Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук, профессор Абрамович Б. Н. СанктПетербург 199

• Название: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук, профессор Абрамович Б. Н. СанктПетербург 199
• Дата: 18.02.2023
• Размер: 2.67 Mb.
• Имя файла: vozdushnye-linii-napryazheniem-610-kv-s-izolirovannymi-provodami.doc
• Тип: Диссертация; #943068
• страница: 1 из 14

ГУЛЬКОВ ВЛАДИМИР МИХАЙЛОВИЧ

ВОЗДУШНЫЕ ЛИНИИ НАПРЯЖЕНИЕМ 6(10) кВ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ ПРОВОДАМИ


АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ЛЕНЭНЕРГО"


На правах рукописи

Специальность 05.09.03 - "Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование"

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Абрамович Б.Н.

Санкт-Петербург 199

7СОДЕРЖАНИЕ

с.

ВОЗДУШНЫЕ ЛИНИИ НАПРЯЖЕНИЕМ 6(10) кВ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ ПРОВОДАМИ 1

гв 48

7(/)Д/ ' 54

да; 64

ток 1⁽³⁾ к.макс.нн фигурирует В формуле (3): 1_{К 3}. = 1⁽³⁾к.макс нн- 71

(3.3): 74

Хс Хл 82

где: = + 2/««/»>7i(l - ) ₊ 0,5(/f )² f_d(\ - ). ₍₃.₃₀) 97

I? - l/Z_z, (3.34) 102

йГ. (3.47) 152

а) б) 275

£ = 4^2,44^. (4.13) 312

^в=л⁺п^к 2,44*-'-™*. (4.14) 313

550 369

0,86/£> 2012 К,ртв=-₁— = — < 15, 412

Воздушные линии (ВЛ) напряжением 6(10) кВ, являются одним из ос­новных элементов систем электроснабжения промышленных предприятий и объектов коммунального хозяйства. ВЛ 6(10) кВ представляют собой слож­ный электротехнический комплекс, состоящий из проводов, изоляторов, тра­верс, опор, заземляющих устройств и разрядников, устройств защиты от ава­рийных режимов, в т.ч. от перегрузок и атмосферных перенапряжений.

Общая протяженность, находящихся в эксплуатации в Российской Феде­рации ВЛ 6(10) кВ превышает 1200 тыс.км. По состоянию на 01.01.97. в экс­плуатации находилось 698 тыс. км. ВЛ 6^-20 кВ, требующих замены или ре­конструкции, в т.ч. в АО "Ленэнерго" 450 км.

Надежность электроснабжения предприятий в значительной мере опре­деляется надежностью ВЛ 6(10) кВ. Ежегодно аварийно отключается 10% всех ВЛ 6(10) кВ, находящихся в эксплуатации. Анализ аварий ВЛ 6(10) кВ показывает, что их основными причинами являются экстремальные климати­ческие воздействия, неудовлетворительное строительство и эксплуатация элементов ВЛ (в т.ч. передвижных опор и грозовых разрядников), несоответ­ствие длины пролетов и параметров опор [53, 69]. Наиболее распространен­ными видами повреждений ВЛ 6(10) кВ являются междуфазные к.з., обрывы проводов, однофазные замыкания на землю. Частые повреждения ВЛ 6(10) кВ происходят из-за обрывов проводов, сближения и схлестывания проводов, ветровых и гололедных нагрузок, наезда техники и т.д. Среднее время вос­становления одного отказа ВЛ 6(10) кВ составляет более 3-х часов, затраты на восстановление в среднем превышают 1 млн.руб., а ущерб, включая недо- отпуск электрической энергии, может достигать 2 млн.руб. Поэтому особую актуальность приобретает необходимость повышения надежности ВЛ 6(10) кВ путем снижения количества междуфазных к.з., замыканий на землю, по­вышением механической прочности проводов и опор. Сооружение ВЛ 6(10) кВ с неизолированными проводами требует отчуждения значительных пло­щадей и значительных затрат, связанных с вырубкой и последующей перио­дической чисткой просек в лесной зоне.

Анализ научно-технических достижений в области передачи и распреде­ления электрической энергии показывает, что одним из весьма эффективных способов повышения надежности и электробезопасности В Л 6(10) кВ являет­ся строительство воздушных линий с изолированными проводами (ВЛИ). К основным эксплуатационным преимуществам ВЛИ можно отнести:

• 
  снижение механической повреждаемости из-за климатических воздействий (налипания снега, отложения гололеда, давления ветра);
  
• 
  возможность уменьшения габаритов в местах пересечений и сближений с другими линиями, при прокладке в лесной зоне;
  
• 
  сохранение питания потребителей при поломке (падении) опоры или час­тичного падения проводов на землю;
  
• 
  повышение электробезопасности за счет исключения однофазных замыка­ний на землю;
  
• 
  снижение материалоемкости конструктивных элементов ВЛ;
  
• 
  уменьшение земельных отводов в густонаселенных городских, пригород­ных и сельских районах;
  
• 
  возможность прокладки ВЛ в парках, заповедниках и лесах 1-ой группы;
  
• 
  приведение распределительных сетей городов и поселков в соответствие с эстетическими требованиями мировой практики.
  

Все эти качества ВЛИ были подтверждены в процессе их многолетней эксплуатации в различных, в том числе очень жестких, климатических усло­виях. Конструктивное исполнение ВЛИ, выбор сечений, способов монтажа и прокладки проводов в разных странах различаются в зависимости от класса номинального напряжения, местных условий и требований потребителя.

Вопросы разработки BJI 6(10) kB с изолированными проводами являют­ся предметом успешно выполняемых исследований Абрамовичем Б.Н., Ва- лявским Ю.П., Коганом Ф.Л., Лакерником P.M., Подпоркиным Г .В., Смоло- виком C.B., Тихореев H.H., Шарле Д.Л., Шийко А.П., H.Lehtinen, I.Lehtinen, A.Hinkkuri. и др. Работы ведутся в АО "РОСЭП", АО "Фирма ОРГРЭС", АО "НИПГ\ НПО "Стример", АО "Западсельэнергопроекг \ СПбГТУ, зарубеж­ных фирмах Nokia Cables, Cableries de Lens и др.

Однако, к настоящему времени не решен комплекс вопросов, связанных с методическим обеспечением проектных работ, в т.ч. отсутствуют рекомен­дации по выбору типов изолированных проводов и параметров воздушных линий с учетом климатических особенностей регионов, методики выбора се­чения и средств защиты изолированных проводов по условию термической стойкости к токам к.з. и эффективные средства грозозащиты ВЛИ. Поэтому, целью настоящей работы являлось создание теоретической и методической базы проектирования воздушных линий повышенной надежности напряже­нием 6(10) кВ с изолированными проводами, обеспечивающими снижение количества и продолжительности перерывов электроснабжения, вызванных междуфазными к.з., обрывами проводов и однофазными к.з. на землю, а так­же снижение материалоемкости и эксплуатационных затрат за счет уменьше­ния междуфазного расстояния, ширины просек и землеоотводов. Для практи­ческой реализации поставленной цели были решены следующие задачи:

1. 
   Проведены электрические и механические испытания изолированных про­водов отечественного и зарубежного производства, установлена степень соответствия их основных параметров стандартам РФ и разработаны реко­мендации по выбору наиболее подходящего типа проводов для условий Северо-Запада России.
   
2. 
   Разработана система выбора изолированных проводов воздушных линий по допустимому длительному току и термической стойкости к току к.з. с
   

учетом действия АПВ и подпитки точки к.з. от электродвигателей напря­жением свыше 1 кВ.

3. 
   Разработана методика выбора параметров цифровых устройств защиты воздушных линий с изолированными проводами, в том числе по условиям несрабатывания защиты после отключения к.з. на предыдущем участке и согласования чувствительности защит последующего и предыдущего уча­стков.
   
4. 
   Разработан новый эффективный метод защиты В ЛИ от грозовых перена­пряжений и экономичные технические средства для реализации его, пре­дотвращающие переход искрового перекрытия в силовую дугу путем удли­нения пути импульсного грозового перекрытия.
   
5. 
   Разработаны специальные длинно-искровые грозозащитные разрядники (ДИГР), исключающие переход искрового разряда в силовую дугу при ам­плитудных значениях перенапряжений вплоть до 400 кВ и позволяющие снизить практически до нуля вероятность возникновения силовой дуги при грозовых перекрытиях изоляции.
   
6. 
   Установлены величины максимальных пролетов ВЛИ 6(10) кВ исходя из условий минимума максимальных значений габаритного и ветрового про­летов и прочности используемых опор.
   

Показано, что применение изолированных проводов приведет к умень­шению частоты отказов ВЛ 6(10) кВ в среднем в 2,4 раза. Применение изоли­рованных проводов при строительстве и реконструкции В Л 6(10) кВ позволя­ет снизить ущерб от одного перерыва электроснабжения и необходимости проведения восстановительных работ в среднем на 2 млн.руб. в ценах 1997 г.ГЛАВА 1. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ 6(10) кВ С ИЗОЛИРОВАННЫМИ ПРОВОДАМИ

1.1. Общая характеристика ВЛ 6(10) кВ

На промышленных, в т.ч. горных, энергоснабжающих и муниципальных предприятиях РФ в эксплуатации находится около 1200 тыс.км линий элек­тропередачи (ЛЭП) среднего напряжения. Только за 1986-^1988 г.г. было по­строено свыше 100 тыс.км воздушных линий (ВЛ) 6-г20 кВ. По состоянию на 01.01.88. в эксплуатации находилось 698 тыс.км ВЛ 6-г20 кВ, требующих за­мены или реконструкции, в т.ч. в АО "Ленэнерго" 450 км.

В Л 6(10) кВ, являясь элементами внешнего и внутреннего электроснаб­жения промышленных предприятий и объектов коммунального хозяйства, представляют собой сложный электротехнический комплекс, состоящий из проводов, изоляторов, траверс, опор, заземляющих устройств и разрядников, устройств защиты от аварийных режимов, в т.ч. от перегрузок и атмосферных перенапряжений.

Надежность электроснабжения предприятий в значительной мере опре­деляется надежностью В Л 6(10) кВ. Статистика показывает, что ежегодно аварийно отключается 10% всех ВЛ 6(10) кВ, находящихся в эксплуатации. Так, по Краснодарскому краю в среднем ежегодно отмечается 25 отказов на 100 км ВЛ. В Башкирэнерго удельное число отказов на 100 км составляет 13, в том числе на обрывы проводов приходится 25%, схлестывание 30%.

Количественные показатели надежности ВЛ горных предприятий зави­сят от многих случайных внешних нагрузок и факторов: разнообразия горно­геологических и местных климатических условий (гололедно-ветровые на­грузки, интенсивность грозовой деятельности и т.д.), различной интенсивно­сти взрывных работ, условий технического обслуживания и качества строи­тельства линий, качества и первоначальной прочности конструкций ВЛ, срока их эксплуатации.

Таблица 1.1.

Повреждаемость ВЛ предприятий с открытыми горными работами

Вид и место повреждения	Причины повреждения	Коэффициент отказов, %
Замыкание, схлестывание или обрыв проводов	Сильный ветер, гололед	42,5
Замыкание, схлестывание или обрыв проводов	Внешние механические воздей­ствия на провода, опоры, элек­тросетевые устройства	44
Пробой или перекрытие изоляторов	Дефекты изоляторов, воздейст­вие окружающей среды, внеш­ние и внутренние перенапряже­ния	13,5

Анализ аварий В Л 6(10) кВ показывает, что их основными причинами являются экстремальные климатические воздействия, неудовлетворительное строительство и эксплуатация элементов В Л (в т.ч. передвижных опор и гро­зовых разрядников), несоответствие длины пролетов и параметров опор [52, 59, 68].

Отказы изоляторов в основном происходят в результате механических воздействий и перенапряжений. Электрические повреждения изоляторов вы­зываются пробоем и ожогом электрической дугой. В результате атмосферных и коммутационных перенапряжений, особенно при загрязнении изоляторов,

может произойти их перекрытие. Из-за высокой температуры дуги может по­вредиться глазурь и даже разрушиться сам изолятор. Иногда из-за дефектов изготовления, неправильной транспортировки и старения может произойти внутренний пробой. Пробой фарфоровых изоляторов выявляется только при испытаниях, стеклянные же изоляторы при пробое обычно разрушаются.

В условиях энергоснабжающих предприятий наиболее распространен­ными видами повреждений ВЛ 6(10) кВ являются междуфазные к.з., обрывы проводов, однофазные замыкания на землю. Частые повреждения В Л 6(10) кВ происходят из-за обрывов проводов, сближения и схлестывания проводов, ветровых и гололедных нагрузок, наезда техники и т.д. Среднее время вос­становления одного отказа В Л 6(10) кВ составляет более 3-х часов, затраты на восстановление в среднем превышают 1 млн.руб., а ущерб, включая недо- отпуск электрической энергии, может достигать 2 млн.руб.

Анализ результатов эксплуатации ВЛ 6(10) кВ показывает необходи­мость повышения их надежности, в т.ч. путем снижения количества между­фазных к.з., замыканий на землю, повышением механической прочности про­водов и опор.

Кроме того сооружение ВЛ 6(10) кВ с неизолированными проводами требует отчуждения значительных площадей и значительных затрат, связан­ных с вырубкой и последующей периодической чисткой просек в лесной зо­не.

1.2. Применение изолированных проводов в ВЛ 6(10) кВ

Анализ зарубежного опыта [6, 7, 20, 87, 93, 97, 104] показывает, что од­ним из весьма эффективных способов повышения надежности и электробезо­пасности ВЛ 6(10) кВ является строительство воздушных линий с изолиро­ванными проводами (ВЛИ)

.



1 2 13 2 3

Рис. 1.1. Конструктивные особенности двух видов изолированных проводов


1 - жила; 2 - основная изоляция; 3 - полупроводящая оболочка (экран).


В Л 6(10) кВ выполняются с разнесенными пофазно проводами, экраны и заземления не предусматриваются. Изоляция в нормальном режиме не нахо­дится под напряжением. Она выполняет защитные функции, существенно по­вышая надежность эксплуатации линии, исключает коррозию провода и тем самым увеличивает механическую прочность провода, позволяет существен­но уменьшить междуфазное расстояние, осуществляет защиту от птиц и па­дения веток. В зависимости от класса напряжения используются различные изоляторы и выбирается высота опор. Толщина изоляции находится в преде­лах 1,7ч-2,5 мм.

Впервые строительство воздушных линий с изолированными проводами (ВЛИ) было осуществлено в Европе более 30 лет назад. В настоящее время такие линии характерны для Финляндии, Франции и Швеции. Подобные ли-

При использовании термина "изолированные провода" (ИП) в дальней­шем следует иметь в виду, что в зависимости от номинального напряжения ВЛ провода разделяются на два основных вида. Для сетей напряжением 0,4-^20 кВ каждая фаза представляет собой токоведущую жилу, покрытую по­лимерной изоляцией. Для сетей напряжением 35 кВ и выше каждая фаза вы­полняется по аналогии с однофазным кабелем с пластмассовой изоляцией (рис.1.1)

.
нии получают все более широкое распространение в других странах Европы и Америки, в Австралии и Японии.

К основным эксплуатационным преимуществам ВЛИ можно отнести:

• 
  снижение механической повреждаемости из-за климатических воздействий (налипания снега, отложения гололеда, давления ветра);
  
• 
  возможность уменьшения габаритов в местах пересечений и сближений с другими линиями, при прокладке в лесной зоне;
  
• 
  сохранение питания потребителей при поломке (падении) опоры или час­тичного падения проводов на землю;
  
• 
  повышение электробезопасности за счет исключения однофазных замыка­ний на землю;
  
• 
  снижение материалоемкости конструктивных элементов;
  
• 
  уменьшение земельных отводов в густонаселенных городских, пригород­ных и сельских районах;
  
• 
  возможность прокладки в парках, заповедниках и лесах 1-ой группы;
  
• 
  приведение распределительных сетей городов и поселков в соответствие с эстетическими требованиями мировой практики.
  

Все эти качества ВЛИ были подтверждены в процессе их многолетней эксплуатации в различных, в том числе очень жестких, климатических усло­виях. Конструктивное исполнение ВЛИ, выбор сечений, способов монтажа и прокладки проводов в разных странах различаются в зависимости от класса номинального напряжения, местных условий и требований потребителя.

В соответствии с "Нормативно-технической документацией на проекти­рование, сооружение и эксплуатацию опытно-промышленных ВЛИ 6-г20 кВ с проводами SAX", Москва, АО "РОСЭП", 1996, расстояние между изолиро­ванными проводами на опоре и в пролете должно быть не менее 400 мм, при любом расположении проводов на опоре и района климатических условий.

На двухцепных опорах ВЛИ 6+20 кВ расстояние между ближайшими прово­дами различных цепей должно быть не менее 0,6 м.

Провода ВЛИ 6-г20 кВ могут быть подвешены на общих опорах с неизо­лированными проводами В Л выше 1 кВ. Допускается подвеска изолирован­ных проводов 6-^20 кВ на общих опорах с проводами до 1 кВ при соблюдении следующих условий [10]:

• 
  ВЛ до 1 кВ должны быть выполнены по расчетным условиям для ВЛ 6-г20 кВ;
  
• 
  ВЛ до 1 кВ рекомендуется сооружать с применением скрученных в жгут изолированных проводов (СИП);
  
• 
  Изолированные провода 6-г20 кВ должны располагаться выше проводов ВЛ до 1 кВ;
  
• 
  расстояние по вертикали между ближайшими ИП 6-5-20 кВ и СИП до 1кВ на опоре, а также в пролете при температуре окружающего воздуха -н15°С без ветра должно быть не менее 0,3 м;
  
• 
  расстояние по вертикали между ближайшими ИП 6-1-20 кВ и неизолирован­ными проводами до 1кВ на опоре, а также в пролете при температуре ок­ружающего воздуха +15°С без ветра должно быть не менее 1,5 м;
  
• 
  крепление проводов 6ч-20 кВ должно быть анкерным.
  

В сетях 6-20 кВ с изолированной нейтралью, в которых ВЛИ 6-н20 кВ имеют участки совместной подвески с ВЛ более высокого напряжения, элек­тромагнитное и электростатическое влияние последних не должно вызывать смещение нейтрали более, чем на 15% фазного напряжения при нормальном режиме сети.

К сетям с заземленной нейтралью, подверженным влиянию ВЛ более высокого напряжения, специальных требований в отношении наведенного напряжения не предъявляется.

Для ВЛИ 6^-20 кВ со штыревыми изоляторами в населенной местности и на пересечениях с сооружениями должно быть предусмотрено анкерное кре­пление проводов со спиральными пружинными вязками.

Расстояние от проводов ВЛИ 6ч-20 кВ до поверхности земли должно быть не менее:

• 
  в ненаселенной и труднодоступной местности - 5,2 м;
  
• 
  в недоступной местности (склоны гор, скалы, утесы и т.п.) - 3,0 м;
  
• 
  в районах тундры, степей с почвами, непригодными для земледелия, и пус­тынь - 5,2 м.
  

Для ВЛИ 6-г20 кВ ширина просек в лесных массивах и зеленых насажде­ниях должна приниматься не менее расстояния между крайними проводами ВЛИ плюс 1,25 м в каждую сторону от них независимо от высоты насажде­ний. При прохождении таких ВЛИ по территории фруктовых садов с насаж­дениями высотой более 4 м расстояние от крайних проводов до фруктовых деревьев должно быть не менее 2,0 м.

При пересечении ВЛИ 6-н20 кВ между собой или с ВЛ 6-н20 кВ с неизо­лированными проводами или с ВЛ до 1 кВ (или ВЛИ до 1 кВ) расстояние по горизонтали от опоры верхней (пересекающей) ВЛ до проводов нижней (пересекаемой) ВЛ и от опор нижней (пересекаемой) ВЛ до проводов верхней (пересекающей) ВЛ при наибольшем отклонении проводов должно быть не менее 1,5 м.

Расстояние между ближайшими проводами пересекающей и пересекае­мой ВЛ 6-20 кВ при условии, что хотя бы одна из них выполнена ИП, а также пересекаемой ВЛИ до 1 кВ при температуре окружающего воздуха +15°С без ветра должно быть не менее 1,7 м.

При параллельном прохождении и сближении ВЛИ 6ч-20 кВ расстояние по горизонтали между ними должно быть не менее 2,75 м на участках не

­

стесненной трассы и 2,0 м на участках стесненной трассы и подходах к под­станциям.

Для ВЛИ 6-^20 кВ с проводами сечением 120 мм² и более допускается применение промежуточных опор с анкерным креплением проводов и спи­ральной пружинной вязкой.


Наименьшее расстояние от проводов ВЛИ 6-^20 кВ до поверхности

Для ВЛИ 6-^20 кВ поддерживающие устройства на мостах могут быть анкерного или промежуточного типа с креплением проводов при помощи спиральных пружинных вязок на штыревых изоляторах или при помощи изо­лирующих подвесок.

Таблица 1.2. воды, габарита судов и сплава Расстояние	Наименьшее расстояние при наибольших меха­нических нагрузках, м
До наибольшего уровня высоких вод судоходных рек, каналов и т.п. при высшей температуре	5,2
До габарита судов или сплава при наибольшем уровне высоких вод и высшей температуре	2,0
До наибольшего уровня высоких вод несудоход­ных рек, каналов и т.п. при температуре +15°С	2,5
До уровня льда несудоходных рек, каналов и т.п. при температуре -5°С при наличии гололеда	5,2

Указанные требования должны быть реализованы при строительстве и реконструкции ВЛ с использованием изолированных проводов.

При строительстве новых и реконструкции существующих ВЛИ 6(10) кВ нужно учитывать, что изолированные провода

:

• 
  обладают более высокой механической прочностью;
  
• 
  не обмерзают благодаря антигололедным свойствам изоляционного мате­риала;
  
• 
  при схлестывании проводов различных фаз не возникает междуфазное к.з.
  

Эти свойства изолированных проводов позволяют увеличить габаритный пролет и снизить материалоемкость ВЛ. Таким образом, достигнутый научно- технический прогресс в электротехнических материалах позволяет выполнить разработку воздушных линий повышенной надежности напряжением 6(10) кВ с изолированными проводами, обеспечивающими снижение количества и продолжительности перерывов электроснабжения, вызванных междуфазны­ми к.з., обрывами проводов и однофазными к.з. на землю, а также снизить материалоемкость и эксплуатационные затраты за счет уменьшения между­фазного расстояния, ширины просек и землеоотводов.

Однако, к настоящему времени не решен комплекс задач связанных с созданием методического обеспечения проектных работ по ВЛИ 6(10) кВ и эффективных технических средств их защиты, требует уточнения методика механического расчета проводов, в т.ч. положения, позволяющие определить ветровой пролет и выбрать тип опор, удовлетворяющих требованиям механи­ческой прочности.

1.3.