Большое влияние на характер и массу гололедных отложений оказывают параметры воздушной линии. I) частности, высота подвеса проводов Опытные данные покатывают, что в слое от 2 до 20 метров масса гололедных отложений увеличивается в три раза. Например, в табл.1.2 приведены данные, полученные на полигоне ВНИИЭ, расположенном в районе подстанции «Машук» [10]. Здесь к - коэффициент изменения массы гололедных отложений с высотой при использовании в качестве базовой высоты 10 м.
Таблица 1.2
Высота, м | 2 | 4 | 8 | 10 | 12 | 16 | 23 |
к | 0,6 | 0,75 | 0,8-0,9 | 1,0 | 1,05ч-1,25 | 1,25-1,5 | 1,6з-2,0 |
Для склонов горных хребтов зависимость к;, от высоты имеет более пологий характер [2] и уже на высоте более 15 м коэффициент остается практически постоянным (см. табл. 1.3).
Таблица 1.3
Высота, м | 2 | 5 | 10 | 15-50 |
к | 0,7 | 0,85 | 1,0 | 1,05 |
Следующий фактор, определяющий характер гололедных отложений, - закручивание проводов, обусловленное «жесткостью» проводов. Во время интенсивных отложений односторонний осадок на жестких стержнях периодически обрушивается под действием собственной массы и ветра, не достигая максимально возможных значений, тогда как на одиночном проводе или тросе, вследствие его закручивания, образуется устойчивая муфта, которая постоянно растет в течение активной фазы гололедного процесса. Закручивание проводов приводит не только к образованию устойчивой муфты, но и значительно увеличивает стадию сохранения осадка на проводах. При этом возможно неоднократное отложение осадка на предыдущий при длительных процессах с чередующимися стадиями гололедообразования или при нескольких процессах, следующих друг за другом с перерывами. На закручивающихся проводах осадок может в течение длительного времени расти (от нескольких дней до месяца и больше) и достигать очень больших значений - 10-20кг/м и более. На жестких стержнях за это время фиксируется несколько гололедных процессов с массой осадка, как правило, не превышающей 0,5кг/м. Таким образом, влияние закручивания проводов на форму и особенно на массу отложения исключительно велико.
Таблица 1.4
Далее рассматривается влияние диаметра проводов на гололедообразование. С увеличением диаметра провода dпр в зависимости от скорости ветра масса гололедных отложений сначала возрастает, достигая максимума при dпp=3—8см, и далее постепенно уменьшается. Возрастание выражено тем сильнее, чем больше скорость ветра v. В табл.1.4 приведены усредненные коэффициенты зависимости массы осадка от диаметра провода для скорости ветра менее и более 10м/с [2]. Видно, что растет значительно быстрее при скоростях более 10м/с.
По данным наблюдений [11], с увеличением диаметра провода растет также и плотность осадка - в среднем на 60 % при переходе от проводов диаметром 0,5см к проводам диаметром 4,0см.
Если вектор скорости ветра направлен к проводам под углом а, то масса гололедного осадка пропорциональна sin а. Теоретически при а, стремящемся к нулю, масса осадка также стремится к нулю. Однако вследствие пульсации вектора скорости по направлению и турбулентного характера гололедонесущих потоков нулевых осадков не наблюдается. При малых углах а масса отложений сильно уменьшается (на 60 - 80%) и осадок плотных изморозей и смесей становится пористым и рыхлым, чешуйчатым по форме. Это приводит также к существенному уменьшению его плотности [2].
Физически указанные закономерности легко объясняются снижением поверхностной плотности потока осаждающихся капель при а, стремящемся к нулю, и образованием пустот при чешуйчатой форме отложений. Исходя из опытных данных [7], при изменении а от 90 до 0° плотность гололеда и смесей уменьшается, соответственно, на 50-55 и 35-40%. Масса отложений при таких же изменениях а уменьшается для гололеда на 80%, для смесей и зернистой изморози на 65-70%, для кристаллической изморози на 60-65%.
Большое влияние на гололедообразование на ВЛ оказывает режим работы энергосистемы. Действие электрического поля, возникающего вокруг цепи линий электропередачи высокого напряжения, сводится в основном к тому, что водяные капли, попадая в сферу его влияния, получают наведенный заряд, в силу чего притягиваются к заряженной поверхности и осаждаются на ней. Сила притяжения капли при этом пропорциональна квадрату приложенного напряжения и обратно пропорциональна кубу расстояния. Согласно данным В. В. Бургедорфа, интенсивность гололедных отложений на проводах, находящихся под напряжением, оказывается примерно на 30% большей, чем на линиях без тока.
Рис.1.8. Гололедная муфта после плавки гололеда на ВЛ 10кВ
При протекании нагрузочного тока по линии, вследствие выделения тепла пропорционально активному сопротивлению и квадрату тока, температура провода повышается тем больше, чем хуже теплоотвод от провода, зависящий от условий окружающей среды. При увеличении температуры провода выше +1°С гололед на провод не прилипает. Если же гололедная муфта уже образовалась, то начинается проплавление в гололедной муфте канавки шириной немного большей, чем диаметр провода. На рис. 1.8 представлена фотография гололедной муфты после плавки гололеда на ВЛ 10кВ. Таким образом, одним из способов борьбы с гололедом на ВЛ электропередачи является нагрев провода или токами нагрузки или токами от специальных установок плавки гололеда.