , w h e r e

h e i s

c u r r e n t l y

a P r o f e s s o r a n d

t h e

D i r e c t o r o f

t h e

E l e c t r i c a l M a c h i n e a n d C o n t r o l T e c h n o l o g y

I n s t i t u t e . H i s

m a j o r

i n t e r e s t s

a r e e l e c t r i c a l m a c h i n e s

a n d d r i v e s , e l e c t r i c a l c o n t r o l t e c h n o l o g y ,

p o w e r

e l e c t r o n i c s ,

p o w e r s y s t e m

a u t o m a t i z a t i o n

a n d

e l e c t r o m a g n e t i c s .

T h e

s p e c i f i c

c o n t a c t

m e t h o d

i s s h o w n b e l o w : T e l : 8 6 - 2 4 - 2 5 4 9 6 4 9 5 ,

F a x :

8 6 - 2 4 - 2 5 4 9 6 4 9 5 ,

E - m a i l :

z h a n g b y g s u t . e d u . c n

Documents

Study on Electromagnetic Environment of Multi-circuit Transmission Lines on Same Tower