Защита линий электропередач от гололедообразования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАЩИТА ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ ОТ ГОЛОЛЕДООБРАЗОВАНИЯ

PROTECTION OF POWER LINES AGAINST ICING

Д.Г. Щербинин, А.В. Дука,

А.А. Шевцов, А.В. Донцов

Воронежский государственный

архитектурно-строительный

университет, Россия

Защита ЛЭП - это необходимые для нормального функционирования линии электропередачи действия, направленные на сохранение целостности системы электрических сетей. Для того, чтобы обеспечить непрерывную и эффективную работу линии электропередачи, необходимо по возможности оградить ЛЭП от негативных воздействий окружающей среды.

Воздушные линии электропередачи ежедневно подвергаются различным нагрузкам: это и погодные явления, и птицы, и самовольные подключения к сети со стороны недобросовестных граждан.

Так, например, защита ЛЭП от гололёда, зачастую вызывающего обрыв проводов, производится с помощью специальных устройств. Это так называемые ограничители гололёдообразования. Такие устройства подвешиваются на провода с подветренной стороны и мешают образованию льда, который может стать причиной их обрыва. Для защиты ЛЭП от птиц также разработаны специальные устройства. Чтобы не допустить выхода из строя воздушной линии электропередачи из-за птиц, на оголённый провод в месте соединения его с изолятором надевается пластиковый чехол.

При ухудшении погодных условий (в частности, при грозе) также требуется защита ЛЭП. Для этого разработаны так называемые длинно-искровые разрядники. Помимо прочего, для непрерывной работы линии электропередачи необходимо произвести защиту ЛЭП от короткого замыкания, вызываемого скачками напряжения. Чтобы не допустить выхода из строя ЛЭП, на неё устанавливаются дифференциально-фазные высокочастотные защиты, принцип действия которых состоит в сравнении фаз токов по концам линии. При этом генератор высоких частот управляется непосредственно током при помощи специального трансформатора, и работает генератор только в течение положительных полупериодов тока промышленной частоты.

Не стоит забывать и о защите опор ЛЭП от внешнего воздействия. Стальные опоры обязательно покрываются специальной краской, защищающей их от коррозии. Деревянные опоры, используемые при строительстве линий электропередачи небольшой мощности, пропитываются особым составом, продлевающим срок их службы.

Образование гололеда наблюдается обычно при неустойчивой погоде, когда оттепель сменяется похолоданием, при температуре ниже нуля, в туманную погоду или при выпадении переохлаждённого дождя.

Различают три основных вида гололёдных образований: 1) гололед, 2) изморозь, 3) смесь из осадков гололеда и изморози.

Рис. 1 - Гололедообразование на ЛЭП

Рис. 2 - Овалообразный гололёд

защита линия электропередача гололед

Гололёд представляет собой плотную твёрдую прозрачную или полупрозрачную массу с объёмным весом 0,6-0,9. Осадки гололёда плотно пристают к металлическим проводам. Образование гололёда происходит при температуре от 0 до -3, -5°. По своей форме гололёд может быть гребнеобразным, овалообразным, волнистообразным и футлярообразным. Наиболее часто встречаются первые две формы гололёдообразований. Гребнеобразный гололёд отлагается с наветренной стороны провода и имеет вид пластинки, сужающейся по мере удаления от провода. Овалообразный гололёд отлагается также с наветренной стороны, другая же сторона провода или остаётся совершенно чистой или имеет значительно меньшее отложение. Поперечное сечение отложений гололёда имеет в этом случае форму, приближающуюся к овальной.

Изморозь представляет собой кристаллический осадок с объёмным весом от 0,02 до 0,1. Температура, при которой происходит образование изморози, лежит обычно в пределах 5; -10°.По своей форме и структуре изморозь бывает пушистая, иглообразная и веерообразная. Пушистая изморозь имеет весьма нежное строение и напоминает по своему виду отложения снега. Иглообразная изморозь состоит из мельчайших кристаллов, образующих остовы в виде иголок. Веерообразная изморозь имеет контур отложения на проводе, подобный профилю метелки или веера, и имеет обычно более плотную структуру.

Смесь образуется при последовательных наслоениях гололёда и изморози, следующих друг за другом в том или другом порядке. Объёмный вес смеси изменяется в пределах от 0,2 до 0,6. Наиболее часто встречается смесь прямого наслоения, появляющаяся в результате последовательного отложения гололёда, а затем изморози. Бывают также смеси обратного и комбинированного наслоения, а также смеси чистого вида, напоминающие по своей форме гребнеобразный гололёд.

Отложения гололёда, изморози и смеси происходят в большинстве случаев при ветре с наибольшими скоростями до 10-20 м/сек, В тех случаях, когда направление провода примерно перпендикулярно направлению ветра, гололёдные отложения образуются с наветренной стороны проводов. Если ветер направлен вдоль провода, отложения гололёда происходят по всей поверхности провода, но имеют в таких случаях значительно меньшую интенсивность, и более пористую структуру.

Наблюдения показывают, что интенсивность гололёдообразования изменяется в зависимости от высоты расположения проводов. При этом чем мощнее гололёдонесущий поток, тем больше разность интенсивности гололёдообразования на различных высотах.

Сильный гололёд значительно повышает нагрузку на провода и опоры, особенно в тех случаях, когда он сопровождается сильным ветром и может поэтому повести к серьёзным повреждениям контактной сети (обрывам проводов, повреждениям опор и т. п.).

Если провод уже покрылся гололёдом, то, пропуская через него соответствующей силы ток, можно нагреть его до температуры, при которой гололёд начинает постепенно таять и опадать с провода. Нагрев проводов током в весьма значительной степени зависит от метеорологических условий - от температуры воздуха и от ветра. При низких температурах и особенно при сильных ветрах охлаждение проводов происходит значительно интенсивнее, вследствие чего для нагрева проводов до температуры, при которой плавится гололёд, требуются большие силы тока, пропускаемого по проводам. Нагрев током проводов контактной сети перегонов может быть осуществлён путём соединения контактной подвески с тяговым рельсом через специальные разъединители, установленные в соответствующих пунктах участка, или через реостат соседней тяговой подстанции. На двухпутных участках для плавки гололёда контактные подвески главных путей можно включать петлёй, замыкая для этого соответствующие поперечные секционные разъединители. В этом случае устраняются бесполезные потери энергии в рельсовой цепи при проведении плавки гололёда. Величина наибольшего допустимого тока плавки определяется из условия, чтобы ни в одном из проводов плотность тока не превышала допустимых по нагреву значений. Этим устраняется возможность опасных перегревов проводов во время продолжающейся плавки гололёда при частичном его опадании с отдельных проводов или на отдельных участках подвески.

Для того чтобы по возможности уменьшить время, требуемое для оплавления гололёда, схемы плавки гололёда должны устанавливаться таким образом, чтобы токи плавки получались возможно большими в указанных выше допустимых пределах. Схемы включения отдельных секций и величины требуемых сил тока для плавки гололёда должны быть заранее разработаны для каждого участка контактной сети. Во время плавки гололёда на линии должно быть установлено наблюдение за ходом плавки. Немедленно после опадания гололёда плавку необходимо прекращать, так как дальнейшее пропускание большого тока может повести к опасным перегревам провода.

На тех участках, где предусматривается возможность плавки гололёда током, необходимо особенно внимательно следить за тем, чтобы в контактной подвеске при включении её для плавки гололёда не было мест с ослабленным сечением и чтобы было обеспечено хорошее качество контакта в питающих зажимах. Другим способом очистки проводов от гололёда является удаление образовавшегося на проводах льда механическим путём. Если гололёд имеет рыхлое строение, он может быть сбит с проводов с земли длинными деревянными шестами. Более плотный гололёд может быть срезан с провода при помощи двух штанг, имеющих на концах крюки специальной формы. Основной крюк, надевающийся на провод, имеет четырёхгранное сечение. После того как этот крюк надет на провод, за имеющийся на его конце крючок зацепляют крюк второй штанги, после чего двое рабочих, протягивая штанги с крюками вдоль провода, срезают с него гололёд. При проходе под струнами и фиксаторами штангу приходится снимать с провода и снова надевать на провод за струной или фиксатором. Выполнение этой работы под напряжением может быть допущено лишь в случае применения изолированных штанг, проверенных и испытанных в установленном порядке. На участках, подверженных большим гололёдам, провода в зимнее время желательно держать смазанными тонким слоем жидкой смазки. Это хотя и не предохраняет провода от образования на них гололёда, но обеспечивает меньшую прилипаемость гололёда к проводу и значительно облегчает очистку от него провода.

Для обеспечения безаварийной работы контактной сети в зимний период необходимо как можно чаще и тщательнее производить очистку проводов станционных путей от гололёда, обращая особенное внимание на те пути и участки станции, на которых происходит съём с контактного провода больших токов. В периоды сильных морозов на станциях с большой маневровой работой, выполняемой паровозами, а также на головных станциях электрифицированных участков с электровозной тягой выделяются специальные бригады, несущие сменное круглосуточное дежурство по очистке проводов от гололёда.

Очистка станционных контактных проводов от гололёда производится в настоящее время исключительно механическими способами. Очистка ведётся с изолированных лейтеров или вышек автодрезин или при помощи специальных изолированных штанг с земли.

Для очистки контактного провода от гололёда с земли при помощи изолированной штанги применяется устройство. Оно состоит из укрепляемой на штанге головки, снабжённой роликом и рычагом с ножом. При работе ролик надевается сверху на провод, и рычаг с ножом подводится под провод, после чего приспособление передвигается от струны к струне. Положение рычага регулируется таким образом, чтобы штанга в рабочем положении располагалась с небольшим наклоном к вертикали, благодаря чему обеспечивается необходимое нажатие ножа на провод. При проходе под струнами штангу приходится каждый раз снимать с провода. Для облегчения очистки проводов необходимо периодически после очистки от льда покрывать провод тонким слоем смазки или керосина. При этом условии лёд отскакивает от него при очистке в виде легко отделяемой корки.

Сегодня практически каждая служба эксплуатации электрических сетей имеет опыт борьбы с серьезными последствиями разгула стихии, такими, как ледяной дождь или резкие переходы температуры воздуха через ноль, сопровождающиеся образованием гололеда толщиной стенки более 30 мм.

Рис. 3 - Системы раннего обнаружения гололеда «CAT-1»

Для того чтобы поддерживать надежность ВЛЭП в таких климатических районах, разработаны различные системы раннего обнаружения гололеда (СРОГ). Принцип их работы может быть основан на измерении:

* напряжения провода;

* затухания в оптических волокнах грозотроса или фазного провода;

* критических стрел провеса;

* климатических условий на метеостанциях;

* вибрационных характеристик проводов;

* температуры провода в пролете.

Наиболее эффективной, как показала российская (1-9) и мировая (10-11) практика, является система раннего обнаружения гололеда, основанная на измерении напряжения (тяжения) проводов в анкерном пролете и основных параметров (температура окружающей среды, интенсивность солнечной радиации и т.д.), имеющая автономную систему электропитания и связи с подстанцией (РДУ/ОДУ и другие)

Одну из таких эффективных систем - «CAT-1» - разработала в 1991 году американская компания The Valley Group, Inc, вошедшая в 2007 году в концерн NEXANS. С момента первых опытных образцов система претерпела множество изменений и была установлена более чем в 100 энергосистемах мира. В настоящее время используется, в основном, система «CAT-1™», предназначенная для раннего обнаружения гололеда.

В ходе проведенной работы было выяснено, что на сегодняшний момент борьба и защита от гололедообразования весьма актуальна для стран с холодным климатом.

Библиографический список

1. Крюков К.П. Конструкции и механический расчет линий электропередач / К. П. Крюков, Б.П.Новгородцев // 1979. - С. 11-18.

2. Кесельман, Л.М. Основы механики воздушных линий электропередачи / Л.М. Кесельман. - 1992. - С.50-55.

3. Александров, Г.Н. Проектирование линий электропередачи сверхвысокого напряжения / Г.Н. Александров // 1983.- С. 94-98.

4. Андреевский, В.Н. Эксплуатация воздушных линий электропередачи / В.Н. Андреевский // 1976. - С. 75-81.

5. Глазунов, А.А. Основы механической части воздушных линий электропередачи. / А.А. Глазунов // С. 23-25.

6. Вихарев, А.П. Проектирование механической части воздушных ЛЭП / А.П. Вихарев // 2009. - С. 19-23.

Размещено на Allbest.ru