ГЛАВА 6. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Веников В.А. /45/ считает: «Передача электрической энергии по линии электрической сети обусловлена распространением электромагнитного поля в проводах и окружающем их пространстве» и предлагает расчет линии электропередачи вести исходя из теории передачи электромагнитными волнами. Он считает, что при анализе работы электропередач длиной до 200 – 300 км относительно невысокого номинального напряжения в большинство случаев можно не учитывать волновой характер передачи электроэнергии. Не существует объяснения, почему при больших длинах его надо учитывать. Режим работы таких электропередач рассчитывают на основе их схем замещения с сосредоточенными параметрами. В учебниках по электрическим сетям и системам расчет режимов ведут согласно законам Ома и Кирхгофа по схемам с сосредоточенными параметрами, которые применимы при передаче энергии по проводу электронной проводимостью. Практики и при больших длинах расчеты ведут также как и короткие линии.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

5.3. О прямой и обратной волне

Считается /44,45/, что передача энергии связана с распространением бегущих результирующих волн тока и напряжения, каждую из которых для удобства анализа представляют двумя бегущими волнами – прямой (падающей) и обратной (отраженной). Падающей электромагнитной волной называют процесс перемещения электромагнитной волны от источника к приемнику. Отраженной электромагнитной волной называют процесс перемещения электромагнитной волны от приемника к источнику энергии. Утверждается, что передача активной мощности по линии совершается именно за счет движения результирующих волн напряжения и тока. Считается, что как прямая, так и обратная волна несут активную и реактивную мощность. Также считается, что при каких-то условиях могут отсутствовать обратные волны. При рассмотрении линий низких и высоких напряжений обычно в литературе ничего не говорится о прямых и обратных волнах. При рассмотрении сверхвысоковольтных линий электропередач наряду с рассмотрением их как цепи с распределенными параметрами, принято считать, что передача электроэнергии имеет волновой характер и имеет место прямая и обратная волна.

Проведя анализ методов расчета обычных и сверхвысоковольтных линий, мы пришли к заключению, что в передачах переменного тока любой длины и любого напряжения применима выше рассмотренная электронная теория электропередачи и не подходит теория передачи электромагнитными волнами и отсутствуют прямые и обратные волны. Электропередачи переменного тока представляют собой замкнутые цепи и ни от чего отражаться потокам электронов в проводнике. Отраженные волны могут иметь место в высокочастотных передачах радиоволнами так и в высокочастотных передачах энергии по проводам, где имеет место передача токами смещения. Ошибочно энергетики переняли волновую теорию передачи у связистов.

Содержание главы:

ГЛАВА 5. О ПРИРОДЕ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО ЛЭП

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

5.2. Теория передачи электромагнитными волнами (Волновая теория)

Если же поля изменяются быстро (большие частоты), то основную роль играют токи смещения, и электрические явления определяются электромагнитными волнами. При этом основные процессы происходят между проводами в окружающей среде и электрические явления практически не зависят от свойств материала проводов.

Скорость передачи электромагнитными волнами принимается равной скорости света С = 300*10³ км/сек.

Длина волны при этом будет равна λ = 0,02*300*10³ (км).

Передача электромагнитными волнами, согласно основному положению теории Максвелла, осуществляется следующим образом. Электромагнитная волна распространяется вдоль линии путем превращения электрического поля в магнитное и обратного превращение в электрическое.

Электрическое и магнитное поля играют непосредственную роль в передаче электроэнергии. Начиная с генератора магнитное поле, вызывает движение электронов. Движение электронов (электрический ток) создает магнитное поле, которое в свою очередь вызывает движение электронов. Передача переменного тока частотой 50 Гц электромагнитными волнами или токами смещения не выдерживает критики. Токами смещения можно передавать очень малую энергию и только высокочастотную.

Проанализируем изменения параметров, характеристик линии с ростом напряжения и протяженности для выявления причин, по которым передача энергии токами проводимости переходит к токам смещения.

С ростом дальности линии растет активное и индуктивное сопротивления, емкостная проводимость, соответственно, индуктивная и емкостная мощности линии пропорционально ее длине, которые не могут резко изменить процесс передачи энергии, так как все зависимости являются линейными. Активное, реактивное сопротивления прямо пропорциональны длине, соответственно генерируемая и потребляемая мощности будут пропорциональны длине линии. С ростом напряжения сильно увеличивается емкостная мощность пропорционально квадрату напряжения. Однако, ее доля относительно натуральной мощности линии в зависимости от колебания напряжения мало меняется и составляет примерно 10% на 100 км длины линии.

В зависимости от частоты, видимо имеет место рост доли передачи энергии электромагнитными волнами, так как емкостная проводимость b₀ = ωC₀прямо пропорциональна частоте ω = 2πf.

В линиях связи, где применяются частоты в тысячи и сотни тысяч раз большие, чем в линиях электропередачи, несомненно, основная роль передачи энергии принадлежит электромагнитным волнам, а основная роль в передаче переменного тока принадлежит токам проводимости проводника.

Весь опыт проектирования линий электропередачи (выбор сечения проводов, расчет и выбор трансформаторов и т.д.), расчеты их параметров (потери мощности, энергии, напряжения и т.д.) показывают, что передача электрической мощности частотой 50 Гц в основном осуществляется за счет электронной проводимости проводов. При передаче электрической энергии устанавливается электрическое поле (поле смещения) и магнитное поле и они влияют на параметры линии: емкостную проводимость, емкостную и индуктивную мощности и на их баланс. Электромагнитными волнами не может быть передана даже какая-то часть активной мощности при такой низкой частоте, которая применяется в передачах переменного тока.

Подтверждением передачи энергии за счет электронной проводимости проводов является факт определения индуктивной и натуральной мощностей на линии, исходя из факта протекания тока по проводнику.

Возникает вопрос, не допускаем ли мы ошибки при анализе режимов и в расчетах сверхвысоковольтных длинных линий, принимая, что в ней природа передачи иная, чем в обычных линиях. Мы считаем, что волновая теория электропередачи не подходит для расчетов линий электропередач переменного тока 50 Гц любого класса напряжения, в том числе и в передачах сверхвысоких напряжений.

При передаче энергии по сверхвысоковольтным длинным линиям электронной проводимостью, для них так же должны быть применены законы Ома, Кирхгофа и других. При таком подходе возникает задача пересмотра существующих их методов расчета.

Содержание главы:

ГЛАВА 5. О ПРИРОДЕ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО ЛЭП

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

5.1. О теории передачи электрической энергии электронной проводимостью

Согласно квантово-механической теории электропроводности металлов, электропроводность зависит от подвижности и плотности свободных электронов, от длины свободного пробега электрона, а скорость передачи электрической энергии – от средней скорости мигрирующих электронов.

Сила тока проводимости i определяется плотностью тока j, которая связана с напряженностью Е законом Ома

j = γE,

где γ — удельная электропроводность материала проводника, равная

γ =ne²/2m

С другой стороны

J = nev,

Где n – концентрация электронов, е – заряд, v – средняя скорость упорядоченного движения электронов, которое равно

V = eEt/2m,

Где t – среднее время свободного пробега электронов, m – масса носителя заряда.

Плотность тока определяется из выражения

J = ne² tE/2m

В виду того, что скорость передачи электрической энергии по металлу зависит от скорости мигрирующих электронов, которая равна V=1000 км/сек, скорость передачи электрической энергии по проводам равна скорости электронов /35/.

Длина волны в таком случае составит всего

λ = TV = 0,02*1000 = 20 км,

где Т — период, при частоте f=50 гц, равный 0,02 с.

В учебном пособии по физике «Электричество» /36/ отмечено, что существуют два различных процесса передачи электрической энергии: с помощью токов проводимости и при помощи токов смещения (электромагнитных волн). Если скорость изменения полей мала (малые частоты), то токами смещения можно пренебречь по сравнению с токами проводимости и последние играют основную роль. В этом случае электрические явления существенно зависят от сопротивления линии и, следовательно, от материала проводов.

Переменный ток частотой 50 Гц относится к низким частотам, поэтому надо считать, что передача электрической энергии переменным током осуществляется токами проводимости. Необходимо отметить, что вопросы разграничения двух процессов передачи электрической энергии в зависимости от частоты в литературе не приводятся. В линиях связи (телефон, телеграф, радио, телевидение), где применяются высокие частоты, сечение провода и материал не играют существенной роли, так как передача электрической энергии осуществляется распространением электромагнитных волн вдоль проводов линии.

Содержание главы:

ГЛАВА 5. О ПРИРОДЕ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО ЛЭП

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

ГЛАВА 5. О ПРИРОДЕ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО ЛЭП

В учебниках «Электрические сети и системы» /34,45/ все расчеты излагаются исходя из того, что все элементы электрической системы замещаются с сосредоточенными параметрами, где применимы законы Ома, Кирхгофа.

В отдельной главе, посвященной длинным сверхвысоковольтным линиям, передача электроэнергии принята электромагнитными волнами и с распределенными параметрами. Такое допущение принято и в других учебниках.

В литературе серьезно не обосновывается, в каких случаях имеет место передача электроэнергии токами проводимости или токами смещения (передача электромагнитными волнами), не объясняются причины перехода передачи электроэнергии токами проводимости к передаче токами смещения на линиях сверхвысокого напряжения. Не рассматриваются такие вопросы как зависимость вида электропередачи от частоты и ряд других. В учебниках по теоретическим основам и электрическим сетям почти не рассматриваются теории передачи электроэнергии, что является их большим недостатком.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

4.2 О явлении резонанса напряжения и схемах замещения линии электропередачи

Общеизвестно о явлении резонанса напряжения и тока в электротехнике. В последовательной электрической схеме с индуктивностью и емкостью, при какой-то резонансной частоте наступает резонанс напряжения, в параллельной — резонанс тока. В последовательной схеме этому явлению соответствует условие равенства индуктивного и емкостного сопротивлений. Электрическая цепь становится чисто активным.

При увеличении частоты индуктивное сопротивление растет, а емкостное – уменьшается. При резонансной частоте их значения равны и взаимно компенсируют друг друга, и наступает режим резонанса напряжения. Аналогичное явление происходит и при изменении тока в линии электропередачи. При какой-то нагрузке (токе) на ней наступает режим резонанса напряжения. Он имеет место при равенстве генерируемой емкостной и потребляемой индуктивной мощностей. Мощность, соответствующая этому условию называют «натуральной».

Расчеты показывают, что при резонансной частоте также имеет место равенство емкостной и индуктивной мощностей в последовательной схеме.

Физика явления резонанса напряжения в последовательной схеме с индуктивностью и емкостью и в линии имеет одинаковое объяснение – это равенство индуктивной и емкостной мощностей.

Используются различные схемы замещения линий. В учебниках приводятся следующие схемы замещения. Кабельная линия Uн<10 кВ представлена только активным сопротивлением, воздушная линия Uн<35 кВ — активным и индуктивным сопротивлением, воздушная линия 110-330 кВ — активным и индуктивным сопротивлением и емкостной проводимостью

(рис.4.2.1,а) или вместо емкостной проводимости учитывается реактивная мощность, генерируемая емкостью линии (рис.4.2.1,б). В этих схемах замещения реактивная проводимость или реактивная мощность приняты сконцентрированными и приложенными по половине в начале и в конце линии.

Для линий сверхвысокого напряжения Uн 330 кВ при длине более 300-400 км для составления схемы замещения предлагается учитывать равномерное распределение сопротивлений и проводимостей вдоль линии.

Рис. 4.2.1.

Расчеты по схемам замещения для линий электропередачи дают результаты, резко отличающиеся от расчетных данных по схеме замещения (рис.4.2.1а и 4.2.1б.). Причина в том, что в передаче переменного тока очень незначительны поперечные активная и емкостная проводимости и почти нет фазовых сдвигов и затухания.

Нами предлагается для составления схемы замещения линии электропередачи емкость линии принимать как последовательно включенный элемент (рис.4.2.2). Обоснованием для этого является физика процесса резонанса на линии, который представляет собой резонанс напряжений. Момент резонанса соответствует режиму равенства нагрузки линии натуральному (S = S_НАТ), при котором имеет место равенство емкостного и индуктивного мощностей ( ).

Как известно, согласно законам электротехники, такой режим имеет место в последовательной схеме (рис. 4.2.2).

Рис. 4.2.2

При рассмотрении баланса реактивных мощностей не имеет значения способ включения источников реактивных мощностей (конденсаторов или других компенсирующих устройств): параллельное или последовательное. Линия, генерирующая реактивные мощности, может быть представлена как последовательно включенные емкостные и индуктивные источники. В схемах замещения (рис.4.2.3а и 4.2.3б) представлены просуммированные результаты реактивных сопротивлений.

Как нами было рассмотрено выше, линия сильно меняет свои свойства в зависимости от нагрузки. При Р < Р_НАТ в линии преобладает емкостная мощность, ей соответствует емкостное сопротивление и линия может быть замещена схемой (рис.4.2.3.а).

При S = S_НАТ схема замещения будет состоять только из активного сопротивления (рис.4.2.3.б).

При нагрузке S > S_НАТ в линии преобладает индуктивная мощность, ей соответствует индуктивное сопротивление Хл и схема замещения будет выглядеть как на рис. 4.2.3.в.

Рис. 4.2.3.

Подытоживая выше сказанное, можно сказать следующее: баланс реактивных мощностей на линии высокого напряжения сильно зависит от нагрузки. При малых передаваемых мощностях, на линии преобладает емкостная реактивная мощность, при натуральной мощности она равна 0, при больших мощностях на ней преобладает индуктивная реактивная мощность, соответственно линия должна иметь различную схему замещения.

Принятые схемы замещения линии сверхвысокого напряжения не соответствует реальному процессу в линии. Предлагается линию замещать последовательно включенными сопротивлениями. Правильность такого предложения подтверждается наличием места в ней резонанса напряжения.

Содержание главы:

Глава 4. О СВОЙСТВАХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

4.1. Реактивные мощности и натуральная мощность линии электропередачи

В отличие от других элементов электрической системы линии электропередачи одновременно обладают соизмеримой индуктивностью и емкостью. Генераторы, трансформаторы, двигатели обладают в основном индуктивностью. Емкость в них незначительна и ею в расчетах пренебрегают. Конденсаторы наоборот обладают в основном емкостью и наличием в них незначительной индуктивностью пренебрегают.

Индуктивная мощность на 1 км линии пропорциональна квадрату нагрузки (тока):

Q_L₀ = 3I²x₀(4.1.1.)

Емкостная мощность на 1 км линии пропорциональна квадрату напряжения:

Q_C₀ = U²b₀ (4.1.2.)

Емкостная мощность зависит только от величины напряжения и емкостной проводимости и при неизменном напряжении она постоянна и не зависит от мощности, передаваемой по линии. Индуктивная мощность линии сильно зависит от передаваемой мощности по линии и изменяется пропорционально квадрату этой мощности.

При определенной нагрузке индуктивная и емкостная мощности линии становятся равными (точка 1, рис. 4.1.1) и они компенсируют друг друга. Линия становится «идеальной», потребляющей столько реактивной мощности, сколько ее вырабатывает, т.е.

Q_L0 = Q_C0 (4.1.3)

или 3I²x₀= U²b₀ (4.1.4)

Ток, протекающий по линии, при котором имеет место равенство ее индуктивной и емкостной мощностей, можно найти из равенства (4.1.4)

Некоторые авторы считают, что при передаче натуральной мощности, по линии без потерь протекает только активная мощность. Так считать нет никаких оснований. По линии будет протекать полная мощность, обусловленная характером нагрузки.

Подставив в (4.1.6) значения x_o и b_o , получим

(4.1.8)

где и ,

которые пропорциональны индуктивности и емкости единицы длины линии

x =2 f L и b =2 f С ,

где L и C — индуктивность и емкость единицы длины линии, которые зависят от магнитных и электрических свойств окружающего проводник диэлектрика и

геометрических размеров линии электропередачи L = (Г) и С = / f (Г),где f = (Г) функция, зависящая от геометрических размеров Д и r.

Для линии электропередачи

f (Г)=lg (Д/ r).

Подставив в (4.1.7) значение Z , получим

так как оно имеет размерность сопротивления. Это сопротивление зависит от эквивалентного диаметра провода и расстояния между ними.

Нами предлагается этот коэффициент между натуральной мощностью и напряжением (Z_в) и натуральную мощность S_НАТ также считать параметрами линии.

При расщеплении проводов за счет уменьшения индуктивного сопротивления и увеличения емкостной проводимости линии, согласно выражению (4.1.9), уменьшается коэффициент Z_в и увеличивается натуральная мощность (точка 2, рис.4.1.1). При увеличении расстояния между проводами натуральная мощность уменьшается (точка 3, рис.4.1.1) и, наоборот, для повышения натуральной мощности необходимо уменьшать расстояние между проводами.

Наибольшей натуральной мощностью обладают кабельные линии, имеющие большую емкостную проводимость и малую индуктивность.

При передаче по линии мощности, меньшей S_НАТ, линия будет иметь избыток емкостной мощности, и, наоборот, при S > S_НАТ на линии будет иметь место избыток индуктивной мощности.

Результирующая реактивная мощность Q_Σ (рис.4.1.2) при S < S_НАТ будет иметь емкостной характер и уменьшается до нуля при достижении передаваемой

мощности до величины равной

Рис. 4.1.2 натуральной. Затем, при росте нагрузки линии большей, чем натуральная, на линии появляется избыток индуктивной реактивной мощности, которая увеличивается пропорционально квадрату мощности на линии.

При S < S_НАТ

ΔQ_C = Q_Σ = Q_C – Q_L ; (4.1.10)

При S > S_НАТ

ΔQ_C = Q_Σ = Q_L – Q_C ; (4.1.11)

При протекании по линии натуральной мощности (тока) емкостная и индуктивная мощности компенсируют друг друга, и линия представляет собой чисто активное сопротивление. В этом случае на линии имеет место минимум падения напряжения, обусловленное только активным сопротивлением. В таком режиме не требуется компенсации ни емкостной, ни индуктивной мощности. При избытке емкостной мощности напряжение на линии будет повышаться. Для компенсации емкостной мощности на линии включают шунтирующие реакторы. При нагрузках больших, чем натуральная, линия тем больше потребляет реактивную мощность, чем больше нагрузка. В таком режиме напряжение на линии будет снижаться. Для компенсации потребления индуктивной мощности необходимо подключать источники емкостной мощности. В качестве их можно использовать батареи конденсаторов или синхронные компенсаторы. Обычно на сверхвысоковольтных линиях ничего такого не предусматривают, поэтому нагрузку на линии приходиться ограничивать.

По величине натуральной мощности можно ориентировочно судить о пропускной способности линии электропередачи. При передаче такой мощности на линии имеет место минимальные потери мощности, режим ее работы является оптимальным. О пропускной способности линии электропередачи в зависимости от различных условий будет рассмотрено ниже. Практически, имеются реальные возможности для повышения натуральной мощности линий электропередач путем расщепления и увеличения сечения проводов, сближения расстояния между проводами. Искусственное увеличение радиуса провода уменьшает индуктивное сопротивление и увеличивает емкостную проводимость линии, изменяется их соотношение, уменьшается волновое сопротивление, обратно пропорционально увеличивается натуральная мощность. Такой путь может быть экономически выгодным для увеличения их пропускной способности линии. Не обязательно все время повышать напряжение линии электропередачи. Можно на применяемых напряжениях значительно увеличить пропускную способность линии.

Содержание главы:

Глава 4. О СВОЙСТВАХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

Глава 4. О СВОЙСТВАХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

3.7. Заземление горных ЛЭП

Для условий Кыргызстана характерно снижение амплитуды токов молнии, в связи с чем величина сопротивлений заземлителей опор может быть увеличена в 2,5 — 4 раза по сравнению с требованиями ПУЭ. В соответствии с Руководящими указаниями, разработанными КырНИИЭ для условий Кыргызстана, величина сопротивления заземлителей нормируется лишь для опор тросовых подходов ВЛ-35 — 500 кВ, опор ВЛ-6 — 500 кВ, на которых установлены силовые или измерительные трансформаторы, разъединители, предохранители, и металлических и железобетонных опор ВЛ-35 кВ и деревянных опор пролетов пересечений ВЛ-6 — 35 кВ с защитными искровыми промежутками. Они принимаются по данным табл. 9-1, а в остальных случаях не нормируются /15/.

Результаты научных исследований по всем районам республики позволили составить сводную карту районирования Кыргызстана по электрическим и почвенно-геологическим характеристикам, которая может быть использована проектными и строительными организациями при создании заземляющих устройств /15/.

Работы, проводившиеся в КырНИОЭ в 80-е годы, на основе изучения строения и состава грунтов горных трасс, а также физико-геологических и инженерно-геологических условий, позволили зарегистрировать около 50 разновидностей пород и грунтов в различных комбинациях, которые были систематизированы в 8 типов, близких по составу и удельному сопротивлению /32/ (табл. 3.7.1.).

Таблица 3.7.1.

Удельные электрические сопротивления грунтов

Тип грунта

Удельные сопротивления, Ом.м

средние

Длительный интервал,

Супеси, суглинки
Супеси, суглинки с примесью гальки и щебня
Щебнисто-дресвяные отложения с супесчаным уплотнителем
Щебнисто-дресвяные отложения с примесью валунов и крупнообломочного материала
Разрушенные и выветренные породы (граниты, песчаники, сланцы)
Валунно-галечниковые отложения
Скальные породы трещиноватые (граниты, сланцы, песчаники)
Скальные породы крепкие (граниты, известняки, сланцы)

170
371

457

—

590

714

1294

3158

75 — 265
260 — 480

425 — 490

—

57 — 605

555 — 870

1210 — 1370

2860 – 3450

Расчеты, проведенные в КырНИОЭ /31,32/ показали, что из-за снижения параметров молнии, специфики грозопоражаемости земной поверхности горных районов и самих линий, к грозозащите горных ВЛ и заземляющим устройствам требования могут быть снижены. Анализ этих расчетов показал, что для любых технико-экономических и географических условий все ВЛ-110 — 500 Кыргызстана, имеющие грозозащитные тросы, могут быть выполнены без искусственных заземлителей. В то же время установлено, что для ВЛ, сооружаемых без тросовой защиты, из-за преимущественного поражения молнией опор, может оказаться эффективным применение искусственных заземлителей, снижающих сопротивление заземляющих устройств и повышающих грозоупорность линии.

Проверка устойчивости бетона фундаментов к действию стекающих с них токов показала, что в сетях республики они способны без разрушения эксплуатироваться в качестве естественных заземлителей.

Богатство горных республик гидроэнергетическими ресурсами предопределяет в качестве основных источников электроэнергии строительство гидроэлектростанций. Так как гидростанции располагаются обычно в малообжитых, труднодоступных горных районах, выдача мощности от них потребителям осуществляется по линиям электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения довольно большой протяженности, которые имеют специфические особенности.

Длительный период многие научно-исследовательские и проектно-изыскательские институты стран СНГ и в частности, Кыргызский научно-исследовательский институт энергетики, кафедра «Электрические станции, сети и системы» Фрунзенского политехнического института (в настоящее время Кыргызский государственный технический университет) и другие научные подразделения занимались решением этих задач. Рассматривался большой комплекс вопросов, включающий в себя влияние топографических, метеорологических и геологических условий. Решались вопросы трассировки линий электропередачи, их конструктивного исполнения, обеспечения высокой надежности, экономичности, технических и экологических требований.

Были разработаны новые конструкции фундаментов, опор, проводов, тросов, изоляторов и другие аппаратуры.

Учет специфических особенностей горных ЛЭП, таких как рельеф и климат местности, высота над уровнем моря, природные явления, физико-геологические процессы, почвенный покров, гидрология и других, позволили решать вопросы изоляции, грозозащиты, заземления, снижения потерь на корону, плавки гололеда. На основе анализа грозопоражаемости горных районов и опыта эксплуатации грозозащиты было выдвинуто предложение об отказе от грозозащитного троса на определенной части линий электропередачи. Результаты исследований по заземлению опор были использованы при пересмотре нормируемой ПУЭ области применения фундаментов опор в качестве естественных заземлителей, с увеличением верхнего предела удельных сопротивлений, при которых еще учитывается естественная проводимость фундаментов до 1000 Ом.м ( в прежней редакции было 500 Ом.м), что позволило отказаться от искусственных заземлителей опор и снизить стоимость строительства ЛЭП. Были составлены карты гололедного и ветрового районирования, плотности разрядов молнии в землю, районирования грунтов по их электрических характеристикам и другие. Учет природных факторов позволил разработать набор конструкций опор и фундаментов небольшого габарита и веса, удобных для транспортирования и легко собираемых на пикетах.

Анализ повреждаемости горных ЛЭП показал их довольно высокую надежность. При этом доля повреждений из-за воздействия природных факторов: снегопада, гололеда, ветра и грозы, оказались ниже, чем на равнинных ВЛ.

Достигнутые результаты научных исследований в области горных линий электропередачи позволили в кратчайшие сроки ввести в эксплуатацию ряд таких уникальных по своим конструктивным инженерным решениям линий, как ЛЭП-500 кВ от Токтогулской ГЭС до подстанций «Лочин» и «Фрунзенская». Опыт эксплуатации этих линий показал, что они имеют очень высокую надежность и удовлетворяют предъявленным техническим требованиям.

Дальнейшим направлением научных исследований должно стать последовательное накопление статистических данных и уточнение расчетных формул, полученных на основе математической статистики. Необходимо проводить более детальный анализ опыта эксплуатации, разработка и внедрение новых материалов, как в механической, так и электрической части линий электропередачи, а также решение общеинженерных задач, разработка новых методов расчета, новых научных направлений, изобретательство и рационализаторство.

Содержание главы:

ГЛАВА 3. ГОРНЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

3.6. Особенности грозозащиты горных ЛЭП

Грозовые перенапряжения считаются одной из основных причин аварийных отключений линий электропередачи. Опыт эксплуатации ВЛ высокого и сверхвысокого напряжений в условиях равнинных районов показывают, что доля грозовых отключений достигают 75% от общего числа отключений. В связи с этим вопросам грозозащиты в энергосистемах уделяется серьезное внимание.

В горных районах, как известно, наблюдается активизация грозовых процессов по сравнению с прилегающими к ним равнинами, и среднегодовая продолжительность гроз возрастает в 2-3 и более раз. В некоторых районах Азербайджана и Грузии среднегодовое число грозовых часов может быть более 200. Однако опыт эксплуатации первых горных ВЛ высокого напряжения показал, что аварийность на них не превышает аварийности равнинных линий.

Научные исследования грозопоражаемости горных ВЛ /13,14/ показали возможность ослабления требований к грозозащитным заземлениям опор и отказа от грозозащитного троса воздушных ЛЭП. Значительный вклад в научные исследования горных гроз проводил советский ученый В.В. Бургсдорф. Наиболее важным результатом его работ явилось установление зависимости параметров токов молнии (амплитуды и крутизны фронта токов молнии) от высоты местности и построение кривых повторяемости этих параметров для горных районов. Он также дал качественную картину влияния рельефа местности на территориальное распределение грозовой облачности. В частности, он сделал вывод о принудительном распределении грозовой облачности преимущественно над горными хребтами.

В Кыргызстане /13,14/ велись исследования вопросов грозозащиты горных ЛЭП, определена их грозопоражаемость, обобщен опыт эксплуатации горных ВЛ и разработаны облегченные методы грозозащиты.

Эти исследования показали, что на грозопоражаемость линий главное внимание оказывают следующие факторы:

продолжительность грозовой деятельности в районе ВЛ,
рельеф местности,
геоэлектрическая неоднородность поверхности земли,
метеорологические условия и характер формирования грозовой облачности.

Для территории Киргизии построены карты районирования по продолжительности гроз /14/. Были выявлены районы с наиболее интенсивной грозовой деятельностью — Иссыккульская котловина, отроги Ферганского и Чаткальского хребтов.

Для отражения более реальной картины распределения грозовой деятельности по территории горных районов была введена новая характеристика — удельное число грозовых часов, которая определяет суммарную продолжительность гроз, наблюдаемых над единицей поверхности земли. С использованием этой характеристики была составлена карта районирования территории по удельной среднегодовой продолжительности гроз для большей части Киргизской ССР.

По характеру рельефа местности трассы линий могут быть разделены на три группы, характеризующиеся различной поражаемостью.

Первая группа включает в себя участки ВЛ, расположенные в широких горных долинах и котловинах. Поражаемость их колеблется от 1,4 до 10,2 ударов при среднем значении 5-6 ударов в год на 100 км длины.

Вторая группа — это участки, проходящие по открытым склонам горных хребтов. Для них поражаемость оказалась самой высокой и в среднем составила 18,7 ударов в год на 100 км.

К третьей группе относятся участки линий, проходящие по узким горным ущельям. Поражаемость этих участков за счет экранирования склонов ущелий очень низка. Средневзвешенное значение коэффициента экранирования определяется как отношение поражаемости ВЛ в ущелье к ее средней поражаемости на прилегающих участках, равно 0,11.

Средние грозопоражаемости зон с одинаковым строением грунта показало, что в зонах геоэлектрической неоднородности (зоны разлома) наблюдается резкое усиление поражаемости линий более, чем в 4 раза. Выявлена избирательная поражаемость в зонах разломов.

Изучение опыта эксплуатации грозозащиты горных линий Киргизии, Таджикистана и республик Закавказья показало:

Грозы в горных районах представляют меньшую опасность для ВЛ, чем в равнинных районах.

Наблюдается явно выраженная зависимость грозовой активности от высоты местности.

Содержание главы:

ГЛАВА 3. ГОРНЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ