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: 11 из 14

Примечание: г = 1мм; у = 1, 25 кг/м"; Яо = 2,5 см.

Как видно из таблицы 4.1, при токах до 10 кА перемещение канала раз­ряда под действием электромагнитных сил не превосходит 3 см. Поэтому при вылете ребра 3 см и токах до 10 кА канал разряда будет оставаться на по­верхности изолятора. При больших токах, по - видимому, произойдет "срыв" канала с изолятора. Однако, для распределительных сетей 10 кВ протекание токов грозового перенапряжения при перекрытии изолятора больших 10 кА очень маловероятно.

В соответствии с рис.4.10 был изготовлен образец штыревого ИДИГР со

следующими техническими характеристиками: Номинальное напряжение, кВ 10

Пробивное напряжение в изоляционной среде с удель­ным сопротивлением 10⁶-г10⁸ Омхм, кВ, не менее 130 Выдерживаемое напряжение под дождем, кВ, не менее 50 Импульсное напряжение перекрытия (срабатывания) с формой волны 1,2/50 мкс, кВ

• 
  при положительной полярности 104
  
• 
  при отрицательной полярности 74 Вероятность установления силовой дуги, не более 0,01
  

Искровое перекрытие формировалось спиральной поверхности изолято­ра длиной 80 см. Проведены испытания данного образца импульсами грозо­вых перенапряжений, которые показали, что импульсное перекрытие разви­вается по спиралевидной траектории вокруг тела изолятора.

С использованием рассмотренных теоретических положений разработан ИДИГР подвесного типа. Конструктивно этот изолятор отличается от обыч­ного тарелочного изолятора тем, что его изоляционное тело выполнено со спиралевидным ребром, а на внутренней поверхности имеется металлическая оболочка вплотную прилегающая к внутренней поверхности изоляционного тела. По сравнению с изолятором ПС70-Д (строительная высота Н = 127 мм, диаметр изолятора D = 150 мм, длина пути утечки Ц_т = 303 мм) разработан­ный ИДИГР имеет следующие параметры: Н = 190 мм - в полтора раза боль­ше, D = 150 мм, Lyr = 600 мм - в два раза больше.

4.4. Выводы к главе 4.

1. 
   Разработан новый эффективный метод защиты воздушных линий 6(10) кВ от грозовых перенапряжений. Метод предусматривает ограничение рабо­чего градиента напряжения при перекрытии изоляции величиной 7 кВ/м. При этом предотвращается переход искрового перекрытия в силовую дугу путем удлинения пути импульсного грозового перекрытия и обеспечивает­ся повышение надежности работы ВЛИ.
   
2. 
   Разработаны специальные длинно-искровые грозозащитные разрядники (ДИГР), реализующие предложенный метод и исключающие переход ис­крового разряда в силовую дугу при амплитудных значениях перенапряже­ний вплоть до 400 кВ. Предложены два вида ДИГР, отличающиеся спосо­бом установки по отношению к изоляции защищаемой фазы - параллельно изолятору (со стороны опоры) и последовательно (на проводе) с изоляцией защищаемой фазы. Определены основные конструктивные размеры ДИГР для ВЛИ 6(10) кВ, позволяющие снизить практически до нуля вероятность возникновения силовой дуги при грозовых перекрытиях изоляции.
   
3. 
   ДИГР с параллельным включением выполняется в виде отрезка изолиро­ванного провода штыревой или петлевой конструкции, в средней части ко­торой надета металлическая трубка. ДИГР подключается между опорой и проводом через воздушный искровой промежуток величиной « 50 мм, бла­годаря этому исключается воздействие рабочего напряжения на изоляци­онное тело разрядника.
   

В соответствии с предложенным способом защиты для таких ДИГР длина грозового перекрытия должна составлять не менее 80 см.

Установлено, что 50%-ные разрядные напряжения для ДИГР петлевой конструкции составляют: 135 кВ на положительной полярности и 105 кВ - на отрицательной полярности. Соответствующие разрядные напряжения изолятора ШС-10 составили: 146 кВ на положительной полярности и 135 кВ - на отрицательной полярности, такое соотношение разрядных характе­ристик изолятора и разрядника обеспечивает надежную защиту основной изоляции провода ВЛИ 10 кВ от грозовых перекрытий при амплитудных значениях перенапряжений вплоть до iTnep ⁼ 400 кВ положительной и U_nep = 350 кВ на отрицательной полярностях.

4. 
   ДИГР с последовательным включением выполняется в виде изолирующей трубки длиной 130-И 50 мм и толщиной 2+3 мм, надетой на изолированный провод. Помимо выполнения грозозащитной функции изолирующая трубка усиливает изоляцию между проводом и опорой и увеличивает надежность работы линии при рабочем напряжении. Поверх изолирующей трубки раз­мещена металлическая трубка длиной 10-^30 см.
   

Установлено, что при длине изолирующей трубки 130 см, металличе­ской трубки 10 см 50% разрядные напряжения составляют 280 кВ на поло­жительной полярности и 205 кВ на отрицательной

5. 
   Синтезирована конструкция ИДИГР, обеспечивающая выполнение основ­ной функции - изоляции и одновременно грозозащиту ВЛИ. Принцип дей­ствия изолятора основан на эффекте уменьшения вероятности установле­ния силовой дуги при увеличении длины импульсного грозового перекры­тия. За счет спирального ребра на поверхности изолятора создан весьма длинный путь перекрытия изолятора по его поверхности. Вероятность об­разования силовой дуги промышленной частоты сводится практически к
   

нулю, и тем самым обеспечивается бесперебойная работа электрической сети при грозовых перенапряжениях.

6. Выполнена оценка перемещения спиралевидного канала разряда под действием электромагнитных сил. Установлено, что при токах до 10 кА перемещение канала разряда под действием электромагнитных сил не превосходит 3 см. Поэтому при вылете ребра 3 см, начальном радиусе спи­рали канала (цилиндра изолятора) 2,5 см и токах до 10 кА канал разряда будет оставаться на поверхности изолятора. Конечный радиус спирали бу­дет составлять 2,9+5,9 см. При больших токах, по - видимому, произойдет "срыв" канала с изолятора. Однако, для распределительных сетей 10 кВ протекание токов грозового перенапряжения при перекрытии изолятора больших 10 кА очень маловероятно.ГЛАВА 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУКЦИИ ВЛИ 6(10) кВ 5 1. Особенности проектирования ВЛИ 6(10) кВ

В процессе проектирования ВЛИ 6(10) кВ должны быть выполнены сле­дующие электрические и механические расчеты [9, 15, 16, 20, 21, 42, 76].

Электрические расчеты включают:

• 
  определение действующих и перспективных электрических нагрузок и схемы электроснабжения потребителей, обеспечивающих нормируемую надежность;
  
• 
  выбор сечения проводов ВЛИ по условиям нагрева;
  
• 
  расчет потерь напряжения и проверка на допустимые отклонения напряже­ния;
  
• 
  проверка выбранного сечения провода на термическую стойкость с учетом действия АПВ и подпитки точки к.з. от электродвигателей напряжением свыше 1 кВ;
  
• 
  выбор параметров цифровых устройств, в том числе по условиям не­срабатывания защиты после отключения к.з. на предыдущем участке, со­гласования чувствительности защит последующего и предыдущего участ­ков и обеспечения требуемой чувствительности в основной зоне и зонах дальнего резервирования;
  
• 
  согласование селективности действия защиты в сетях 6(10) кВ с учетом действия АПВ и подпитки точки к.з. от синхронных и асинхронных двига­телей напряжением свыше 1 кВ;
  
• 
  выбор средств грозозащиты и мест их установки;
  
• 
  расчет заземляющих устройств;
  
• 
  расчет показателей качества электроэнергии у потребителей;
  
• 
  расчет показателей надежности и бесперебойности электроснабжения.
  

Электрические расчеты выполняются в соответствии с разработанными в гл.2 настоящей диссертации системой выбора сечений изолированных прово­дов по длительно допустимому току и по термической стойкости к токам к.з., методиками оценки термической стойкости изолированных проводов ВЛИ 6(10) кВ с учетом и без учета действия АПВ и подпитки точки к.з. от элек­тродвигателей напряжением свыше 1000 В и методикой выбора и согласова­ния параметров цифровых устройств защиты последующего и предыдущего участка ВЛИ.

Расчеты заземляющих устройств, показателей качества электроэнергии у потребителей, показателей надежности и бесперебойности электроснабже­ния производятся в соответствии с [4, 8, 13-^16 ].

При выборе средств грозозащиты предпочтение отдается длинно- искровым разрядникам, предотвращающим переход искрового перекрытия в силовую дугу, и изоляторам со спиральным ребром на поверхности, обеспе­чивающим выполнение основной функции и грозозащиты одновременно [5]. Механические расчеты включают:

• 
  расчет напряжений и тяжения проводов ВЛИ;
  
• 
  определение величины максимальных пролетов ВЛИ исходя из условий минимума максимальных значений габаритного и ветрового пролетов и прочности используемых опор;
  
• 
  определение габаритов ВЛИ при пересечениях с другими воздушными ли­ниями, инженерными коммуникациями и естественными препятствиями;
  
• 
  расчет закреплений опор в грунте.
  

Проектирование кабельных вставок в линии с изолированными провода­ми выполняются в соответствии с требованиями гл. 2.3 ПУЭ [9].

Рассмотрим особенности механических расчетов и конструирования ВЛИ 6(10) кВ.

5 .2 Механический расчет ВЛИ 6(10) кВ

Расчет напряжений и тяжения проводов ВЛИ. Расчетными климатиче­скими условиями при определении напряжений и тяжения проводов ВЛИ и стрелу их провеса являются:

• 
  высшая, низшая и среднегодовая температуры воздуха в районе прохожде­ния трассы ВЛ;
  
• 
  максимальный нормативный скоростной напор ветра.
  

На основании результатов опыта эксплуатации ВЛИ во Всеволожском районе Ленинградской области гололедные отложения при определении га­баритного пролета не учитываются (см. приложение 3). Учитывается возрас­тание парусности ВЛИ из-за наличия изоляции и изморози.

Ниже приводятся некоторые численные результаты ¿механических расче­тов применительно к электрическим сетям АО "Ленэнерго", климатические условия эксплуатации в котором установлены в соответствии с картами кли­матического районирования по скоростному напору ветра, уточнены по ре­гиональным картам и материалам многолетних наблюдений гидрометеороло­гических станций и метеопостов управлений гидрометеослужбы и энергосис­темы и составляют:

• 
  максимальный нормативный скоростной напор ветра 400 Н/м² (ветровой район II);
  
• 
  расчетные температуры \_тах = +40°С; 1_тт = -35°С; 1_сг - -5°С.
  

Провода ВЛИ постоянно находятся под воздействием механических на­грузок, возникающих от собственной массы провода, изморозевых отложе­ний, ветра и температуры воздуха. В результате действия указанных нагрузок провода испытывают растягивающие усилия. При механическом расчете про­водов предполагается, что все нагрузки, действующие на провод, равномерн

о

распределены по его длине. Отдельные порывы ветра, создающие динамиче­ские нагрузки, не учитываемые при расчете проводов, рассмотрены при про­верочном расчете опор.

Значения допустимых напряжений в проводах определяются для сле­дующих условий:

• 
  наибольшей внешней нагрузки а_в\
  
• 
  низшей температуры ст.;
  
• 
  среднегодовой температуры при отсутствии внешних нагрузок а_ср.
  

Во всех случаях напряжение не должно превышать допустимого напря­жения по католожным данным.


Единичные и удельные нагрузки на провода ВЛИ

Расчет единичных и удельных нагрузок производится по формулам, при­веденным в табл.5.1:

Таблица 5.1. № п.п.	Наименование нагрузки	Единичная (погонная) нагрузка, Н/м	Удельная (приведенная) нагрузка, Н/м-мм2
1	От массы провода	Р\- масса провода длиной в 1 м	¡ i ! 11 ce |JTo
2	От давления ветра на провод,	P2=kmi-aCxr10'3	п i
3	От массы провода и давления ветра на провод,	Р3 = ^Рх2+Р22	г

В табл.5.1 приняты обозначения: d - диаметр провода, мм

;
0,85 - коэффициент, учитывающий неравномерность скоростного напора ветра по длине пролета ВЛИ; С_х = 1,2 - коэффициент лобового сопротивления; <7 = 400 НУм² - скоростной напор ветра в рассматриваемом режиме; 5 - площадь поперечного сечения провода;

кпи - коэффициент, учитывающий увеличение парусности провода из-за наличия изморози;

К\ - коэффициент, учитывающий влияние длины пролета на ветровую нагрузку:


К\ = 1,1 - при длине пролета от 50 до 100 м, К\ = 1,06 - при длине пролета от 100 до 150 м; Напряжения в проводе при различных условиях (режимах) его работы в зависимости от удельных нагрузок, температур и напряжения в начальном состоянии определяются с помощью уравнения:

а


24 • а ^и 24 • сг₀


где: сто - известное напряжение провода в низшей точке начального состоя­ния, Н/мм²;

у₀ - удельная нагрузка провода начального состояния, соответствующая условиям возникновения напряжения сг₀, НУм-мм²; {₀ - температура начального состояния, соответствующая условиям воз­никновения напряжения сг^, °С;

у - удельная нагрузка провода конечного состояния, соответствующая изменившимся условиям, НУм-мм ; / - длина пролета, м; Е - модуль упругости провода, Н/мм ;

Г²-1^г-Е г²о-1^г'Е

>>л.„1 -сг-Е-С-'о) , (5.1

)
а - температурный коэффициент линейного удлинения провода, 1/ °С I - температура конечного состояния, соответствующая изменившимся условиям, °С.

Определение величины максимальных пролетов ВЛИ. На основании расчетов, выполняемых в соответствии с табл.5.1 и урав­нения состояния провода, определяются три критических пролета:

• 
  первый критический пролет 1_к1 - это пролет, для которого напряжения в проводе при низшей температуре - ст., ив среднеэксплуатационном режи­ме достигают допустимых значений - <т_э;
  
• 
  второй критический пролет 1_К2 - это пролет, для которого напряжение про­вода в режиме наибольших нагрузок - сг_в, и в режиме низшей температуры достигают допустимых значений - ст.;
  
• 
  третий критический пролет - это пролет, для которого напряжение про­вода при среднеэксплуатационных условиях равно сг_э, и в режиме наи­больших нагрузок равно - сг_в.
  

Критические пролеты определяются по следующим формулам, выте­кающим из уравнения состояния провода [15, 34]:






(5.2)

2-сг, )б[(а_а-С7₃)Д -(<«-0]



(5.3)

(5.4)

V {г./кУ

УРасчетный габаритный пролет ВЛИ выбирается по монтажным кривым исходя из допустимых тяжений в проводе, стрелы провеса и высоты подвеса провода. Систематический расчет напряжений в проводе в зависимости от климатических условий и длины пролета и стрелы провеса производится с использованием стандартных алгоритма и программы расчета монтажных кривых [15] и положений п.5,2 настоящей работы. Пример таблицы монтаж­ных кривых приведен в приложении 4. Монтажные кривые получены для климатических условий АО "Ленэнерго" (см. П.5,2):

• 
  максимальный нормативный скоростной напор ветра 400 Н/м² (ветровой район II);
  
• 
  расчетные температуры \_тах = +40°С; = -35°С; г_сг = -5°С.
  

На высоту подвеса проводов влияет длина опоры.

Таблица 5.2 Тип опор	Длина опор, м	Высота подвеса, м	Стрела провеса, м
П10-1	11	8-н8,3	3+3,14
П10-5	13	11-5-11,3	5+5,14

Для приведенных типов опор максимальный габаритный пролет (L_r) со­ставляет:

• 
  для П10-1 - 150 м;
  
• 
  для П10-5 - 180 м.
  

Для учета динамических нагрузок (порывы ветра), действующих на опо­ры ВЛИ использована методика, приведенная в [16].

Опрокидывающий момент в сечении на уровне земли:

АСр = >№<*' ад Дс + KJ_X) + M₀ + M_{G 9} (5.5)

где: Q^p - расчетное давление ветра на провод с учетом поправки на высоту подвеса проводов;
М₀ - расчетный изгибающий момент от веса стойки (СО и веса траверсы

(0₂), Н-м;

Мо - расчетный изгибающий момент от ветровой нагрузки на конструк­цию опоры, Н*м; п - количество проводов;

а - коэффициент неравномерности скоростного напораветра по пролету

по [9];

К1 - коэффициент, учитывающий влияние длины пролета на ветровую нагрузку по [9];

К_и - коэффициент, учитывающий изморозевые отложения; Н] - средняя глубина заделки в грунт, м; Н₂ - средняя высота ппдвески проводов, м;


(5.6)

К - коэффициент, учитывающий застроенность и рельеф местности по





оггр-




М_а = 0,40^+0^

где: f - прогиб вершины стойки опоры, соответсвующий расчетному изги­бающему моменту М^р, действующему поперек ВЛИ. Í2 - тот же на высоте подвеса;


(5.7)

К] - коэффициент перегрузки от собственного веса конструкции, обору­дования, проводов.

М_о=0,5Сл^РР{Н + И)К_ъК,

где: С_х = 2 - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления для стойки прямоугольного сечения, СНиП П-6-74; Чтах - максимальный нормативный скоростной напор ветра;
р =1,26 - коэффициент динамичности, учитывающий динамическое воз­действие порывов ветра на опору;

¥ - площадь проекции наземной части опороы на плоскость, перпенди­кулярную ветровому потоку, м², [9]; Н - высота надземной части опоры, м; И - высота надставки, м;

К₃ =1,2 - коэффициент перегрузки от давления ветра на стойку опоры.

(5.8)

где: С⁷_Х = 1,2 - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления для проводов диаметром до 20 мм [9];

К₅ -1,2 - коэффициент перегрузки от давления на провода; ё- диаметр провода, мм.

При определении величины ветрового пролета для изолированных про­водов определяющими являются:

• 
  максимальный ветровой напор;
  
• 
  механические характеристики опор;
  
• 
  геометрические параметры подвеса;
  
• 
  нагрузка от посторонних предметов и изморози.
  

Взаимосвязь перечисленных факторов описывается следующим уравне­нием:

где: М^р - расчетный изгибающий момент в сечении на уровне земли, Н;

При условиях, приведенных в п.5.2 настоящей главы, с использованием приведенных методик, определены максимальные ветровые пролеты:

• 
  110м для П10-1;
  
• 
  Ь_э= 140 м для П10-5.
  

Величина максимального пролета определяется из условия минимума максимальных значений габаритного и ветрового пролетов:

Ь_тах=(Ш, (ЗЛО)

Таким образом, максимальными пролетами для ВЛИ оборудованными опорами П10-1 и П10-5 являются 110 м и 140 м соответственно [40].

Определение габаритов ВЛИ при пересечениях с другими воздушными линиями, инженерными коммуникациями и естественными препятствиями производится в соответствии с [9, 10].

Расчет закреплений опор в грунте выполняется в соответствии с [9, 16] и инструктивными материалами главгосэнергонадзора.

5.3. Конструкции элементов ВЛИ 6(10) кВ

Учитывая имеющийся опыт проектирования и строительства ВЛИ 6(10) кВ для высоковольтных линий с изолированными проводами используются конструкции, в основном, аналогичные конструкциям по типовому проекту [13] для неизолированных проводов.

Вариант с траверсами по типовому проекту [13].

В качестве несущей конструкции используется железобетонные стойки СВ 105-3,6. Элементы металлоконструкций ( траверсы, хомуты, накладки и т.д.) так же используются по типовому проекту [13, 14] без изменений.







Рис.5.1. Промежуточная опора П10-1

Траверса ТМ1 выполняется из уголка 70x70x5 с креплением проводов к изоляторам на приваренных штырях и креплением к стойке хомутом. Сред­няя фаза ВЛИ 6(10) кВ располагается на уголке 70x70x5, приваренном к по­перечной опоре, и вместо штыря для установки изолятора используется круг­лая сталь диаметром 20 мм. Траверса обеспечивает расстояние между фазами 1300 мм.







Рис.5.2.Угловая промежуточная опора УШО-1 Траверса ТМ5 имеет коробчатое сечение и выполнена из сваренных уголков 50x50x5 с креплением к стойке хомутом. Соединение стойки и под­коса осуществляется с помощью узла крепления У1 (см. схему установки стойки опоры по чертежу типового проекта [13]).


.11111






Рис.5.3.Анкерная (концевая) опора А10-1 Траверса ТМ6 изготавливается из уголка 100x100x8. Крепление прово­дов осуществляется через петлю на натяжных гирляндах. Средняя фаза ВЛИ крепится через накладки ОГ2 болтом Б5. Шлейф закреплен на штыревом изоляторе.







Рис.5.4.Угловая анкерная опора УА10-1 Траверса ТМ6 изготавливается из угловой стали 100x100x8. Крепление траверсы осуществляется также, как на анкерной опоре А10-1. Предусмотре­на конструкция, предотвращающая приближение провода к опоре. Соедине­ние двух подкосов к стойке опоры выполнено узлом У1 [13].







Рис.5.5.Концевая опора с разъединителем у подстанци с воздушным вводом

КР10-1.

Траверса ТМ6 изготовлена из уголка 100x100x8. Крепление траверсы к опоре выполнено хомутом. Крепление подкоса к стойке опоры осуществляет­ся узлом У1.




Рис.5.6.Концевая опора с кабельной муфтой КМ 10 Крепление траверсы ТМ6 на опоре осуществляется по чертежу типового проекта [13]. Кабельная муфта крепится к стойке кронштейном КМ1. Кабель и защитный уголок 80x80x6 крепятся к стойке скобами. Крепление подкоса к стойке опоры выполнено узлом У1.




Вес металлоконструкций ряда опор по варианту с траверсами по типо­вому проекту [13] приведены в табл.5.3.

Таблица 5.3. Вес металлоконструкций ВЛИ оборудованных по типовом) проекту [13]. №	Тип опоры	Траверса:		Вес металлоконструкций, кг
		тип	вес, кг
1.	1110-1	ТМ1	17,2	18,4
2.	УП10-1	ТМ5	17,3	47,9
3.	А10-1	ТМ6	23,0	50,0
4.	УА10-1	ТМ6	23,0	62,1

550

Вариант с укороченными траверсами. В связи с тем, что введены вре­менные "Правила устройства опытно-промышленных воздушных линий электропередачи напряжением 6-20 кВ с проводом SAX" и п.2.5.54 [9] до­полнен информацией: "расстояние между изолированными проводами на опоре и в пролете ВЛИ 6-20 кВ должно быть не менее 0,4 м при любом рас­положении проводов на опоре и любом районе климатических условий", представляется возможность уменьшить расстояние между фазами изолиро­ванных проводов. Поэтому были рассмотрены конструкции опор с укорочен­ными траверсами и использованием несущих конструкций типовых проектов [13,14].

550

5