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

чайные изменения метеорологических условий ам при испыта­ ниях.

Таким образом,

(7-31)

Результаты измерений показали, что при воздействии на воз­ душные промежутки коммутационных импульсов наблюдается значительный разброс около среднего значения 50%-ного раз­ рядного напряжения.

Для определения вероятности разряда в воздушном проме­ жутке при воздействии коммутационных импульсов использу­ ется полученная экспериментально кривая зависимости вероят­ ности разряда от величины приложенного напряжения, так на­ зываемая кривая эффекта, с помощью которой определяется разброс разрядных напряжений. Так как распределение раз­ рядных напряжений воздушных промежутков подчиняется нор­ мальному закону, то для оценки запасов электрической прочно­ сти достаточно определить среднее разрядное напряжение изо­ ляции и среднеквадратичное отклонение.

В табл. 7-7 приведены значения среднеквадратичных откло­ нений Стер, полученные в ЛПИ в процессе измерения разрядных напряжений воздушных промежутков различной конфигурации при коммутационных волнах и напряжении промышленной ча­ стоты.

При высоте над уровнем моря 2 000—3 000 м среднеквадра­ тичное отклонение резко снижается. С учетом естественных колебаний метеорологических условий величина оСр для всех

разрядных напряжений при воздействии коммутационных волн

Т а б л и ц а 7-7

185

с фронтами Тф=2 500 мкс показали, что среднеквадратичные отклонения при неизменных атмосферных условиях изме­ няются в диапазоне 4—8%. Во время плавного подъе­ ма напряжения промышленной частоты разброс разрядных напряжений оказался значительно меньше (3—3,5%). Ре­ зультаты измерений также показали, что разброс разрядных напряжений изменяется в зависимости от конфигурации элек­

тродов.

Для промежутков с протяженными электродами величина а меньше, чем для промежутков с сосредоточенными электрода­ ми, соответствующих конфигурациям на опоре линии электропе­ редачи. Это явление объясняется параллельным развитием не­ скольких искровых каналов с протяженного электрода, которое приводит к уменьшению статистического разброса разрядных напряжений.

Во время измерений, проведенных в ЛПИ, было установле­ но, что среднеквадратичное отклонение уменьшается при увели­ чении размеров траверс и стоек, а также вследствие приближе­ ния к проводам расщепленной фазы металлических заземлен­ ных конструкций. Например, среднеквадратичное отклонение для промежутка «провод в окне опоры» аср=4,9% , а для про­ межутка «провод — траверса и одна стойка» — стСр=6,2% . В то же время в ЛПИ было установлено отсутствие зависимости электрической прочности промежутка «провод — земля» от дли­ ны фронта коммутационного импульса, которая в одной серин

установить следующие закономерности:

1. Увеличение длины фронта коммутационных импульсов до 1000—2 000 мкс приводит к значительному возрастанию сред­ неквадратичных отклонений <7ср разрядных напряжений проме­

ческие конструкции (Ѵ-образная подвеска средней фазы на опорах башенного типа), то аср уменьшается. Такое же явление наблюдается при увеличении размеров стоек и траверс.

3. Среднеквадратичные отклонения разрядных напряжений воздушных промежутков «провод — стойка», «провод — травер­ са» на опорах одной и той же конструкции при неизменной дли­ не фронта коммутационных импульсов мало отличаются друг от друга.

В расчетах рекомендуется в зависимости от длины фронта коммутационных импульсов, принятых при измерении разряд­

186

ных напряжений воздушных промежутков на опорах, учитывать следующие значения среднеквадратичных отклонений 0ср:

вод— земля», «провод — транспорт») не зависят от длины фрон­ та коммутационных импульсов и могут приниматься равными среднеквадратичным отклонениям разрядных напряжений воз­ душных промежутков на опорах («провод — стойка», «провод — траверса») при наиболее неблагоприятных длинах фронта

(200—450 мкс).

При выборе изоляционных расстояний нельзя ограничивать­ ся только учетом среднеквадратичного отклонения оі разрядно­ го напряжения единичного воздушного промежутка. На опорах каждой фазы линии и в пролетах одновременно находятся прак­ тически под одним и тем же рабочим напряжением по отноше­ нию к земле большое количество параллельно включенных на каждой фазе линии воздушных промежутков. Это обстоятельст­ во обязательно должно быть учтено в расчетах по выбору изо­ ляции, так как перекрытие любого промежутка приводит к от­ ключению всего участка линии. Вероятность перекрытия одного из равнопрочных промежутков, имеющихся на линии, может быть определена по величинам вероятностей перекрытия каж­ дого из них, при этом вероятность отключения участка линии из-за перекрытия одного из промежутков всегда будет выше, чем вероятность перекрытия единичного промежутка. Этот воп­ рос подробно рассмотрен в работах Г. Н. Александрова, резуль­ таты которых кратко излагаются ниже.

Соотношение между 50%-ным разрядным напряжением еди­ ничного промежутка Uso%\ и всего участка линии Uso%m может быть определено с помощью таблиц функции нормального рас­ пределения:

_ иъа%\ — и 5С%т

5С%~ Qi

В табл. 7-8 приведены значения величины 250%, характери­ зующей соотношения между 50%-ми разрядными напряжения­ ми единичного воздушного промежутка Uso%i и всего участка линии U5 о%т1 выраженные в долях среднеквадратичного откло­ нения единичного промежутка, а также соотношения ß между среднеквадратичными отклонениями разрядных напряжений всего участка линии ат и единичного воздушного промежутка оі. Величина 250% непосредственно зависит от количества воз­ душных промежутков.

Поправки на атмосферные условия. Выбор изоляционных расстояний следует производить с учетом высоты трассы линии

187

электропередачи над уровнем моря и влияния изменяющихся в течение года влажности и температуры воздуха. Результаты систематических регистраций, проведенных в процессе измере­ ния разрядных напряжений в лабораториях ТВН ЛПИ и НИИПТ, показали, что при повышенных температурах сниже­ ния электрической прочности больших воздушных промежутков не наблюдается. Это явление объясняется тем, что влияние по­ вышенной температуры, при которой разрядные напряжения должны уменьшаться, компенсируется увеличением влажности, способствующей упрочнению воздушных промежутков. Поэтому влияние этих двух взаимосвязанных факторов практически не отражается на величине разрядного напряжения больших воз­ душных промежутков длиной 2 м и более, измеренного при на­ пряжении промышленной частоты и коммутационных импуль­ сах положительной полярности. При меньших длинах проме­ жутков поправка на влияние температуры учитывается. Применяемые в СССР разрядные напряжения воздушных про­ межутков получены в Ленинграде, т. е. примерно на уровне мо­ ря, и приведены к нормальному среднегодовому атмосферному давлению.

При проектировании должна предусматриваться необходи­ мость усиления изоляции в тех случаях, когда трасса линии проходит выше уровня моря, или в районах с высокой средне­ годовой температурой.

Для получения действительной величины разрядного напря­ жения Up амплитудное значение напряжения U0, полученного по кривым разрядных напряжений, следует разделить на попра­ вочный коэффициент ап, учитывающий поправки на атмосфер­ ные условия по трассе проектируемой линии:

188

где Pep — среднее атмосферное давление воздуха на высоте прохождения трассы линии; Ро — нормальное атмосферное дав­ ление воздуха; t0— нормальная температура (20°С); t — сред­ негодовая температура на трассе линии: т и п — показатели сте­ пени, значения которых зависят от длины воздушного проме­ жутка.

Если длина воздушного промежутка меньше 2 м, то величи­ ны т и п принимаются равными единице. Поправочный коэф­ фициент а п может быть определен по формуле

При длинах воздушных промежутков более 2 м показатель степени т принимается равным 0,6, а величина п приравнивает­

Зависимость среднего атмосферного давления воздуха от высоты местности над уровнем моря определяется по «баромет­ рической формуле»

промежутков различной длины приведены в табл. 7-9. Поправка на превышение среднегодовой температуры над

нормальной в большинстве случаев настолько мала, что в рас­ четах ее следует учитывать только для районов, в которых сред­ негодовая температура равна или превышает 30 °С.

Всвязи с необходимостью унификации проектных решений

в«Правилах устройства электроустановок» все рекомендации по

189

выбору изоляционных расстояний даны применительно к высоте

1 000 м.

В горных районах, где отдельные участки трассы линии мо­ гут проходить на высотах до 2 000—3 000 м над уровнем моря, 50%-ные разрядные напряжения изменяются пропорционально давлению. Поправки на снижение разрядных напряжений учи­ тываются по приведенным выше формулам. В отдельных слу­ чаях, когда трасса линии проходит на высоте 500 м над уров­ нем моря или ниже, для удешевления стоимости сооружения может оказаться целесообразным учет поправок на метеороло­ гические условия, применительно к высоте 500 м, по данным, приведенным в табл. 7-9, или по формулам (7-33) — (7-37).

Воздушные промежутки первой группы («стержень—плос­ кость» и «стержень — стержень»). Результаты выполненных ра­ бот позволили изучить физические процессы, происходящие во время разряда в воздухе, а также имеют практическое значе­ ние, так как разрядные напряжения промежутков различной

результатам испытаний в НИИПТ и ЛПИ зависимости средних

(примерно до 2 м), соответствующих габаритам линии и откры­ тых распределительных устройств напряжением до 220 кВ вклю­ чительно, разрядные напряжения еще мало зависят от конфи­ гурации электродов. Поэтому выбор изоляционных расстояний для указанных классов напряжений производится по разрядной характеристике промежутка «стержень — плоскость», для кото­ рого характерна наибольшая несимметрия электрического поля. Одновременно используются разрядные характеристики проме­ жутка с симметричными электродами «стержень — стер­ жень».

Анализ зависимостей, приведенных на рис. 7-13, показывает, что с ростом приложенного к электродам напряжения и увели­ чением расстояния между ними разрядные характеристики воз­ душных промежутков все в большей степени становятся нели­

190

Рис. 7-13. Разрядные напряжения воздушных промежутков «стержень — плоскость» (/—5) и «стержень — стержень» (6, 7).

с несимметричными электродами, где наиболее сильно сказыва­ ется влияние земли на процесс развития разряда.

Разрядный градиент промежутка «стержень — плоскость» Ер быстро уменьшается при увеличении расстояния между элек­ тродами. Увеличение расстояния от 2 до 12 м приводит к умень­ шению Ер от 450 до 180 кВ/м (амплитудные значения), т. е. в 2,5 раза, а при расстоянии между электродами 28 м разрядный градиент воздушного промежутка снижается до 115 кВ/м, т. е. почти в 4 раза.

Средние разрядные градиенты симметричного промежутка «стержень — стержень» оказались значительно выше, чем у не­ симметричного промежутка «стержень — плоскость». Это объ­ ясняется тем, что при одном и том же расстоянии между элек­ тродами емкость между стержнем и плоскостью почти вдвое превышает емкость между стержнями. Поэтому напряженность электрического поля вблизи стержня в промежутке «стер­ жень — плоскость» значительно выше, чем в промежутке «стер­ жень — стержень».

Изгиб кривых разрядных напряжений воздушных промежут­ ков, который становится заметным уже при расстояниях 6 м и более, является одной из основных причин, ограничивающих

191

практические возможности повышения номинального напряже­ ния линий электропередачи переменного тока.

Воздушные промежутки второй группы. Для определения минимально допустимых изоляционных расстояний на линиях электропередачи в нормальном эксплуатационном режиме и при коммутационных перенапряжениях используются разрядные ха­

натуральной величины, имитирующие реальные условия на ли­ ниях электропередачи, показали, что электрическая прочность воздушных промежутков между проводом и стойкой опоры зна­ чительно выше, чем у несимметричного промежутка «стержень— плоскость» и приближается к прочности симметричного проме­ жутка «стержень — стержень». Электрическая прочность воз­ душных промежутков «провод — траверса опоры», «защитная арматура — стойка опоры» и «провод — стойка опоры» одинако­ вы и заменяются одной кривой «провод — опора».

С помощью разрядных характеристик перечисленных проме­ жутков определяются изоляционные расстояния между провода­ ми и траверсой, проводами и стойкой опоры или оттяжками, а также проверяется расстояние в свету между защитной арма­ турой и стойкой опоры в том случае, когда это расстояние из-за больших поперечных размеров арматуры может оказаться мень­ ше, чем расстояние между проводом и стойкой. Разрядное наг пряжение воздушного промежутка «провод — опора» также ис­ пользуется для определения изоляционных расстояний между проводами и металлическими конструкциями, образующими «ок­ но» вокруг средней фазы на опорах башенного типа. По извест­ ной величине разрядного напряжения промежутка «провод — опора» может быть определено сухоразрядное напряжение гир­ лянд изоляторов.

В ЛПИ выполнены измерения разрядных напряжений про­ межутков «провод — опора» в диапазоне длин до 9 м при воз­ действии коммутационных импульсов с длиной фронта первого положительного полупериода 3 000 мкс. В процессе измерений, проводившихся применительно к параметрам линий электропе­ редачи различных напряжений (220—1 500 кВ), изменялись дли­ на гирлянды и соответственно расстояние между проводом и тра­ версой. По мере увеличения расстояния между электродами соответственно классу напряжения менялась конструкция про­ водов. При длинах S ^ 2 м использовался макет одиночного про­ вода (линии ПО—220 кВ); в диапазоне 2—5 м — макет фазы,

192

6 в в 1 0 1 2 п 1 6 1 8 2 0 М

На рис. 7-14 по результатам этих измерений приведены раз­ рядные напряжения при коммутационных импульсах воздушных промежутков «провод — опора» длиной 9 м (кривая 1). На этом же рисунке для сопоставления показаны аналогичные зависи­ мости по данным НИИПТ и согласованным данным ЛПИ и НИИПТ при неизменном макете фазы из трех расщепленных про­ водов (кривая 2).

Анализ зависимостей, приведенных на рис. 7-14, показывает, что конструкция расщепленной фазы оказывает некоторое влия­ ние на величину разрядного напряжения, которое при увеличе­ нии количества расщепленных проводов в фазе, например до восьми, возрастает на 5—6%. Это явление может быть объясне­ но естественным симметрированием электродов, между которы­ ми происходит разряд, происходящим вследствие увеличения диаметра и количества расщепленных проводов в фазе.

Электрическая прочность воздушных промежутков зависит также от конструктивных решений, принимаемых при проекти­ ровании опор (опоры портального, башенного типа и т. п.). Вы­ полненные в ЛПИ измерения показали, что по мере усложнения конструкции опоры, при переходе от наиболее простой конфигу­ рации «провод — траверса» к наиболее сложной — «провод в ок­ не опоры башенного типа», разрядные напряжения воздушных промежутков снижаются приблизительно на 10%. Одновременно со снижением разрядных напряжений уменьшается среднеквад­ ратичное отклонение аср. Поэтому при определении изоляцион­ ных расстояний расчетная величина разрядного напряжения оказывается примерно одинаковой при любой конфигурации про­ межутков на опорах. Было также установлено, что при Ѵ-образ- ной подвеске гирлянд повышается электрическая прочность воз­ душных промежутков «провод — траверса» длиной до 6 м. При

больших длинах промежутков их разрядные напряжения прак­ тически не зависят от конструкции гирлянды.

Для проектирования линий электропередачи сверхвысокого напряжения практическое значение имеют исследования элек­ трической прочности воздушных промежутков, выполненные в лаборатории фирмы General Electric Company. В числе про­ чих результатов измерений получена показанная на рис. 7-15 кривая разрядных напряжений воздушных промежутков «про­ вод в окне опоры» длиной 12 м. Измерения проводились на ма­ кетах опор башенного типа с Ѵ-образными гирляндами при ком­ мутационных импульсах положительной полярности с наиболее неблагоприятными длинами фронтов (400, 250, 180 мкс), при ко­ торых разрядные напряжения промежутков длиной соответст­ венно 10,4, 6,1 и 4 м имеют наиболее низкие значения. Отноше­ ние ширины опоры к размерам промежутка принималось рав­ ным 0,2.

Результаты измерений разрядных напряжений между край­ ними фазами и стойкой показали, что эти промежутки имеют повышенную электрическую прочность по сравнению с про­ межутками в окне опоры. Одновременно с упрочнением внеш­ них промежутков по разрядному напряжению увеличилось сред­ неквадратичное отклонение разрядных напряжений. С учетом этого обстоятельства рекомендуется использовать при выборе изоляционных расстояний на опорах приведенную на рис. 7-15 кривую напряжений не только для средней, но и для край­ них фаз.

В процессе измерений были установлены поправки, учитыва­ ющие изменение разрядных напряжений и длины воздушных промежутков в зависимости от отношения ширины стойки опоры к размерам воздушных промежутков.

194