ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Атмосферные воздействия и влияние климатических условий на воздушные линии электропередачи
Общие сведения
Воздушные линии электропередачи сооружаются на открытой местности и, естественно, подвергаются различным атмосферным воздействиям, которые в зависимости от географического расположения местности проявляются в разных степенях. Условия работы воздушных линий электропередачи во многом зависят от климатических условий, поэтому именно климатические условия положены в основу их проектирования.
Влияние температуры воздуха
Температура воздуха влияет на степень натяжения либо провисания провода воздушной линии. Для процесса проектирования важное значение имеют максимальная (абсолютная наивысшая), минимальная (абсолютная наинизшая), среднегодовая температуры, а также температура, при которой образуются гололедные отложения на проводах воздушных линий. Все вышеперечисленные виды температур наблюдаются отдельно для каждого климатического района страны на метеорологических станциях. Далее по собранным статистическим сведениям создаются карты распределения температур [13].
Виды гололедно-изморозевых образований и их влияние на воздушные линии электропередачи
К числу гололедно-изморозевых образований относятся иней, кристаллическая или зернистая изморозь, гололед и смешанные образования [3, 11].
Иней и кристаллическая изморозь образуются в процессе перехода водяного пара в ледяные кристаллы. Для проводов воздушных линий не представляют существенной нагрузки и не влияют на механическую прочность.
Зернистая изморозь (рис. 2.1) представляет собой матово-белый снеговидный осадок из примерзших друг к другу ледяных зерен. Такой
вид изморози образуется с наветренной стороны провода, поэтому провод получает эксцентричную вертикальную нагрузку.
Рис. 2.1. Зернистая изморозь: а - иглообразная; б, в, г - веерообразная; д - пластинчатая
Зернистая изморозь способствует закручиванию провода, прочно сцепляется с ним и своими размерами увеличивает парусность провода, что при поперечном ветре приводит к дополнительным нагрузкам на опоры и провода воздушных линий. Время нарастания изморози в среднем меньше суток, а продолжительность нахождения изморози на проводах может достигать 10 сут и более.
Гололед - это плотно намерзший лед стекловидного однородного строения (рис. 2.2). Образование гололеда происходит в морозную погоду при температуре воздуха в приземном слое от - 0,5 до - 5°С, реже при - 10°С. Причиной возникновения гололеда является намерзание переохлажденных капель воды, выпадающих при моросях и дождях и при крупнокапельном тумане. Ледяная корка плотно сцепляется с проводом воздушной линии. В случае несимметричного образования гололед вызывает закручивание провода, а при большой толщине стенки гололеда его вес может во много раз превысить вес самого провода.
Рис. 2.2. Гололед: а - овалообразный; б - футляр; в - волнистый;
г - гребнеобразный
На рис. 2.3 показан гололед, образовавшийся на сталеалюминиевом проводе марки АС-120 воздушной линии напряжением 110 кВ.
Рис. 2.3. Стекловидный футлярообразный гололед на проводе АС-120
Образование такого гололеда с последующим увеличением скорости ветра послужило причиной разрушения опоры (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Поломка опоры под действием гололеда и ветра
Излом ствола этой опоры произошел в верхней части под траверсой первого яруса проводов.
Мокрый снег (рис. 2.5) выпадает при плюсовой температуре и, если погода безветренная, оседает на проводах, покрывая их большим слоем.
Рис. 2.5. Отложения мокрого снега на проводах
Если температура воздуха понизится и перейдет к отрицательным значениям, то налипший на проводе влажный снег начнет замерзать, его структура станет кристаллической и образуется прочное сцепление с проводом. Такой снег при ветре уже не опадет.
Сложное отложение (смесь) - это гололед с последующим нарастанием изморози или наоборот - изморози с нарастанием гололеда (рис. 2.6).
Рис. 2.6. Сложные отложения: а - зернистая изморозь на гололеде; б - гололед на зернистой изморози; в - замерзшие отложения мокрого снега
Сложные отложения могут иметь большую толщину и большой вес. Нарастание такого вида отложений происходит в течение нескольких суток, а нахождение их на проводах в некоторых районах отмечалось до 40 сут.
В действующих Правилах Устройства Электроустановок все виды обледенений проводов объединены под общим названием гололеда. При этом подразумевают любой вид обледенения, приведенный к чистому гололеду круглой цилиндрической формы.
В результате систематической обработки и анализа многочисленных материалов метеостанций и данных наблюдений на работающих воздушных линиях электропередачи составлены карты расчетных гололедных районов, которые являются ценным пособием при проектировании электрических сетей и линий, особенно большой длины [13].
Электроплавление гололеда на проводах воздушных линий
Методы борьбы с гололедом заключаются в увеличении тока, протекающего по проводам воздушных линий и нагреве их до тех пор, пока в гололедном цилиндре не образуется канавка и он не упадет на землю [6, 14].
Существует несколько способов борьбы с гололедом:
Способ 1. Метод плавки гололеда токами короткого замыкания, при котором все три фазы в конце линии или участка закорачиваются, и линия подключается с помощью перемычек к шинам подстанции с напряжением ниже, чем основное.
Способ 2. Метод плавки гололеда с помощью встречного включения фаз линии, при котором линия со стороны концевых подстанций подключается к разноименным фазам так, что сдвиг по напряжению по концам каждого провода составляет 120°.
Способ 3. Метод наложения, при применении которого на рабочий ток линии накладывается ток от постороннего источника. При данном способе производится пофазная плавка гололеда без отключения потребителей. На приемном конце заземляется одна фаза линии, на питающем конце к этой фазе присоединяют один из выводов 6 - 10 кВ обмотки трансформатора подстанции. Другой конец обмотки заземляется. Таким образом, создается короткозамкнутый контур через одну фазу линии и землю. Недостатком метода является увеличение в л/3 раз напряжения двух других фаз.
Способ 4. Метод перераспределения потоков мощности в сети, который заключается в таком отключении части параллельных линий, разделении колец, переводе дополнительных потребителей на линию с гололедом, чтобы по выбранной линии существенно увеличился ток.
Влияние ветра на провода воздушных линий электропередачи
Воздушные линии электропередачи являются наземными сооружениями, поэтому для них главную помеху представляет горизонтальная слагающая ветра. Именно направление и скорость горизонтальной слагающей регистрируются и в дальнейшем принимаются в качестве исходных данных при определении расчетных горизонтальных нагрузок. Непосредственным влиянием ветра на работу воздушной линии является его давление на провода, тросы и опоры. Это давление может вызвать поломку и падение опор с вырыванием недостаточно прочно укрепленных в грунте фундаментов (рис. 2.7). Ветровая нагрузка характеризуется скоростным напором ветра Qн. Многолетние наблюдения за режимом ветра на всей территории России и союза независимых государств позволили провести разделение на семь ветровых районов, которые различаются величинами максимальных скоростных напоров и составить карты ветровых районов [13].
Рис. 2.7. Падение опоры при ураганном ветре
