Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук, профессор Абрамович Б. Н. СанктПетербург 199
 Скачать 2.67 Mb.
|
|
Из сравнения результатов испытаний приведенных в таблицах 2.7 и 2.8 следует, что предел прочности отдельно зажатой проволоки на 5ч-7% выше прочности всего пучка, что связано с явлением "выползания из зажимов" образца при испытаниях пучка. Из проведенных механических испытаний изолированных и неизолированных проводов отечественного и зарубежного производства можно сделать следующие выводы: Механические характеристики отдельных проволок, входящих в провода различных марок 1. Зарубежные изолированные провода, изготовлены из алюминиевого сплава, предел прочности которого в 2-^-2,5 раза превосходит предел прочности алюминиевого сплава, используемого для производства отечественных проводов марок А, АС, ACO, АСУ. В комбинированном сталеалюминиевом тросе провода "Торсада" используется алюминиевая проволока, близкая по механическим характеристикам к алюминиевой проволоке отечественного производства. Предел прочности ан* отечественного сталеалюминиевого провода (327 МПа) практически совпадает с аналогичной величиной зарубежных проводов ( "SAX70" и фирмы Cableries de Lens 6 кВ). В отечественных сталеалюминиевыех проводах не происходит накопления вязких деформаций (деформаций ползучести) за счет наличия стального провода. Воздушные линии электропередачи с алюминиевыми проводами обладают ползучестью и постоянным увеличением стрелы провисания при гололедных нагрузках. Алюминиевые провода из сплавов повышенной прочности этими недостатками не обладают. 2.4. Сравнительный анализ показателей надежности ВЛ с изолированными и неизолированными проводами Выполним сравнительный анализ показателей надежности ВЛ с изолированными и неизолированными проводами на основе статистических данных по отказам в BJI 6(10) кВ АО "Ленэнерго" и оценки поведения изолированных проводов в экстремальных ситуациях с учетом их физико-химичес- ких свойств. При этом ВЛ, с позиций теории надежности, рассматривается как сложная электромеханическая структура, состоящая из последовательно соединенных элементов: проводов, изоляторов, разрядников, траверс, опор и заземляющих устройств. Отказ каждого из элементов приводит к отказу всей структуры. Сбор статистических данных по отказам В Л проводился в соответствии с "Указаниями по заполнению ведомостей нарушений в воздушных распределительных сетях напряжением 0,4 - 20 кВ Министерства энергетики и электрификации СССР", Союзтехэнерго, М., 1984 и "Рекомендациями по организации учета и анализа отключений в воздушных электрических сетях напряжением 0,38 - 20 кВ", ОРГРЭС, М., 1994 [11, 17]. Количественные данные и классификация отказов по ВЛ 10 кВ предприятий электрических сетей АО "Ленэнерго" за пять лет (1991-1-1995 г.г.) приведены в табл. 1-гб приложения 1. Длина В Л 6(10) кВ в АО "Ленэнерго" практически постоянна и в среднем составляет 16083 км. Среднее количество отказов за год пгод составляет 1100. Все отказы были сгруппированы в четыре группы. В первую группу отказов П] входят отказы обусловленные изменением свойств материала в процессе эксплуатации (коррозия, старение изоляции, загнивание древесины и т.п.). Во вторую группу отказов п? входят отказы, вызванные влиянием климатических условий (атмосферные перенапряжения, скорость ветра и толщина гололеда выше расчетной, температурные атмосферные воздействия и т.п.). В третью группу отказов п3 входят отказы, вызванные посторонними воздействиями (падение и приближение деревьев, перекрытие птицами и животными и т.п.). В четвертую группу отказов щ входят отказы, обусловленные недостатками проектирования, дефектами конструкции и изготовления, дефектами монтажа, транспортировки и хранения и т.п. Среднее число отказов за год П1 = 137 (12,4% от общего числа отказов), п2 = 94 (8,6%), п3 = 544 (49,5%), щ - 323 (29,4%). Наибольшее число отказов (49,5%) обусловлено посторонними воздействиями, на втором месте находятся отказы, возникающие из-за недостатков проектирования и дефектов конструкции и монтажа. Таким образом, существенным резервом повышения надежности ВЛ 6(10) кВ в первую очередь являются: повышение механической прочности и повышение качества проектирования и строительства линий. На основании таблиц приложения 2 при допущении, что закон распределения случайных величин, характеризующих надежность СЭС, является экспоненциальным, [58] определена частота отказов на 1 км ВЛ по формуле: /7, + п2 + «з + пА 7(/)Д/ ' где: l(t) - средняя длина ВЛ 6(10) кВ за расчетный период; Д/ = 1 год - расчетный период. В соответствии с табл. 2.9 сон = 0,0584^-0,0742 год"1, среднее значение соне ^ 0,0684 год1. При выполнении ВЛ с использованием изолированных проводов, благодаря их физико-химическим свойствам, представляется, что группы отказов ni и щ в процессе эксплуатации практически будут отсутствовать. Это подтверждается результатами эксплуатации ВЛИ 6(10) кВ [6, 37, 100, 101]. Тогда частота отказов ВЛИ определится из выражения: Щ + »4 "" " 7(/)А/ ' Как следует из табл. 2.9 сои = 0,0230-f-0,0361 год"1, среднее значение соис = 0,0287 год"1. В табл.2.9 приведен параметр Доз, характеризующий относительное уменьшение частоты отказов при использовании изолированных проводов. Величина Дсо определялась по формуле: п2 +/?3 Результаты вычислений значений Дсо приведены в табл.2.9. На основании сопоставления значений сои, сон и Дсо, можно ожидать, что применение изолированных проводов в ВЛ 6(10) приведет к уменьшению частоты их отказов в 2,055-^2,925 раза (в среднем 2,383 раза).
ВЛ ВЛИ ВЛ вли Финляндия АО "Ленэнерго" Рис.2.10. Частоты отказов ВЛ с изолированными и Характеристики надежности ВЛ 6(10) кВ с изолированными и неизолированными проводами по АО "Ленэнерго" (0X102 л 7 6 5 4 3 2 неизолированными проводами На рис.2.10 приведены сравнительные данные по частотам отказов на 100 км воздушных линий с изолированными и неизолированными проводами в энергосистеме Финляндии и АО "Ленэнерго". Как следует из рис.2.10 частоты отказов в энергосистеме Финляндии несколько ниже, что можно объяснить более высоким качеством проектирования, изготовления и монтажа воздушных линий 6(10)кВ. Применение изолированных проводов в энергосистеме Финляндии позволило в 5 раз снизить частоту отказов. 2.5. Выводы к главе 2 Проведены испытания изолированных и неизолированных проводов отечественного и зарубежного производства для BJI 6(10) кВ. В результате испытаний установлены их прочностные электрические и механические характеристики, проведен их сравнительный анализ. Даны рекомендации по применению различных типов изолированных проводов для производственных, горных и муниципальных предприятий Северо-Запада. Установлено, что пробивные напряжения изолированных проводов при приложении груза и без него практически не отличаются. Определена кратковременная электрическая прочность всех испытанных типов проводов. Для проводов типа "Торсада" (фазный провод) и "SAX-70" она составляет 42-^45 кВ. Изоляция троса проводов типа "Торсада" и изолированного провода фирмы Cableries de Lens пробивалась при напряжении 30-г35 кВ. Установлено, что на величину пробивного напряжения существенное влияние оказывает конструкция жилы и эксцентриситет изоляции. Установлены величины пробивного напряжения изоляции при схлестывании проводов (при междуфазных перекрытиях). Для фазных проводов типа "Торсада" 0,4 кВ и "SAX-70" 10 кВ пробивное напряжение имеет стабильное значение равное 65 кВ. У проводов, имеющих эксцентриситет жилы, пробивное напряжение при схлестывании изменяется в пределах 45+65 кВ. Изолированные фазные провода типа "Торсада" 0,4 кВ успешно выдержали испытания по полной программе, предназначенной для кабелей с полиэтиленовой изоляцией 3; 6; и 10 кВ, включая воздействие напряжения 18 кВ в течение 4-х часов без пробоя. Т.к. толщина изоляции для всех типов проводов примерно одинакова, то наибольший запас прочности оказался у проводов типа "Торсада" 0,4 кВ, рассчитанных на наименьшее рабочее напряжение. Сравнительные механические испытания шести типов проводов на растяжение показали, что у провода типа "SAX-70" 10 кВ и изолированного провода 6 кВ фирмы Cableries de Lens усредненный предел прочности сгн = 315 МПа, что в 2,5 раза превосходит прочность алюминиевого сплава, используемого в отечественных алюминиевых проводах типа А 70 (ан =125 МПа). Предел прочности отечественного сталеалюминиевого провода АС 70 (ан = 327 МПа) аналогичен величине прочности зарубежных проводов, выполненных из альдрея и альмелека. Выполнен сравнительный анализ показателей надежности ВЛ с изолированными и неизолированными проводами. Установлено, что в условиях "Ленэнерго" частота отказов на 1 км составляет сон - 0,0584+0,0742 год"1, среднее значение сонс - 0,0684 год"1. Наибольшее число отказов (49,5%) обусловлено посторонними воздействиями, на втором месте находятся отказы, возникающие из-за недостатков проектирования и дефектов конструкции и монтажа. Установлено, что физико-химические свойства изолированных проводов позволяют частично или полностью исключить отказы, вызванные влиянием климатических условий и посторонними воздействиями, уменьшить частоту отказов ВЛ 6(10) кВ в 2,4 и более раз. Установлено, что в условиях Северо-Запада РФ наиболее подходящим типом провода являются провода, имеющие конструкцию, аналогичную проводам типа "SAX" фирмы Nokia Cables (Финляндия). При этом следует ожидать, что средняя частота отказов составит не более 0,0287 год"1. Показано, что существенным резервом повышения надежности BJI 6(10) кВ в первую очередь являются повышение механической прочности, качества проектирования и строительства линий.Глава 3 ВЫБОР СЕЧЕНИЯ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ И ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ 3.1 Выбор сечения изолированных проводов ВЛИ 6(10) кВ по условиям нагрева Условия охлаждения изолированных проводов отличаются от соответствующих условий для неизолированных проводов. Тепловому потоку, идущему от жилы провода, приходится преодолевать тепловое сопротивление слоя изоляции. Закон отдачи тепла с наружной поверхности провода тот же, что и для голых проводов. Путем теоретических и экспериментальных исследований установлено, что длительно допустимые нагрузки для изолированных проводов больше, чем соответствующие нагрузки для неизолированных проводов одинакового сечения. Этот факт объясняется следующими причинами: изолированный провод по сравнению с голым того же сечения имеет большую поверхность охлаждения; поверхность изолированного провода обусловливает лучшую отдачу тепла в окружающую среду, чем голого провода. Поверхность изолированного провода шероховата и имеет более темный цвет. Первая причина увеличивает отдачу тепла конвекцией, вторая - лучеиспусканием; изоляционное покрытие провода представляет относительно малое тепловое сопротивление. Сечение изолированных проводов необходимо выбирать по нагреву длительно допустимым током и проверять на термическую стойкость при максимально возможных токах к.з. Выбор сечения проводов по допустимому длительному току. Выбор сечения изолированных проводов производится из условия: (3.1) где: 1р - расчетный ток ВЛИ; 1дд - длительно допустимый ток провода заданного сечения. Длительно допустимые токи для изолированных проводов приводятся в справочной литературе. Длительно допустимые токи для изолированных проводов типа SAX при температуре окружающего воздуха -г20°С приведены в таблице "Электрические характеристики изолированных проводов" [7]. Значения этих токов получены исходя из длительно допустимой температуры нагрева проводов SAX, равной +80°С [6]. Данное значение длительно допустимой температуры изолированных проводов обусловлено физико- химическими свойствами сшитого полиэтилена [43]. Так для неизолированных проводов длительно допустимая температура нагрева равна +70°С [8, 9], то изолированные провода находятся в лучшем положении. Выбранные неизолированные провода практически всегда выдерживают рассматриваемую проверку, следовательно и изолированные провода будут, как правило, ее выдерживать. Проверка изолированных проводов на термическую стойкость Проверка сечения жилы изолированного провода на термическую стойкость может выполняться по одной из следующих формул [34, 39]: '(3) К у — V п 'mb с: , (3.2 )
где: 8ПШ1 - минимальное сечение жилы провода по условию термической стойкости; |