Вл что это: Термин: Воздушные линии электропередачи | ООО «ТехкранТест»

Содержание

Проектирование воздушных линий электропередач

Обеспечение электроэнергией потребителей всегда связано со строительством линий. Наибольшее распространение в сельской местности, на открытых пространствах получили именно воздушные линии электропередач. По сравнению с кабельными они имеют меньшую стоимость и плотность застройки. В городах и крупных населенных пунктах, как правило, этот вид не используется.

Однако без проектирования и строительства воздушных линий электропередач сейчас невозможно обойтись. С экономической точки зрения это наиболее выгодный способ передачи энергии на большие расстояния. Передача под высоким напряжением (110 кВ и выше) позволяет с минимальными потерями обеспечить отдаленные районы электричеством.

Воздушная линия электропередачи — это устройство, служащее для передачи электроэнергии по проводам. Расположены такие ЛЭП на открытом воздухе и есть трассы, то есть полосы земли, на которых с определенным промежутком смонтированы опоры.

Расчет и проектирование воздушных линий электропередач является важной частью строительства, так как от результатов будет зависеть не только стабильность и качество поставляемой в дома потребителей энергии, но и безопасность.

Поэтому осуществлять все шаги должны только опытные профессионалы, имеющие достаточную квалификацию.

 

Нормативы строительства и проектирования воздушных ЛЭП

 

Процесс планирования и строительства трассы подробно записан в «Правилах устройства электроустановок» (ПУЭ). В данном документе изложены основные принципы проектирования воздушных линий электропередач до 110 кВ и до 500 кВ. Строительство ЛЭП с большим напряжением осуществляется по специальным нормам и регламентам.

Монтаж опор попадает под классификацию строительных работы, поэтому монтаж любых конструкций попадает под требования СНиП. Также ориентиром для проектировщиков служат действующие директивные документы, касающиеся сооружения и эксплуатации ВЛ. Важно учитывать перспективу развития сети. Поэтому при проектировании и строительстве воздушных линий электропередач следует принимать во внимание документацию по вопросу развития на 5-10 лет.

 

Из чего состоит воздушная ЛЭП

 

Главные элементы трассы — опоры и провода.

Также важными конструктивными частями являются:

  1. Траверсы — специальные конструкции, которые не допускают столкновения проводов на протяжении линии;
  2. Изоляторы — бывают двух видов. Штыревые могут применяться на линиях напряжением до 35 кВ (включительно), они монтируются на опоры с помощью специальных крепежных элементов, а провода соединяются с ними с помощью проволочной вязки. Подвесные изоляторы могут быть установлены как на линии до 35 кВ, так и на ЛЭП 110 кВ и выше. Эти элементы состоят из фарфоровой или стеклянной основной части и соединяются с помощью металлической арматуры друг с другом в виде гирлянд. Провод крепятся зажимами и специальными деталями;
  3. Контуры заземления;
  4. Линейная арматура — необходима для соединения изоляторов и их элементов с проводами и опорами;
  5. Разрядники — аппараты для ограничения перенапряжений;
  6. Грозозащитных тросов — стальные или сталеалюминиевые канаты, стянутые с несколькими проводами.

 

Выбор проводов при проектировании воздушных ЛЭП

Основным токопроводящих материалом в настоящее время служит алюминий. Однако он не отличается высокой прочностью, поэтому при производстве проводов его используют вместе со сталью. Из этого материала выполняют сердечник провода, а затем обвивают алюминием. Провода отличаются гибкостью. Сталеалюминиевые провода монтируются на линиях напряжением выше 1000 В, алюминиевые зачастую простираются на трассах до 35 кВ и в редких случаях — до 110 кВ.

Также для строительства воздушных ЛЭП иногда выбирают и другие виды проводов: стальные (на ЛЭП до 1000 В и на сельских до 36 кВ), в особых случаях берутся медные, бронзовые и сталебронзовые.

 

Выбор опор при проектировании воздушных линий электропередач

 

Опоры проектируются специально для протягивания высоковольтных линий. Устанавливаются они непосредственно в грунт или на оборудованный фундамент. Если трасса пролегает через линейные сооружения (мосты, тоннели), то провода крепятся с помощью кронштейнов и стоек. При протягивании ЛЭП в ущельях пользуются вантовыми тросовыми растяжками.

Однако в большинстве случаев используют именно опоры. Они могут быть различными в зависимости от их положения на линии и способа крепления проводов (анкерные или промежуточные).

Изготавливаются из нескольких видов материалов:

  • деревянные;
  • железобетонные;
  • металлические;

Деревянные опоры. Имеют небольшую стоимость (что важно для расчетов и проектирования воздушных линий электропередач) и достаточно просты в изготовлении. Эти преимущества актуальны для районов, богатых лесными ресурсами. Однако есть и недостатки: дерево подвержено гниению, поэтому перед монтажом их следует обрабатывать антисептиками и тщательно следить за их состоянием в процессе эксплуатации.

ЖБИ. Могут устанавливаться на территориях с расчетной температурой воздуха до -55 градусов по Цельсию. Основой является центрифугированные железобетонные стойки, в дополнение используются различные элементы крепления (хомуты, сквозные болты, узлы крепления и т.

д.). При проектировании воздушных ЛЭП следует учитывать высокую стоимость этого материала и прочность. Установку таких опор производят в специально подготовленные цилиндрические котлованы. Преимуществом ЖБИ является повышенная устойчивость к разрушающим факторам внешней среды.

Металлические опоры. Основным сплавом, применяемые при производстве, является сталь. Для продления срока службы их следует красить, защищая таким образом от коррозии. Установку производят на железобетонные фундаменты. Могут применяться на линиях электропередач с напряжением 35 кВ и более.

По своему назначению опоры классифицируются на:

  • Промежуточные. Устанавливаются на прямых участках трассы ЛЭП. Не предназначены для натяжения, только для поддержания проводов и тросов. Обычно промежуточные опоры составляют примерно 80-90% от всего числа конструкций на линии.
  • Анкерные. Могут воспринимать нагрузки, создаваемые разницей натяжения проводов и тросов.
    Здесь могут использоваться железобетонные стойки повышенной прочности для усиления конструкций. Устанавливаются на прямых участках трассы ЛЭП, проходящих через естественные препятствия и пути для ограничения анкерного пролета. Также в местах изменений количества и марок проводов.
  • Угловые. Эксплуатируются в местах изменения направления трассы. Воспринимают нагрузки разного уровня: при небольших углах поворота до 30 ° монтируют угловые промежуточные опоры, а при повороте на величину более 30 градусов — анкерные.
  • Конечные. Начинают или замыкают трассу воздушной ЛЭП. Сконструированы таким образом, чтобы выдерживать одностороннее нагрузку, создаваемую притяжения проводом и тросов.
  • Специальные. Это разные типы опор, предназначенные для решения особых задач:
      1. Перекрестные — для размещения в местах пересечения ВЛ двух направлений;
      2. Ответвительные — для организации отводов дополнительных линий от основной магистрали;
      3. Транспозиционные — монтируются при необходимости изменения порядка расположения проводов;
      4. Противоветровые — призваны усилить механическую прочность и устойчивость этого участка трассы.

 

Классификация воздушных линий электропередач

 

Для более точного понимания технологических процессов необходимо знать различия разных ЛЭП. Отличаются они по следующим параметрам:

  1. По роду тока (переменного и постоянного)
  2. По значению напряжения (для постоянного тока — 400 кВ, для переменного — 0,4, 6, 10, 35; 110; 150; 220; 330; 400; 500; 750; 1150 кВ)
  3. По классу (низкого, среднего и высшего). В зависимости от напряжения их делят на 3 группы, каждая из которых имеет свои особенности расчета и проектирования;
  4. По назначению (сверхдальние, магистральные, для распределения между объектами энергопотребления и для подвода тока к конечным потребителям)
  5. По количеству цепей (одно-, двух- и многоцепные).

 

Стадии проектирования

Ряд работ, проводимых в рамках планирования новой линии электропередач, можно разделить на 3 стадии

 

Первая (предыдущая) стадия


Проводятся различные предпроектные работы. Для начала проектирования воздушной линии электропередач 110 кВ проводится ряд исследований и составляется техническое задание (ТЗ). Занимается формированием этого документа заказчик. ТЗ является важнейшей бумагой, без которой нельзя запускать проектные работы. В нем подробно описываются цели и задачи строительства новой ЛЭП, нюансы технологий и методов, которые будут использоваться при возведении линии. Также в техническом задании есть следующая информация:

  • Протяженность линии,
  • Направление,
  • Количество цепей,
  • Сечение провода,
  • Планируемые нагрузки,
  • Типы опор, тросов, изолирующей арматуры и т.д.

Также на этапе подготовки решается вопрос о предоставлении права прокладки коридора для магистральной линии. Организации, содержащие электрические сети данного региона, должны согласовать этот нюанс и предоставить соответствующие документы.

Проектирование воздушной линии электропередачи 110 кВ невозможно без проведения исследований местности.

В процессе разработки проектной документации необходимо учитывать множество данных, которые уточняются в процессе инженерных изысканий:

  • геологических,
  • геодезических,
  • гидрологических,
  • экологических,
  • метеорологических и др.

По результатам проектировщики не только получают необходимую информацию в текстовой форме, но и топографические схемы и карты с указанием существующих коммуникаций и зданий, позволяющие наиболее точно спланировать расположение будущей линии. Как правило, предлагается несколько вариантов, среди которых выбирают один на принципах рационального землепользования, сохранения окружающей среды, обеспечения качественной и стабильной электроэнергией для потребителей. Решается вопрос о количестве линий и их напряжении (одна с самым высоким или 2-3 с пониженным). Составляется акт выбора трассы, которая в дальнейшем будет тщательно спроектирована. На этом этапе также проходит получение технических условий, в которых изложены требования к разрешенной максимальной мощности ЛЭП.

Вторая (проектная) стадия

Осуществляются непосредственно расчеты и чертежи, на которых должны быть отражены линия электропередач и все необходимые объекты и сооружения. Специалисты при составлении документации опираются на требования строительных норм, правил и стандартов, действующее законодательство, правила устройства электроустановок и т.д.

Расчет и проектирование воздушных линий электропередач проводится по следующим характеристикам:

  • Длина и направление ЛЭП,
  • Номинальное напряжение,
  • Сечение проводов, которые будут использованы при строительных работах,
  • Типы проводов (они бывают изолированные, самонесущие неизолированные),
  • Вид опор,
  • Материалы оснащения,
  • Арматура,
  • Обеспечение электробезопасности потребителей,
  • Способы их подключения к электросети,
  • Нормы безопасности при обслуживании и эксплуатации ЛЭП

На данном этапе работ наибольшее значение имеют навыки специалиста. На данный момент не существует работающего программного обеспечения, которое бы могло полностью учесть все параметры, реализовать все процессы от начала до конца и на выходе дать полноценный проект воздушной линии электропередач. Поэтому весь процесс ведется непосредственно специалистом только с привлечением различных видов программ для расчета сечений, мест нахождения промежуточных опор и т.д.

Уровень квалификации и профессионализма, опыт работы проектировщика в значительной степени влияют на качество результата. Поэтому при выборе компании для проектирования воздушных ЛЭП следует учитывать не только общую характеристику фирмы, но и индивидуальные характеристики персонала, а также отзывы и примеры уже реализованных проектов.

В проекте должны обязательно учитываться местоположения других объектов на участке который выбран под строительство. Если будет осуществляться пересечение с линиями связи, железными и автомобильными дорогами, газопроводами, следует согласовывать со специальными организациями. Обычно эти процессы продолжаются достаточно долго, это надо учитывать при расчете сроков проектирования.

Третья стадия — согласование

Для окончания работ по проекту и начала его реализации нужно получить разрешение от специализированных уполномоченных учреждений. Как правило, третий этап наиболее трудоемкий, он включает в себя проведение экспертизы проектной документации.

Данная процедура является обязательной и проводится, как правило, на государственном уровне. Однако присутствуют и независимые организации, которые могут привлекаться для этой цели.

Предметом экспертной оценки становится соответствие документации нормам и требованиям санитарно-эпидемиологического контроля, экологического контроля, охраны окружающей среды, пожарной и промышленной безопасности и т.д. Результатом данной процедуры становится положительное или отрицательное заключение. В первом случае проект передается на дальнейшее согласование заказчику, после чего приступают к его реализации. При отрицательном ответе проектировщик может обжаловать это решение или повторно направить документацию на оценку после внесения изменений и исправления ошибок и недостатков.

Для проведения непосредственно строительных работ воздушных ЛЭП, готовится также рабочая документация по проекту. Затем переходят к этапу сооружения линии и введение в эксплуатацию.

Расчеты при проектировании ВЛ

Ориентиром для специалистов служат нормы ПУЭ, которые предписывают определенные значения технических параметров для различных климатических условий. Географическое расположение участка и погодные явления, актуальные для этого региона, очень важна роль при просчете параметров воздушных линий электропередач. Также необходимо принимать во внимание температурные показатели (максимальную и минимальную за год).

Поскольку воздушные линии эксплуатируются на открытом воздухе и целый год подвергаются внешним воздействиям, следует особенно тщательно подбирать материалы и типы конструкционных элементов. Среди основных факторов можно выделить ветровые нагрузки и интенсивность гололедных явлений. Показатели этих воздействий в различных районах страны послужили основой для составления специальной карты, где указаны границы той или иной зоны. Специалисту нужно пользоваться данными графическими материалами, при необходимости уточняя их.

Также при проектировании воздушной линии электропередачи на 110 кВ и выше следует принимать во внимание потери электроэнергии на корону, проходящие через ионизации воздуха около проводов. Чем больше диаметр провода, тем меньше потери. Поэтому определенные минимальные значения сечений для ВЛ различного напряжения:

  • 110 кВ — от 11,4 мм,
  • 150 кВ — от 15,2 мм,
  • 220 кВ — от 21,6 мм.

На ЛЭП с более высоким напряжением пришлось бы протягивать провода с очень большим сечением, что нецелесообразно и очень дорого. Поэтому в таких случаях потери на корону уменьшают за счет расщепления фазы на несколько: при 330 кВ — на две, для ВЛ на 500 кВ — на три, для ЛЭП 750 кВ — на четыре или пять.

Что еще следует учитывать при проектировании воздушных линий? Как уже упоминалось выше, климатические внешние воздействия играют решающую роль при эксплуатации. Рассмотрим подробнее.

Факторы влияния

 

  • Атмосферные перенапряжения. Провоцируются грозами и молниями. Кратковременные перенапряжения чреваты пробоями в изоляции, ее разрушением. Поврежденный участок может в дальнейшем привести к короткому замыканию, поэтому следует предусматривать системы автоматики, которые будут отключать линию при малейших неполадках. Также для предотвращения аварийных ситуаций в проекте предусматривают установку ограничителей перенапряжения (ОПН).
  • Сильное понижение температуры воздуха. Влечет за собой нагрев и увеличение тока провода. Длина его при этом сокращается, что приводит к созданию механических напряжений в сети.
  • Коммутационные (внутренние) перенапряжения в сети. Возникающие в процессе эксплуатации в результате периодических включений и выключений. Могут также вызвать пробои в изоляции. Следует предусмотреть защиту и автоматическую блокировку. Особое внимание необходимо уделить при проектировании воздушных линий электропередач на 330 кВ и выше.
  • Перепады температур. Поскольку материалы проводов имеют свойства к расширению и сжатию, то нужно правильно рассчитать разницу температурных показателей и подобрать под нее соответствующий тип проводников. Наиболее сильное влияние это факторы в регионах с резким или очень холодным климатом, так как амплитуда температурных перепадов может достигать очень высоких значений. Пиковые показатели летом и зимой берутся из общедоступных источников или проведенных для данной местности исследований.
  • Увеличение температуры проводов. Усиливается их провисание вследствие удлинения. Риск обрыва из-за снижения прочности. Нарушаются расчетные размеры линии, это ставит под угрозу безопасность эксплуатации и качество получаемой электроэнергии.
  • Ветровые нагрузки. Создают дополнительные горизонтальные нагрузки. Усиливается натяжение проводов, а сильные ураганные порывы могут спровоцировать разрыв или даже поломку опор. Следует учитывать влияние ветра и предусматривать в проекте выбор соответствующих материалов для данного региона.
  • Экологическая обстановка. Наличие в атмосферном воздухе частиц пыли и золы и их дальнейшее оседание при повышении влажности может повлечь за собой ослабление или перекрытия изоляции проводов. При прокладке ЛЭП в районах, близких к морю, где повышенная концентрация соли в воздухе, алюминиевые части проводов быстрее окисляются и разрушаются. Это также следует учитывать при выборе материала и типа проводников.
  • Гололедные явления. Наледь появляется при намерзании снега, изморози, капель дождя и тумана. Из-за этого увеличивается нагрузка на провода, тросы, опоры. Уменьшается запас прочности материалов и риск обрыва или падения конструкций. Также увеличивается размер провисание линий.

Необходимо предусмотреть установку дополнительного меры оборудования, снижает риски при механических воздействиях.

  • Вибрации ( «слабый ветер»). Это колебания проводов с малой длиной волны (2-10 м), небольшой амплитудой (2-3 диаметра проволоки), но высокой частотой (5-50 Гц). Вибрации приводят к завихрения потоков воздуха вокруг поверхности проводов, а это провоцирует быстрый износ материалов, разрыв в местах креплений. Решение проблемы становится монтаж виброгасителей, поглощающие энергию колебаний и уменьшают амплитуду. Это защищает линию от сильных повреждений и способствует предотвращению аварийных ситуаций.
    «Танец» проводов. Схожа с вибрациями, но отличается характеристиками колебаний: частота 0,2-0,4 Гц, амплитуда (0,5-5 м), длина волны 1-2 пролета ЛЭП. Как правило, продолжительность явления небольшая, но иногда она может достигать нескольких суток. Причинами становятся сильный ветер и гололед. Грозит это обрывами, перекрытием напряжения. Такое явление характеризуется как достаточно редкое, однако опасно с серьезными последствиями. Чтобы обеспечить защиту от «танца», в проекте предусматривают грузы и маятниковые гасители.

Как выводы по статье можно отметить, что проектирование и строительство воздушных линий электропередач — это сложный процесс. Обеспечить качество и стабильность работы электросети можно только в том случае, если соблюдаются все требования и нормы действующих правил, а также если проект готовится высококвалифицированными специалистами, имеющими большой опыт работы!

Основные причины аварийных отключений электричества в сетях 6-10 кВ

Распределительные электрические сети напряжением 6-10 кВ - это одно из старейших технологических решений в России. Многие линии имеют почтенный возраст и многоэтапную историю модернизаций. Несмотря на планируемое снижение доли таких ВЛ в общем электросетевом хозяйстве страны, протяженность ВЛ среднего напряжения исчисляется тысячами километров. Распространены случаи, когда протяженность ВЛ превышает нормативные значения. Все это не способствует увеличению надежности электросетевой инфраструктуры.

По имеющимся данным в России длительность отключения подачи электроэнергии составляет от 70 до 100 часов в год [1]. Этот показатель превышает аналогичный в западных странах практически в 2 раза [1]. По сведениям специалистов, на каждые 100 км воздушных линий электрических сетей ежегодно регистрируются до 26 отключений [1]. В этой статье рассматриваются основные причины аварийных возникновения отключений высоковольтных линий электропередач 6-10 кВ.


Рис.1. Высоковольтные линии электропередач (ВЛ) 10 кВ

Системы и устройства автоматизации в сетях 6-10 кВ

Воздушные линии выполнены по большей части с использованием сталеалюминиевых и алюминиевых проводов, опор из железобетона или дерева. На сегодняшний день в сетях напряжением 6-10 кВ применяются следующие системы и устройства автоматизации:

  • устройства повторного включения;
  • аппараты включения резервного питания;
  • устройства секционирования;
  • аппараты управления и сигнализации.

Линии электропередач объединяются в разветвленной сети через пункт автоматического включения резерва. При нагрузке сети от 10 до 100 кВА используются подстанции столбового исполнения, которые устанавливаются на опоре. При нагрузках от 160 кВА чаще всего применяются подстанции закрытого или киоскового исполнения. В электрических сетях 6-10 кВ предусмотрена установка наружных вакуумных выключателей, предохранителей-разъединителей.


Рис. 2. Трансформаторная подстанция закрытого типа

Неисправности в системах контроля автоматизированных систем

Автоматизированные средства телеуправления и телесигнализации предоставляют возможность производить контроль за корректностью работы установленных устройств повторного включения, аппаратов включения резервного питания, автоматизированных устройств секционирования. Однако при внедрении подобного функционала в существующую инфраструктуру ВЛ среднего напряжения возникают определенные проблемы. Выделим основные:

  • искажение получаемых данных из-за воздействия неблагоприятных метеорологических условий;
  • необходимость использования специального кодирующего и декодирующего оборудования;
  • необходимость инвестирования значительных средств в процесс внедрения технологии и эксплуатацию подобных систем.


Рис. 3. Модернизация ВЛ среднего напряжения

Причины отключения линий электропередач

По сведениям электросетевых компаний, на сегодняшний день в России эксплуатируются воздушные линии электропередач общей протяженностью более 1,1 миллиона км. В европейской части страны воздушные линии в большинстве своем выполнены из проводов марки АС, имеющих сечение 35 -70 кв. мм. До 60% линий были запущены в эксплуатацию до 1975 года. Большинство этих электросетей исчерпали свой нормативный эксплуатационный ресурс.


Рис. 3. Рекомендуемые расстояния между опор ВЛ

Новые воздушные линии электропередач вводятся в эксплуатацию в недостаточном объеме. Вместе с этим, с ростом числа потребителей применяется, как вынужденная мера, превышение дистанции между опорными столбами. Превышение достигает два и более раз [1].
Перечисленные факторы приводят к увеличению количества отключений в электросетях, снижают качество и надежность линий. Анализ зарегистрированных аварийных отключений показывает, что в большинстве своем превалируют именно устойчивые отключения. Этот параметр продолжает показывать стабильный рост особенно в сельской местности.

Увеличивающееся количество отключений существенно сказывается на эффективности работы подключенных устройств автоматического повторного включения (АПВ). Стоит отметить, что устройства АПВ установлены далеко не на всех выключателях. Это объясняется тем, что зачастую используются приводы устаревших моделей.

Основные причины аварий, приводящих к отключению воздушных линий напряжением 6-10 кВ:

  • обрыв провода;
  • механическое повреждение опор и изоляторов;
  • физический износ материалов и оборудования;
  • замыкание на землю;
  • срабатывание предохранителей в трансформаторных подстанциях;
  • воздействие природных осадков и факторов;
  • срабатывание релейной защиты
  • другие посторонние воздействия.

Согласно статистическим данным, наиболее частыми причинами отключения подачи электричества являются срабатывание систем РЗА, негативное воздействие природных явлений (резкие порывы ветра, образование наледи и снежного покрова на проводах.

Несмотря на то, что электросетевые компании местами проводят реконструкционные работы и модернизацию существующих сетей, количество отключений существенно больше, чем в западных странах. Кроме этого, в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ увеличились потери электроэнергии. Для исправления ситуации необходимо увеличить объем капитальных затрат на реконструкцию существующей инфраструктуры.

Пути повышения эффективности воздушных линий среднего напряжения

В среднесрочной перспективе эффективными станут ВЛ с низким уровнем потерь и высокой пропускной способностью при высокой же протяженности линии. Для повышения эффективности существующих и вновь вводимых воздушных линий у операторов сетей есть ряд возможностей:

  • проведение регулярного технического аудита и диагностики технического состояния существующей инфраструктуры;
  • разработка сбалансированной программы развития распределительных электросетей на ближайшие годы;
  • проведение модернизации и замена элементов инфраструктуры, чей нормативный срок эксплуатации превышен;
  • применение защищенных проводов в сельской местности и лесопарковой зоне;
  • обеспечение адаптивности сетей к увеличению электрических нагрузок, внедрению новых технологий и автоматизации электросетей.

Заключение

На электросетях 6-10 кВ особенно в сельской местности не предусмотрены резервные маршруты подключения потребителей. Кроме этого на большой территории страны ВЛ работают в тяжелых климатических условиях и ограниченной транспортной доступности. Все это усложняет поиск и обнаружение мест повреждения сети и увеличивает период восстановления энергоснабжения потребителей.

Сложные условия эксплуатации вместе с относительно небольшой общей транспортируемой мощностью создают неблагоприятную рыночную конъюнктуру для потребителей сельских электросетей, которая выражается в монопольно высокой цене на электроэнергию. Поэтапная реализация приведенных в статье путей повышения эффективности ВЛ среднего напряжения является залогом предупреждение аварий в сетях 6-10 кв.  

[1] Астахов С.М., Беликов Р.П. Состояние и пути повышения эффективности функционирования распределительных сетей в агропромышленном комплексе // Теоретический и научно-практический журнал «Вестник ОрелГАУ». 2011. Т. 29, № 2. С. 106-108

Примеры оборудования

Если вам нужна профессиональная консультация по дагностике электрооборудования, просто заполни форму:

Поделитесь этой страницей с друзьями и коллегами


 

Причины повреждений на воздушных линиях электропередачи

Коммутационные или атмосферные перенапряжения, резкие перепады температурных режимов окружающей среды, загрязнение воздуха, вибрация проводов способствуют повреждению воздушных линий электропередачи. В следствие грозовых явлений на линиях возникают атмосферные перенапряжения. Из-за возникновения таких ситуаций образуются пробои изоляционных промежутков. Перекрытие изоляции, как правило, сопровождается образованием электрической дуги, поддерживающаяся и после перенапряжения. Возникновение дуги приводит к короткому замыканию. Именно поэтому, место повреждения необходимо в обязательном порядке автоматически отключать.

Разрушение юбки изолятора дугой происходит в сетях до 220 кВ. В сетях 330 кВ и выше коммутационные перенапряжения намного опаснее. При ударе молнии в воздушную линию коммутационные перенапряжения образуются во время включения и выключения выключателей. Место перекрытия также нужно автоматически отключать. Температура воздуха в разные времена года варьируется от минус 400С до плюс 400С. Помимо всего прочего провод воздушной линии нагревается под действием тока. Данный факт добавляет температурной отметке провода на 3-50С больше. Понижение температуры воздуха способствует увеличению нормальной по нагреву температуры и ток провода.

Провода могут обледенеть из-за снега, изморози, попадания капель дождя. Гололедные образования способствуют появлению механической нагрузки на тросы и провода. Что в итоге значительно снижает запас прочности опор линий. Если на отдельных пролетах меняются стрелы провеса проводов, то провода сближаются и сокращаются изоляционные расстояния. Наледь на линиях электропередач может привести к обрывам проводов, а также поломки опор.

Повышенный температурный режим приводит к отжигу проводов и снижению механической прочности. Также увеличиваются и удлиняются стрелы провеса. В итоге значительно снижается безопасность и надежность работы воздушной линии электропередач. К дополнительной механической нагрузке на тросы и провода оказывает ветер. В следствие этого появляются изгибающие усилия на опоры. Как показывает практика, после сильных ветров возникает множество поломок ряда опор линии.

В результате действия гололеда разрушаются опоры воздушной линии. Вибрация представляет собой колебание проводов с частотой 5-50 Гц. Данный показатель является достаточно высоким. Также вибрация определяется незначительной амплитудой и небольшой длиной волны от 2 до 10 м. Такие колебания могут быть вызваны небольшим дуновением ветра. В следствие вибраций возникают разрывы проволочек, находящихся около мест закрепления провода. В итоге происходит ослабление сечения провода или его обрыв.

Легкие колебания провода возникают при частоте «пляски» 0,2-0,4 Гц и значительной амплитуде от 0,5 м и более. По продолжительности колебания могут длиться на протяжении нескольких суток. «Пляска» проводов происходит во время сильного ветра, как правило, на проводах больших сечений. В результате возникают механические усилия, которые действуют на опоры и провода, что приводит не только к поломке опор, но и обрыву проводов. В процессе колебаний проводов значительно уменьшаются изоляционные расстояния. «Пляска» проводов случается не часто, но последствия – это ситуации тяжелых аварий воздушных линий электропередачи.

Самым опасным фактором для бесперебойной работы линий электропередач считается загрязнение воздуха, которое вызывается наличием мелких частиц цементной пыли, золы и прочих химических соединений. Когда данные частицы оседают на влажную поверхность изоляции линии и электротехнического оборудования появляются проводящие каналы и образуется ослабление изоляции.

На морском побережье загрязнения, из-за огромного количества солей, витающих в воздухе, приводят к нарушению механической прочности проводов и активному окислению алюминия. На воздушные линии электропередач, имеющие деревянные опоры оказывает сильное влияние загнивание древесины. На бесперебойную и надежную работу воздушных линий влияют также прочие условия их работы, к примеру, свойства почвы, что особенно важно для воздушных линий Крайнего Севера.

Высоковольтные линии

Сейчас мы живем в городах с электрическим освещением и почти не задумываемся о том, какими путями к нам поступает энергия, которая питает все наши электрические приборы. В наших домах и квартирах есть с десяток розеток и выключателей. Когда нам надо включить чайник или лампочку, то мы просто подключаем их к розетке или жмем на выключатель. Всё просто. Как это работает изнутри для большинства людей является  загадкой. Обычное ежедневное волшебство. Привычное как облака. 

В принципе и меня всё устраивает. Работает и ладно. Но как-то временами возникают в голове вопросы: "Так почему именно 220В?", "Зачем нужны высоковольтные линии?". И в один прекрасный момент я все же решил это выяснить. Для энергетиков здесь ничего нового, а для всех остальных будет рассказ о том, как путешествует электрическая энергия по проводам.

Электросети

Откуда в принципе берётся электричество в наших домах? Наверняка для тебя не секрет, что электричество для наших нужд вырабатывается на электростанциях: ТЭЦ, ГЭС, АЭС  и др. Электростанции кушают для производства электричества достаточно много топлива, поэтому они должны располагаться там, где затраты на его доставку будут минимальными, либо там, где их в принципе только и можно расположить (например, ГЭС). При этом также играет роль и то, как далеко от электростанции придётся поставлять электричество. Что дешевле: передавать электроэнергию на 1 км или на 1000 км?

Достаточно мощная электростанция может обслживать обширную территорию. Электростанции объединяются в электросети. Кстати, слово "электросети" существует не просто так. Для того, чтобы обеспечить максимально бесперебойную работу, а также распределять излишки вырабатанной электроэнергии туда, где её не хватает. Поэтому создаются сети, которые охватывают города, области -- вся страна охвачена электросетями. 

Например, недавно ввели энергомост, т.е. построили линию электропередачи, из Краснодарского края в Крым. В Крыму есть и своя электростанция, но её мощности не хватает, чтобы обеспечить электроэнергией весь полуостров. Так вот этот энергомост теперь поставляет недостающее количество электроэнергии. Электросети чем-то похожи на распределённые компьютерные сети. 

Чем выше опоры, тем дальше в горы

На картинке в начале статьи схематично изображены опоры линий электропередач. Под каждой можно прочитать: 500 000 В, 220 000 В, 110 000 В, 35 000 В, 10 000 В. Это значение электрического напряжения. Если к провадам под таким напряженим прикоснуться, то превращение в уголь обеспечено. Убьет моментально. Зачем же так много? Ответ находится в законе Ома!

Чем длинней провода, тем больше их сопротивление, тем больше энергии преобразуется в тепло, но это тепло мы никак не можем использовать с пользой, то часть энергии уходит в "никуда". Это убыток. 

Чтобы хоть как-то снизить потери и увеличить дальность электропередачи было придумано передавать электроэнергию по высоковольтным проводам. Поэтому на пути к нам в дом электричество подвергается многократным преобразованиям, то напряжение трансформируется в высоковольтное, то снова понижается. Вот как это работает:

  • Напряжение от генератора на станции повышается с помощью трансформатора. Например 10 500В повышается до 110 000 вольт.
  • 110 000 В можно передавать уже на 100-150 км. Достигая места назначения, это напряжение на местной подстанции снижается опять до 10 500В
  • Затем по подземному кабелю это напряжение поступает на трансформаторную подстанцию, находящуюся в нескольких сотнях метров от домов-потребителей. 
  • И вот уже на этой подстанции 10 500В понижается до наших любимых 220В

Рассмотрим такой пример:

Нужно передать электроэнергию, достаточную для потребления 1 000 000 м2 жилой площади исходя из того, что на 1мприходится 10вт. Получается, что нам нужна линия электропередачи на 10 кВт! 

Провода имеют сопротивление, сопротивление вызывает потери электроэнергии. Снизить потери до 0 нельзя, но можно их ограничить, чтобы не отапливать воздух, луга и горы. К примеру, пуст ьвеличина потерь будет 10%. Тогда в нашем примере мы можем себе позволить потерять 1 кВт  (1 000 000 Вт). Давай подсчитаем, что выгодней: передавать по низковольтной линии или по высоковольтной?

  Резльтаты вычислений
  Без трансформации С трансформацией
1. Полезная мощность 10 кВт 10 кВт
2. Напряжение 220В 110 000В
3. Ток в линии I=P:U 45 550A 91A
4. Потеря мощности
p = 0.1P, P=I2r
1кВт 1кВт
5. Сопротивление проводов r = P:I2 0.0004 Ом 121 Ом
6. Длина проводов L 100 км 100 км

7. Поперечно сечение провода

S = p*L / r

2 16,7 мм2

 

Из примера хорошо видно, что значительную мощность на большое расстояние можно передать только с помощью трансформации, так как иначе будут значительные потери мощности, которые можно устранить только за счет снижения сопротивления проводов, увеличивая их сечение. 

Представь, сколько будет стоить кабель сечением 5ми длиной в 100 км? Так как мощность пропорциональна квадрату силы тока, то повысив напряжение в 2 раза можно снизить потери в 4 раза, а если в 100 раз, то в 10 000 раз меньше энергии будет теряться попути в нам в дом!

И в заключение небольшая табличка на какое расстояние можно передавать трехфазный переменный ток заданной мощности:

220В, 50 кВт 150 м
10 кВ, 3000 кВт 15 км
35 кВ, 2000 кВт 50 км
110 кВ, 10 000 кВт 150 км
220 кВ, 100 000 кВт 300 км
400 кВ, > 1000 000 кВт 1000 км

Обзор индикаторов короткого замыкания для ВЛ 6-10-35-110кв.

Основная головная боль при аварийных отключениях на разветвленных и протяженных воздушных линиях эл.передач — это отыскание места повреждения.

Зачастую именно поиск места КЗ занимает гораздо больше времени, чем само его устранение.

Вот так примерно выглядит временная шкала аварийного отключения в сети среднего напряжения.

Чаще всего замыкания происходят при неблагоприятных погодных условиях. Зимой, вышеприведенные квадратики: “поездка до места аварии” и “осмотр”, могут занять 90% всей временной шкалы.

Индикаторы короткого замыкания или сокращенно ИКЗ, как раз и служат для быстрой локализации аварии и максимального сокращения времени простоя эл.оборудования.

С помощью ИКЗ вся линия делится на отдельные участки. При этом нужно четко разделять сети с питанием от одного источника эл.снабжения и запараллеленные ВЛ от двух.

В первом случае ток КЗ будет идти только в одном направлении и ориентироваться нужно по последнему сработавшему ИКЗ. Во-втором случае потребуются специальные ИКЗ с функцией определения направления тока КЗ (загораются лампочки разного цвета).

Иначе на всем участке ВЛ от двух источников, сработавшими будут все датчики, а вы по ним так и не поймете, в какой точке искать замыкание.

Где устанавливать ИКЗ?

Общий принцип расстановки ИКЗ представлен на следующем рисунке.

У нас есть главная питающая подстанция, магистральная линия 6-10кв от нее и отпайки к отдельным КТП.

Согласно этой схемы в зонах балансового разграничения или в контрольных точках магистрального фидера монтируются умные индикаторы с функцией передачи данных.

Они более дорогие и соответственно вешать их по всей ВЛ вовсе не обязательно. Зная конечную точку сработки, диспетчер отправляет бригаду не по всей линии с самого начала, а именно к этому месту.



Далее, ориентируясь по простым ИКЗ (не “умным”), монтеры определяют в какую сторону им ехать и какую отпайку осматривать.

Если у вас простая ВЛ без отпаек, то выставляете индикаторы в ряд с определенной частотой. Все зависит от протяженности.

Принцип монтажа индикаторов на разных ВЛ

Как часто нужно вешать индикаторы короткого замыкания и на каком расстоянии друг от друга? Жестких правил и ограничений тут нет.

Рекомендация производителей – каждые 1,5-2км на прямолинейных участках.

Есть еще одна особенность для магистральных ВЛ, которую нужно учитывать.

Очень часто линия сначала идет вдоль накатанной дороги, а затем резко уходит в сторону от нее. Так вот, чтобы при осмотре не объезжать данный “закуток” и не терять драгоценное время, устанавливаете один ИКЗ до поворота ВЛ, а другой на выходе ЛЭП опять к дороге.

При отыскании КЗ и сработке обоих индикаторов вы будете точно знать, что осматривать этот “хвост” не нужно.

То же самое касается и мест перехода ВЛ в кабельную линию (при пересечение с железной дорогой, другой ВЛ или проезжей частью).

Один ИКЗ ставится на входе КЛ, другой на выходе.

Если сработал первый и не сработал второй, то повреждение произошло в самом кабеле. Вызывайте лабораторию, прожигайте и ищите именно в нем, воздушная линия не виновата.

По поводу отпаек. На каждой отпайке монтируется как правило три комплекта. На магистральной ВЛ 2шт (перед и после отпайки) и один комплект в первом отпаечном пролете.

Вы должны четко понимать куда ушел ток короткого замыкания.

Виды индикаторов короткого замыкания

Типы индикаторов ИКЗ для ВЛ-6-10-35-110кв рассмотрим на примере ведущего производителя Horstmann (Германия).

У них очень хорошо представлена вся линейка от простейших моделей только с визуальной индикацией (подошел ножками – посмотрел), до умных экземпляров с передачей данных и записью в память самых важных параметров.

Сводная таблица по всем разновидностям представлена ниже.

Самым простым является индикатор Navigator-LM (до 46кВ).

Технические характеристики

Такое “странное” напряжение (46кВ) обусловлено необходимостью обеспечить универсальность датчиков для систем эл. снабжения в разных странах.

Датчик обладает только локальной индикацией (без возможности удаленной передачи данных). Что называется, подошел – посмотрел.

Внутри корпуса находятся светодиоды, которые при протекании через прибор тока КЗ и его сработке, начинают моргать с заданной периодичностью.

Одиночное мигание – одно КЗ. При неуспешном АПВ – двойное мигание. Светодиоды хорошо видно даже в яркий солнечный день.

Заявленная видимость – до 50м (ночью до 150м). Такое свечение можно легко увидеть даже не выходя из машины.

Сравните это с двумя еле различимыми лампочками в американских Fault Indicators.

Сброс сработавшего состояния может происходить:

  • через заданный промежуток времени после КЗ
  • при восстановлении тока нагрузки
  • при восстановлении напряжения (подали U на ЛЭП без подключения самих потребителей)

Для высокого напряжения 110кв есть разновидность HV (рассчитаны до 161кВ).

Корпус ИКЗ выполнен из полиамида устойчивого к ультрафиолету. Все металлические детали из нержавейки.

Механизм крепления к проводу у всех моделей очень надежный и проверяется производителем в аэродинамической трубе на скорости воздуха 200км/ч.

То есть, индикатор не сползет в середину пролета при большом уклоне и вибрации проводов.

Минимальный диаметр провода на который можно “насадить” ИКЗ начинается от 4-8мм (в зависимости от модели). То есть, на проводе АС-35 (d-8,4мм), не говоря уже про АС-50 (d-9,6мм) и выше, индикатор будет сидеть как влитой.

Класс защиты IP68. Температура эксплуатации от -40С до +85С. Ограничение температуры вызвано наличием батарейки внутри корпуса.

Сам полиамид выдерживает конечно и большие температуры, а вот батарейка нет. По поводу замены аккумулятора не переживайте, срок его службы – около 20лет.

Замена АКБ элементарная. Сбоку откручивается крышечка, достается аккумулятор и ставится новый. Состояние заряда постоянно контролируется.

Вообще световая индикация гораздо надежнее всяких ИКЗ с роторно-поворотным механизмом.

Никогда точно не знаешь, в рабочем они состоянии или что-то у них заклинило или примерзло в наших суровых зимних условиях.

Светодиоды запрятаны в прозрачную полусферу из поликарбоната, также устойчивого к УФ. С годами он не потускнеет.

Данный индикатор срабатывает по токовой характеристике. Есть три варианта настройки:

Для каждой конкретной линии вы сами рассчитываете, заказываете и выбираете те или иные параметры.

Сброс индикации

После того как срабатывание произошло, есть несколько способов снять индикацию. Во-первых, вручную – при помощи штанги и магнита.

Прикасаетесь магнитом к одной из сторон корпуса и предыдущее состояние ИКЗ сбрасывается.

Этим же магнитом умные ИКЗ (рассмотрим их далее) прописываются в блоке сбора данных. Только время приложения магнита к корпусу здесь должно составлять порядка 10 секунд, пока внутри не моргнет желтый светодиод.

Заметьте, что для принудительного срабатывания вручную, магнит нужно приложить к одной стороне, а для сброса – к другой!

Второй способ сброса - автоматический, по времени. Он рассчитан на 2,4,8 или 24ч (4 часа стандарт, остальные по заказу).

Третий – при восстановлении номинального напряжения в линии или номинального тока.

В отдельных моделях после АПВ загораются желтые светодиоды.

В этом случае через минуту после успешного автоматического повторного включения прибор анализирует ток.

Если он в норме, красные светодиоды тухнут, а желтые начинают моргать в течение 4 часов. Пройдя после этого по линии вы сможете определить, где было самоустранившееся КЗ.

При устойчивом замыкании оба светодиода будут светиться до сброса.

Как установить на провода ВЛ?

При снятом напряжении индикатор на ВЛ можно поставить вручную. Только не забывайте на месте производства работ устанавливать ПЗ.

Но самый простой способ – это воспользоваться изолирующей штангой. В этом случае даже ЛЭП не придется гасить, все делается под напряжением с применением защитных средств.

На конце штанги должен быть крючок. Насаживаете его на прозрачную полусферу снизу индикатора.

Вручную отстегиваете верхнюю скобу. Далее подводите ИКЗ к проводу и упираетесь в него, надавливая снизу, скоба после этого автоматически защелкивается.

Поворачиваете штангу вокруг оси, крючок ослабляется и отстегивается.

Если нет штанги с крючком, понадобится насадка в виде чаши.

Индикатор целиком помещается в нее и фиксируется.

Этой же штангой ИЗК снимается с ВЛ (фиксирующая "собачка" на чаше предварительно переводится в другое положение).

ИКЗ Led + роторный механизм

Другой тип индикатора – Navigator Led+Flag.

Он опять же без функции передачи данных.

Технические характеристики

Помимо вышеперечисленных элементов конструкции у него в нижней полусфере расположен поворотный флажок. LED индикация также имеется в наличии.

Сброс светодиодов запрограммирован на 4 часа, в то время как флажок может восстанавливать первоначальное положение значительно дольше – 1,2 или 7 дней.

Срабатывание происходит по время-токовой характеристике в зависимости от модели:

Такие штуки нужно ставить в труднодоступных точках, где попадание к месту повреждения занимает более суток, а электроснабжение объекта переводится на резервную ВЛ.

Главное преимущество этой модели – экономия работы аккумуляторной батареи. Флажок повернулся – лампочки через 4 часа потухли.

Добрались к опоре на 2-й или 3-й день и узнали всю информацию.

Умный ИКЗ с передачей данных

Для удаленного мониторинга используется умный ИКЗ – Smart Navigator.

Технические характеристики

Он реагирует на повреждение не только фаза-фаза, как все предыдущие, но и на фаза-ноль. То есть, однофазные замыкания на землю.

Правда зафиксировать однофазное КЗ в сетях с изолированной нейтралью вы сможете не на опоре, где висит датчик, а на удаленном рабочем столе.

Информация с прибора передается в виде отчетов в Scada или систему IHost.

Благодаря Web интерфейсу IHost, все данные можно элементарно контролировать на обычном смартфоне или веб браузере.

Фактически получается, что всю систему электроснабжения в режиме реального времени можно засунуть в карман пиджака. А в случае аварийного отключения тут же получать оповещение в виде SMS или сообщения на почту.

Помимо срабатывания при аварии, в нормальном режиме идет непрерывный мониторинг нескольких параметров ВЛ:

  • средний, пиковый и минимальный ток нагрузки
  • в отчетах отображается температура окружающей среды
  • и температура самого проводника, на котором висит ИКЗ

Последнее очень важно при плавке гололеда на проводах ВЛ высокого напряжения. Опция доступна в модификации HV за счет встроенного датчика t.

Как подобрать правильный ток срабатывания индикатора? Smart Navigator в отличие от предыдущих моделей сам может подстраиваться под действующую нагрузку ВЛ.

Если на линии I<20А, то срабатывание произойдет по фиксированному значению уставки в 50А,100А или 200А. А вот если ток в линии был более 20А, то ИКЗ сработает при 4-х кратном превышении среднего значения за последние 72 часа.

Для передачи информации помимо индикаторов понадобится дополнительное оборудование Smart Reporter. Оно размещается в отдельном шкафу на опоре чуть ниже проводов.


Smart Reporter изнутри

Вообще максимальное расстояние от подобного блока до самых дальних ИКЗ не должно превышать 30м.

Вся информация по радиосигналу от датчиков передается в блок. Там через GSM модуль со встроенной SIM картой все данные сбрасываются либо в систему IHost, либо в SCAD.

На один такой блок или одну симку можно подключить до 4-х комплектов ИКЗ. Это в первую очередь касается опор с отпайками в разные стороны.

Главный недостаток всей этой конструкции – необходимость во внешнем питании.



Именно поэтому для таких комплектов на этой же опоре приходится монтировать солнечные батареи.

ИКЗ для ВЛ с двухсторонним питанием

Для линий с двухсторонним питанием понадобятся модели с функцией направления – Smart Navigator HV DFCI.

Технические характеристики

Они устанавливаются на ВЛ напряжением до 220кВ. При этом могут использоваться как самостоятельно в качестве локальных точек обнаружения КЗ, так и совместно со Smart Reporter.

Направление прошедшего тока КЗ фиксируется красными или зелеными светодиодами.

Каждый индикатор на корпусе имеет две стороны – А и В.

При протекании тока в направлении от А к В – загорятся красные лампочки, от В к А – зеленые.



Для обнаружения повреждения вам нужно найти два ближайших сработавших ИКЗ с разной цветовой индикацией – один красного цвета, другой зеленого.

При двухстороннем питании место короткого замыкания как раз и будет между этими точками.

Умные ИКЗ без внешнего питания

Самая совершенная модель на сегодняшний день – это Smart Navigator 2.0MV (до 46кВ) и HV (до 220кВ).

Технические характеристики

Помимо тока они отслеживают и реагируют на напряжение. По ним можно однозначно сказать в какой стороне от них находится КЗ.

Но самое главное, ИКЗ нового поколения имеют встроенную связь WAN. То есть, теперь на опоре вам не придется монтировать никаких дополнительных коробочек и подводить туда питание.

Комплект состоит из 3-х штук. Один ИКЗ выступает в качестве “мастера”, два других – сателлиты.

В мастере как раз и вмонтирован GSM модуль с SIM картой. Питание устройства осуществляется от эл.магнитного поля самой ВЛ.

Однако помимо преимуществ это накладывает и определенные ограничения. Для стабильной работы прибора ток в линии должен быть не менее 5А!

Ток срабатывания Smart Navigator 2. 0 выбирается исходя из двух вариантов:

  • фиксированные значения до 200А
  • 4-х кратный ток нагрузки от номинального за последние 72 часа

Сброс моргающих светодиодов можно осуществлять дистанционно через IHost, Scada, или локально через USB модем и ноутбук.

Источники - Дни решений, Связькомплект

Статьи по теме

Что означает OW?


9004 9000W 9004 9000

Правительственные »Военные

OW

В одну сторону

Государственный транспорт

Оцените:
OW

Наука об океане

Open Water Science

Open Water Academic

Оцените:
OW

Old World

Regional - и другие. ..

Оцените:
OW

Oh Well

Разное »Несекретные

OW

Внешняя стена

Академия и наука »Астрономия

Оцените это:
OW

9005

Общая ширина

Оценить:
OW

Другая женщина

Разное »Несекретное

Оценить:
90 005 Оценить:
OW

Предложение Требуется

Бизнес »Общий бизнес

004 Оценить:
0005

Обвальдо

Международный »Итальянский

9005 9005

Оцените:
OW

One Wish

Разное»

9000 :
OW

Дуб

Разное »Несекретный

Оценить:
OW Old Warse Оцените это:
OW

Старая девка

Бизнес »Профессия и должности

Оцените это:
Оцените:
OW

Ордер подчинения

Разное» Несекретный

it
OW

Oxford Weave

Разное »Несекретный

Оцените это:
OW

47

9000 Computing и Ominous Worms
Оценить:
OW

Overwatch

Вычислительная техника »Игры

Оценить:
OW

Официальный Интернет-сайт

Оцените его:
OW

Orderwire

Правительственный »Военный

Оцените:
OW

В среду

Интернет» Chat

4

OW

Obnoxious Weeb

Разное »Несекретный

Оцените его:
OW

The Oddassified

Оцените: