книги из ГПНТБ / Мельников, Н. А. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330-500 кВ

того, оси ветвей должны пересекаться в точке, лежащей на се­ редине осевой линии точек крепления поддерживающих зажи­ мов. В зарубежной практике величина угла ß принимается рав­ ной 80—100°.

В СССР на одной линии 500 кВ, где установлены Ѵ-образные гирлянды, угол ß принят равным 1 1 0 ° при расчетной скорости ветра ü= 40 м/с. Ѵ-образные гирлянды обеспечивают следующие преимущества, улучшающие технико-экономические показатели линии электропередачи. Жестко закрепленные Ѵ-образные гир­ лянды не отклоняются под действием бокового ветра. Это обсто­ ятельство дает возможность уменьшить изоляционные расстояния по воздуху между проводами и стойкой опоры, а следова­ тельно, и расстояния между фазами, что в свою очередь приво­ дит к относительно небольшому увеличению натуральной мощ­ ности линии и уменьшению веса опор. Применение Ѵ-образных гирлянд позволяет сократить ширину охранной зоны и просек,

снижения расходов на оплату полосы отчуждения, приобре­ таемой при сооружении линии. Ѵ-образные гирлянды также дают возможность при неизменных габаритах до земли и высо­ те опор в случае необходимости несколько усилить изоляцию линии.

К числу недостатков Ѵ-образных гирлянд относится повы­ шенный в 2 раза расход изоляторов. Кроме того, для осущест­ вления Ѵ-образной подвески гирлянд на крайних фазах необхо­ димо значительное удлинение траверсы.

Результаты технико-экономических сравнений показывают, что в СССР перечисленные выше сравнительно небольшие по масштабам преимущества, получаемые при снижении расстоя­ ния между фазами, в большинстве случаев не компенсируют до­ полнительных расходов, связанных с увеличением количества изоляторов и усложнением конструкции опор. Наиболее рацио­ нальным может оказаться применение Ѵ-образных гирлянд при проектировании опор башенного или Ѵ-образного типа, где же­ сткое закрепление проводов средней фазы обеспечивает наибо­ лее экономичные конструктивные решения.

Показанное на рис. 7-5,6 полуанкерное крепление гирлянд применяется в тех случаях, когда необходимо усилить изоляцию или предотвратить в аварийном режиме возможность значитель­ ного увеличения стрелы провеса в пролете пересечения линии с другими объектами, при обрыве проводов в смежных пролетах.

Как следует из рис. 7-5, б, полуанкерное крепление позволяет увеличить количество изоляторов в каждой ветви по сравнению с нормальной поддерживающей гирляндой в отношении 1 /cosß. По конструктивным соображениям угол ß рекомендуется прини­ мать равным 45°. С учетом этого изоляция линии может быть

154

Рис. 7*6. Схема замещения поддерживающей гирлянды изоляторов.

усилена примерно на 40%. Полуанкерное крепление разрешает­ ся выполнять только после проверки механической прочности опор на нагрузки аварийного режима.

Если требуется относительно небольшое усиление изоляции, применяются показанные на рис. 7-5, в комбинированные гир­ лянды, состоящие из верхней вертикальной ветви, которая за­ крепляется «а траверсе опоры, и связанной с проводами нижней части, выполненной в виде полуанкерного крепления. Преиму­ ществом этого конструктивного решения являются меньшие на­ грузки на опоры в аварийном режиме обрыва проводов в смеж­ ных пролетах.

Очевидно, что в рассматриваемом случае усиление изоляции линии может производиться только на той части комбинирован­ ной гирлянды, где предусмотрено полуанкерное крепление. К числу наиболее сложных конструктивных решений относится показанное на рис. 7-5, г комбинированное анкерное крепление гирлянд, которое дает возможность при одном и том же уровне изоляции затратить на усиление меньшее количество изоляторов. Недостатком комбинированного анкерного крепления является сложность монтажа проводов.

Электрическая схема замещения гирлянды. Схема замеще­ ния поддерживающей гирлянды, подвешенной на опоре линии электропередачи, может быть представлена в виде показанного на рис. 7-6, а сочетания различных промежутков, образованных электродами сложной геометрической формы. Последовательно соединенные изоляторы гирлянды замещаются цепочкой проме­ жутков Si. Между шапкой одного изолятора и шапками других изоляторов имеются воздушные промежутки S%. Кроме того,

155

В нормальном режиме распределение напряжения, прило­ женного к сухой и чистой гирлянде, определяется показанной на рис. 7-6, б емкостью (Д самих изоляторов и емкостями С2, Съ, С4, С5 всех перечисленных выше воздушных промежутков. На­ личие емкостей С2, С3, С4 вызывает неравномерное распределе­ ние напряжения вдоль гирлянды, причем степень этой неравно­ мерности возрастает с увеличением длины, что объясняется ростом суммарной емкости гирлянды по отношению к земле. Ем­ костное распределение напряжения вдоль гирлянды можно опре­ делить экспериментально или расчетным путем.

Для приближенного расчета распределения напряжения мо­ жет быть использована электрическая схема замещения гирлян­ ды, состоящая из цепочки последовательно включенных внутрен­ них емкостей изоляторов Сі и параллельно к ним присоединен­ ных, сравнительно небольших по величине емкостей С2 между изоляторами и заземленными конструкциями опор.

Для ориентировочных расчетов величину внутренней емкости изоляторов Сі можно принять равной 50 пФ, а емкость С2— из­ меняющейся в пределах от 5 до 10 пФ. Поэтому отношение этих величин т = С 2/Сі всегда будет значительно меньше единицы.

На рис. 7-6,б в качестве примера приведена простейшая схе­ ма замещения гирлянды из трех изоляторов и показано распре­ деление емкостных токов. На схеме замещения приняты следу­

156

Подставляя вместо U2 его значение из уравнения (7-4), мо­ жно определить, что

/ 3 = и 1а>С1(1 + 3/и + т2).

После выполнения аналогичных преобразований напряжение

к любому изолятору гирлянды при известных напряжениях на первом изоляторе и величинах емкостей Сі и С2.

Аналогично определяются напряжения на изоляторах при любом количестве элементов в гирляндах. Например, для гир­ лянды из восьми элементов распределение напряжения анали­ тически записывается в следующем виде:

Анализ этих уравнений позволяет заметить, что выражения в скобках всегда начинаются с единицы, степень последнего члена должна быть на единицу меньше порядкового номера изолятора. Промежуточные члены подчиняются следующему правилу. Для определения коэффициента при каком-либо мно­

т. д.), учитывая, что 1 = т°, и к этой сумме прибавить коэффи­ циент при mJ' в уравнении для Ui- ь

С ростом номинального напряжения линий электропереда­ чи соответственно увеличивается количество изоляторов в гир­ ляндах и, следовательно, заметно возрастает неравномерность распределения напряжения по ее длине. Характер распределе­ ния напряжения вдоль гирлянды в значительной степени зави­ сит от типа изолятора. Наибольшее напряжение приходится на ближайшие к проводам изоляторы и в некоторых случаях мо­ жет достигать значений, недопустимых для нормальной эксплу­ атации.

157

Предельная допустимая величина падения напряжения на

ность возникновения на изоляторах интенсивной стримерной ко­ роны, которая является источником радиопомех. Производив­ шееся в НИИПТ длительные испытания показали, что при по­ стоянном (в течение многих тысяч часов) приложении напряже­ ния 30+50 кВ видимые следы коррозии на изоляторах не наблю­

даются.

Результаты исследований, выполненных в НИИПТ и за гра­ ницей, позволили нормировать приведенные в табл. 7-1 макси­ мально допустимые по уровню радиопомех напряжения, кото­ рые определяют на одиночном изоляторе, сцепленном стержнем с испытательной арматурой, имитирующей шапку изолятора. Перед каждым измерением испытываемый изолятор должен на­ ходиться 30 мин под напряжением, величина которого указана в табл. 7-1. После выдержки производят плавное изменение на­ пряжения до величины, соответствующей току помех 15+5 мкА, измеренной при частоте 1 МГц со стороны нижней обкладки конденсатора связи емкостью не менее 4000 пФ, присоединен­ ного параллельно испытываемому изолятору.

Полученное при этом значение напряжения является допус­ тимым по уровню радиопомех от короны для данного исполне­

330—500 кВ для выравнивания распределения напряжения на первых от провода изоляторах устанавливалась защитная арма­ тура в виде овалов, размещаемых таким образом, чтобы не уве­ личивать габариты опор. Защитная арматура повышает ем­ кость изоляторов по отношению к проводам, вследствие чего распределение напряжения по гирлянде становится более рав­ номерным.

В табл. 7-3, составленной по результатам измерений, произ­ веденных в НИИПТ, приведены значения напряжений на пер­ вом от расщепленных проводов изоляторе при наличии защит­ ной арматуры и без нее.

158

тенсивной коррозии, напряжение на изоляторах перераспределя­ ется и становится близким к равномерному. В этих условиях напряжение на первом от расщепленных проводов изоляторе линии 750 кВ не будет превышать 27 кВ.

На рис. 7-7 приведен составленный по результатам проведен­ ных в ЛПИ измерений график зависимости падения напряже­ ния на первом изоляторе гирлянды 500 кВ, скомплектованной из 22 изоляторов типа ПС-11, от номера изолятора. Анализ по­ лученной зависимости показывает, что приближение гирлянды к проводам расщепленной фазы заметно снижает напряжение на первом изоляторе. Этот вывод также подтверждается резуль­ татами измерений, произведенных в США.

Как следует из изложенного, применение на линиях сверх­ высокого напряжения двух и более расщепленных проводов, по­ вышающих емкость изоляторов относительно проводов, позво­ лило в настоящее время упростить конструктивные решения и использовать вместо защитной арматуры расщепленные прово­ да, которые располагаются вблизи тарелки нижнего изолятора.

Впроцессе исследований, выполненных в ЛПИ, была также установлена зависимость падения напряжения на первом изо­ ляторе от числа изоляторов в гирлянде. При увеличении числа изоляторов падение напряжения на первом изоляторе резко уменьшается и при 25 элементах в гирлянде снижается до 7% независимо от числа проводов в расщепленной фазе. При даль­ нейшем увеличении числа элементов напряжение на первом изоляторе остается практически неизменным.

Взаключение следует отметить, что на линиях 330—500 кВ

сзащитной арматурой и на линиях более низкого напряжения, которые эксплуатируются без защитной арматуры, повреждае­ мость отдельных изоляторов не находится ни в какой связи с их месторасположением в гирлянде. Опыт эксплуатации показыва­ ет, что вероятность появления дефектных изоляторов, располо­

женных вблизи проводов, такая же, как и всех остальных эле­ ментов гирлянды.

Разрядные напряжения гирлянд изоляторов. Во время экс­ плуатации изоляция линий электропередачи постоянно должна

159

выдерживать воздействие рабочего напряжения в нормальном эксплуатационном режиме и периодически кратковременные внутренние и грозовые перенапряжения. Гирлянды изоляторов и изоляционные расстояния по воздуху выбираются с учетом всех перечисленных выше воздействий.

Рабочее напряжение, грозовые и внутренние перенапряже­ ния различного рода, которые могут привести к перекрытию гирлянды, сочетаются с разнообразными метеорологическими условиями на трассе линии, оказывающими существенное влия­ ние на величину разрядного напряжения. Исследование разряд­ ных напряжений гирлянд производится при плавном подъеме напряжения промышленной частоты и коммутационных импуль­ сах с частотами 75—200 Гц. Методика испытаний учитывает, что в реальных условиях перекрытие гирлянды может произой­ ти в сухую погоду, которая преобладает по продолжительности почти по всей территории СССР, а также во время дождей раз­ личной интенсивности, туманов и рос.

Разрядное напряжение гирлянды находится в непосредствен­ ной зависимости от количества и формы ребер на поверхности каждого изолятора, из которых она скомплектована. Ребра уд­ линяют путь разряда по поверхности изоляторов и способствуют увеличению разрядного напряжения гирлянды. В случае воз­ никновения перенапряжений с амплитудой, достаточной для пе­ рекрытия, или в условиях, при которых резко снижается проч­ ность изоляции в нормальном рабочем режиме, разряд может происходить не только по поверхности изоляторов, но и по воздуху.

В процессе перекрытия практически возможны три пути раз­ ряда, показанные на рис. 7-6, а: полный разряд по воздуху, при котором происходит перекрытие промежутка S5; частично кас­ кадирующий разряд, при котором перекрывается промежуток S3 или S4, а остальные изоляторы поочередно перекрываются по поверхности; полный каскадирующий разряд, при котором происходит перекрытие каждого из изоляторов, т. е. последова­ тельно перекрывается каждый из промежутков Si.

Ниже рассматриваются условия, при которых разряд может развиваться по каждому из перечисленных путей.

Сухоразрядные напряжения гирлянд изоляторов. Результаты измерений показали, что при наличии защитной арматуры на гирляндах, скомплектованных из современных тарельчатых изо­ ляторов, у которых отношение длины пути утечки к строитель­ ной высоте значительно больше чем 1,3, разряд полностью раз­ вивается по воздуху. При этом разрядные напряжения несим­ метричного промежутка S5 (рис. 7-6, а) заметно снижаются с увеличением приложенного напряжения. Разрядное напряжение длинной гирлянды с защитной арматурой совпадает с разряд­ ным напряжением воздушного промежутка провод — опора. Разрядное напряжение этого промежутка при длине до 5 м поч­

160

ти не отличается от разрядного напряжения промежутка стер­ жень— плоскость. Это совпадение объясняется тем, что разряд развивается по воздуху между траверсой и защитной армату­ рой, размеры которой малы по сравнению с размерами травер­ сы и стоек опоры, причем разрядные напряжения гирлянд, име­ ющих одинаковую длину, практически не зависят от типов изо­ ляторов, из которых скомплектованы гирлянды.

В процессе исследований установлено, что при воздействии коммутационных импульсов снижение сухоразрядного градиен­ та при удлинении гирлянды происходит значительно медленнее, чем при плавном подъеме напряжения промышленной частоты. Поэтому при коммутационных волнах упрочнение гирлянд по сравнению с напряжением промышленной частоты происходит по мере их удлинения. Для гирлянд длиной до 2 м это упроч­ нение составляет всего 5—10%, при длине 5— 6 м —20—30%.

Мокроразрядные напряжения гирлянд изоляторов. После увлажнения и появления на поверхности находящейся под на­ пряжением гирлянды изоляторов сплошной проводящей водя­

пленки и электропроводности воды. Под действием токов утеч­ ки происходит выделение значительного количества тепловой энергии, подсушивающей часть нижней поверхности каждого изолятора гирлянды. На подсушенных участках резко возрас­ тает падение напряжения, вследствие чего начинаются частич­ ные разряды, которые в случае дальнейшего возрастания токов утечки могут привести к полному перекрытию всей гир­ лянды.

Ребра на изоляторах препятствуют смачиванию нижней по­ верхности тарелок и затрудняют развитие частичных разрядов. Измерения при плавном подъеме напряжения и дожде показа­ ли, что вследствие тепловых процессов путь разряда по гирлян­ де плотно прилегает к поверхности диэлектрика. Поэтому при наличии ребер мокроразрядное напряжение повышается в зна­ чительно большей степени, чем сухоразрядное.

Во время дождя температура воздуха практически не ока­ зывает влияние на величину разрядного напряжения, которое зависит только от атмосферного давления.

На большей части территории Советского Союза регистриру­ ются ливневые дожди с интенсивностью, не превышающей де­ сятых долей миллиметра в минуту. Дожди с интенсивностью бо­ лее одного миллиметра в минуту наблюдаются очень редко и от­ личаются небольшой продолжительностью. Поэтому одновре­ менное появление перенапряжений и дождей с наибольшей ин­ тенсивностью в практических расчетах может не учитываться. Наиболее вероятно совпадение ливневых дождей с коммутация­ ми, происходящими после грозовых перекрытий, как, напри­ мер, АПВ или отключение линии.

Разрядные и выдерживаемые напряжения при дожде раз­ личной интенсивности характеризуются определяемыми в про­ цессе испытаний при плавном подъеме напряжения или при коммутационных импульсах мокроразрядными напряжениями гирлянд изоляторов, которые с некоторым приближением мож­ но считать пропорциональными ее длине. Поэтому разрядные напряжения при дожде гирлянд изоляторов одного типа приня­ то характеризовать мокроразрядным градиентом

Постоянство мокроразрядного градиента объясняется боль­ шой величиной тока утечки по увлажненной поверхности гир­ лянды, обеспечивающей равномерное распределение приложен­ ного напряжения вдоль длины гирлянды. Величины мокрораз­ рядных градиентов для изоляторов различных типов приведены в табл. 7-1.

Характер развития разряда при коммутационных волнах су­ щественно отличается от явлений при плавном подъеме напря­ жения. Из-за кратковременности воздействия влияние тепловых процессов не всегда одинаково, и поэтому наблюдаются раз­ личные пути разряда по гирлянде: каскадирующий по поверх­ ности изоляторов, полностью по воздушному промежутку, а также частично по воздуху с последующим переходом на изоляторы.

Существенным является то обстоятельство, что разрядные напряжения при коммутационных импульсах значительно выше, чем при плавном подъеме напряжения. Это явление характери­ зуется коэффициентом упрочнения а, который представляет со­ бой отношение разрядного напряжения при коммутационных импульсах к разрядному напряжению той же гирлянды, изме­ ренному при дожде одинаковой интенсивности и плавном подъ­ еме напряжения. Коэффициент а изменяется в диапазоне 1— 1,5 и снижается при увеличении количества элементов в гир­ лянде. Пределом снижения коэффициента а является сухораз­ рядное напряжение, которое ни при каких услових не может быть ниже мокроразрядного. У гирлянд длиной 5 м и более мокроразрядное и сухоразрядное напряжения практически не различаются.

Импульсные разрядные напряжения гирлянд изоляторов.

В случае прямого удара молнии в тросы или опору на изоляции линии электропередачи возникают перенапряжения, которые при недостаточной импульсной прочности гирлянды могут при­ вести к ее перекрытию. Для определения количества грозовых отключений необходим ряд исходных данных, в числе которых 50%-ное импульсное разрядное напряжение гирлянды, измерен­

162