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

Сравнение кривых, приведенных на рис. 7-14 и 7-15, показы­ вает, что в диапазоне 5—10 м, практически необходимом при выборе габаритов опор, разрядные напряжения воздушных про­ межутков по результатам измерений в лаборатории фирмы General Electric оказались на 20—25% меньше, чем в Л ПИ. Это расхождение в основном объясняется рассмотренным выше раз­ личием в формах коммутационных импульсов, применяемых при измерениях. Необходимо также учитывать возможные погреш­ ности в измерениях, различия в макетах опор линий электропе­ редачи и подобные факторы.

Важное практическое значение имеет то обстоятельство, что в результате измерений, проведенных в США, установлен пре­

10—11 м абсолютный прирост разрядного напряжения вследст­ вие увеличения расстояния между электродами на 1 м снижает­ ся до 50 кВ.

Провод — провод. В ЛПИ были проведены измерения воз­ душного промежутка между пересекающимися проводами и установлено, что при коммутационных волнах в отличие от иш пытаний при промышленной частоте разрядные напряжения про­ межутка «провод — провод» выше, чем для промежутка «стер­ жень— стержень». Результаты измерений также показали, что разрядные напряжения в случае заземленного нижнего провода и при подаче на нижний провод напряжения мало отличаются друг от друга. Поэтому для промежутка между параллельными II пересекающимися проводами принята одна разрядная харак­ теристика, показанная на рис. 7-16. Полученные результаты ис­ пользуются для определения расстояния между проводами раз­ ных фаз, например на транспозиционных опорах, между элек­ тродами искровых промежутков и т. п.

Провод — земля. Исследования электрической прочности воз­ душного промежутка между проводом и землей выполнены в на­ туральных условиях на опытном пролете лаборатории ТВН ЛПИ длиной 300 м. Минимальное расстояние между проводом и зем­ лей изменялось в пределах от 3 до 9 м. Результаты измерений показали, что при расстояниях примерно до 5 м 50%-ные раз­ рядные напряжения промежутка между проводом и землей в се­ редине пролета и промежутка «стержень — плоскость» мало от­ личаются друг от друга. При больших расстояниях, когда пере­ крытие может произойти на участке длиной 100—150 м, наблю­ дается упрочнение промежутка «провод — земля» с протяженны­ ми электродами по сравнению с промежутком с сосредоточенны­ ми электродами «стержень — плоскость». Это явление объясня­ ется экранирующим влиянием протяженного электрода. После приложения напряжения, кроме отдельных лидеров, во многих точках по длине провода начинают развиваться стримеры, умень­

шающие напряженность поля вблизи того лидера, процесс раз­ вития которого может привести к перекрытию промежутка.

Необходимо также отметить, что размещение под линией электропередачи заземленных предметов, не имеющих развитой поверхности, не оказывает влияния на процесс разряда, который при положительной полярности продолжает развиваться между проводом и землей на протяженном участке размером около 30% всей длины опытного пролета.

На рис. 7-17 приведены разрядные напряжения воздушного промежутка «провод — земля» по данным ЛПИ и General Eleciric Company. Все измерения, так же как и для промежутков на опоре, проводились при наиболее неблагоприятных длинах фрон­ тов 400, 250 и 180 мкс.

Результаты испытаний в СССР и за границей, как показано на рис. 7-17, хорошо совпали и подтвердили, что даже при наи­ более неблагоприятных длинах фронтов снижения электриче­ ской прочности воздушных промежутков не происходит. В рас­ сматриваемом случае «насыщение» разрядной характеристики наблюдается при несколько больших длинах, чем у промежутка «провод в окне опоры» и имеет менее выраженный ха­ рактер.

Провод — транспорт. Для испытаний, которые проводились в ЛПИ, макет транспорта устанавливался под проводом в ме­ сте максимального его провеса поперек и вдоль пролета.

2. Установка на макете транспорта выступающих частей вы­ сотой до 1 м, представляющих собой сосредоточенные электро­ ды, не снижает электрической прочности промежутка между проводом и верхней поверхностью объемного предмета. Пока­ занные на рис. 7-17 (кривая 3) разрядные характеристики про­ межутка «провод — транспорт» позволяют выбрать расстояния между точками наибольшего провисания проводов на линии электропередачи и проходящим под ними транспортом и сель­ скохозяйственными машинами.

Габарит от линии до земли определяется по наибольшему изоляционному расстоянию, полученному в результате опреде­ ления требуемых размеров промежутков «провод — земля» и «провод — транспорт», причем высота транспорта принимает­ ся равной 4,5 м. Вследствие большего различия между разряд­ ными характеристиками промежутков «провод—транспорт» и «провод—земля» второй из этих промежутков оказывается определяющим при выборе изоляционных расстояний только на линиях ультравысокого напряжения (1 100 кВ и выше).

196

делительных устройствах опре­ деляются в зависимости от электрической прочности промежут­

ков между экранами и землей, экранами и металлоконструкци­ ями и между двумя экранами.

Кольцо — плоскость. Кольцо диаметром 4 м из трубы диа­ метром 80 мм подвешивалось в горизонтальной плоскости над бетонированной площадкой 20X20 м2. Результаты измерений при плавном подъеме напряжения промышленной частоты пока­ зали, что промежутки «кольцо вертикальное — плоскость», «шар — плоскость» и «кольцо — стойка портала» имеют одина­ ковые разрядные напряжения во всем исследованном диапазо­ не длин, т. е. существующие отличия от конфигурации электро­ дов практического значения не имеют. Разрядные напряжения промежутка «кольцо — плоскость» в диапазоне длин до 6 м очень близки к разрядным напряжениям несимметричного про­ межутка «стержень — плоскость». При дальнейшем увеличении расстояния между электродами электрическая прочность рас­ сматриваемых промежутков повышается по сравнению с проме­ жутком «стержень — плоскость», так как при этих длинах ста­ новится заметным экранирующее влияние протяженного элек­ трода, выполненного в виде кольца. Разрядные характеристики промежутка «кольцо — горизонтальная плоскость» (рис. 7-18) используются при выборе изоляционных расстояний в открытых распределительных устройствах между аппаратами й металли­ ческими конструкциями, а также между аппаратами и фунда­ ментами, на которых они установлены. Для уменьшения габари­ тов изоляционных конструкций в распределительных устройст­ вах сверхвысокого напряжения может оказаться целёсообраз. ным применение подвесных аппаратов, которые монтируются на гирляндах изоляторов, закрепленных на порталах распредели­ тельного устройства. В этих случаях изоляционные расстояния

т

между аппаратами и металлическими конструкциями могут при­ ближенно оцениваться по разрядным характеристикам проме­ жутка второй группы «провод — опора».

Кольцо — кольцо. Разрядные характеристики промежутка «кольцо — кольцо» определялись при различных отношениях вы­ соты подвески колец hK к длине воздушного промежутка 5. Отно­ шение hK/S изменялось от 1 до 2. С увеличением высоты подвески колец разрядные напряжения промежутка возрастают. Элек­ трическая прочность промежутка «кольцо — кольцо» практиче­ ски не отличается от прочности показанного на рис. 7-16 проме­ жутка второй группы «провод — провод». Разрядные характе­ ристики промежутков «кольцо— кольцо» используются при вы­ боре изоляционных расстояний между аппаратами соседних фаз или цепей в открытых распределительных устройствах.

Определение коэффициента запаса. Как было показано вы­ ше, в формулы для определения амплитудного значения средне­ го разрядного напряжения единичного воздушного промежутка вводится коэффициент запаса, который учитывает среднеквадра­ тичные отклонения разрядных напряжений единичных проме­ жутков, отмеченное выше снижение разрядного напряжения все­

Коэффициент запаса при рабочем напряжении. По данным,

приведенным в табл. 7-7, среднеквадратичное отклонение сіі при рабочем напряжении для воздушных промежутков независимо от их конфигурации может быть принято равным 3,5%.

Применительно к высоте 1 000 м над уровнем моря при на­ личии на фазе участка линии сверхвысокого напряжения отно­ сительно большого количества воздушных промежутков длиной

чину коэффициента запаса, который при рабочем напряжении для всех линий электропередачи 330—750 кВ может быть при­ нят одинаковым.

Коэффициент запаса при коммутационных перенапряжениях.

Расчетная кратность коммутационных перенапряжений выбира­ ется таким образом, чтобы перенапряжения, превышающие уровни изоляции, в том числе и 50%-ное разрядное напряжение воздушных промежутков, возникали достаточно редко, напри­ мер не чаще чем 1 раз в 5 лет.

198

Таким образом, требуемая величина запаса электрической прочности воздушных промежутков по отношению к перенапря­ жениям переходного процесса обеспечивается правильным вы­ бором расчетной кратности коммутационных перенапряжений. В рассматриваемом случае необходимо учитывать, что при воз­ действии коммутационных перенапряжений напряжение вдоль линии распределяется неравномерно. Произведенный анализ по­ казал, что зависимости вероятности перекрытия изоляции участ­ ка линии от вероятности перекрытия единичного промежутка, подвергающегося воздействию наибольших коммутационных перенапряжений, изменяются в небольшой степени при разных длинах участков линии и принятых при проектировании конст­ руктивных решениях. Поэтому в практических расчетах факти­ ческое распределение перенапряжений вдоль линии может быть условно заменено равномерным с амплитудой, соответствующей расчетной кратности коммутационных перенапряжений. Одно­ временно фактическое количество воздушных промежутков т должно быть заменено эквивалентным. Необходимо учитывать, что присоединенные непосредственно к линиям шунтирующие реакторы в известной степени выравнивают распределение на­ пряжения вдоль всего участка. В этом случае эквивалентное ко­ личество воздушных промежутков т следует принимать равным 500. Если шунтирующие реакторы присоединены ко вторичным обмоткам автотрансформаторов или вообще не применяются, то распределение напряжения становится резко неравномерным и эквивалентное количество воздушных промежутков должно быть уменьшено до 100.

В табл. 7-10 в соответствии с описанными исходными данны­ ми приведены результаты расчетов по определению коэффициен­ тов запаса при воздействии коммутационных перенапряжений для линий 330—750 кВ. Расчеты выполнены для всех реальных конфигураций воздушных промежутков на высоте до 1 000 м над уровнем моря, используемых при выборе изоляционных расстоя­ ний на линиях электропередачи. Для линий 330—500 кВ эквива­ лентное количество воздушных промежутков т = 1 0 0 , а для ли­ ний 750 кВ /п=500. В коэффициентах запаса для промежутков между проводом и землей и между проводом и транспортом уч-

Т а б л н ц а 7-10

* т=20.

199

тен коэффициент безопасности, принятый в обоих случаях рав­ ным 15% и практически исключающий возможность перекрытия с проводов на людей и транспорт, которые могут находиться под линией.

При определении коэффициента запаса для промежутка «про­ вод—транспорт» или «провод—человек» количество ослаблен­ ных мест принимается значительно меньшим, чем для остальных промежутков. Это объясняется малой вероятностью появления транспорта или людей под проводами линии в большом числе пролетов и одновременном возникновении коммутационных перенапряжений. В этом случае со значительным запасом количество ослабленных мест может быть принято рав­ ным т — 20.

Разрядные напряжения воздушных промежутков при грозо­ вых импульсах. В СССР и за границей в течение ряда лет в раз­ ных лабораториях производились систематические исследования разрядных характеристик воздушных промежутков при грозовых импульсах, длительность которых не превышает несколько де­ сятков микросекунд. Применяемый при испытаниях типовой пол­ ный грозовой импульс апериодической формы характеризуется быстрым подъемом напряжения и последующим менее быстрым спадом его до нуля. Форма стандартного грозового импульса на­ пряжения показана на рис. 7-19. Длина фронта импульса Тф опре­ деляется как время, превышающее в 1,67 раза интервал време­ ни Т между моментами, когда напряжение составляет 30 и 90% своего амплитудного значения (точки А и Б на рис. 7-19).

Длина импульса Тя представляет собой интервал времени между условной точкой отсчета, находящейся левее точки Л, на время, равное 0,3 длины фронта, и моментом на хвосте импуль­ са, когда напряжение понизилось до половины амплитудного значения. В действующем стандарте длина фронта грозового импульса принимается 1,5 мкс, а длина импульса — 40 мкс.

200

В числе прочих результатов измерений получены показанные на рис. 7-2Э импульсные разрядные напряжения при положи­ тельной полярности воздушного промежутка «провод — пло­ скость». Анализ полученных результатов показал, что в отличие от измерений при промышленной частоте зависимость разряд­ ных напряжений при грозовых импульсах от длины промежут­ ков продолжает оставаться линейной даже при очень больших расстояниях между электродами. Следует также отметить, что при грозовых импульсах значительно меньше влияние конфигу­ рации электродов на величину разрядного напряжения. Измере­ ния, произведенные в НИИПТ, позволили установить, что им­ пульсные разрядные напряжения промежутков «провод — пло­ скость» и «провод — опора» близки между собой.

Результаты измерений также показали, что при одной и той же конфигурации электродов импульсное разрядное напряжение воздушных промежутков оказывается значительно ниже в тех случаях, когда провод или стержень имеет положительную по­ лярность.

В момент прямого удара молнии в опору или грозозащитные тросы на проводах линии электропередачи возникает электриче­ ская составляющая индуктированного напряжения, как прави­ ло, положительной полярности. Это объясняется тем, что 90% разрядов молнии имеют отрицательную полярность. Поэтому изоляционные расстояния при импульсных волнах выбираются по разрядным напряжениям положительной полярности.

Для определения изоляционных расстояний между проводом и опорой и проводом и землей используются разрядные харак­ теристики промежутка «провод — плоскость». Расстояния меж­ ду проводами и между проводом и тросом выбираются по разрядным характеристикам промежутка «стержень—стер­ жень».

Выбор расстояний между фазами и изоляционных расстоя­ ний между токоведущими и заземленными частями опор. На ли­ ниях сверхвысокого напряжения расстояние между фазами и между токоведущими и заземленными частями на опоре выби­ рается из условия работы проводов в пролете и обеспечения на­ дежной работы линии при воздействии рабочего напряжения, коммутационных и грозовых перенапряжений.

В расчетах по определению расстояний между фазами не­ обходимо учитывать вероятность появления ветра, направленно­ го поперек трассы линии, под действием которого свободно под­ вешенные поддерживающие гирлянды и провода могут прибли­ зиться к стойкам опор. Для выбора расстояний между фазами прежде всего необходимо определить изоляционные расстояния между токоведущими и заземленными частями, которые долж­ ны удовлетворять трем расчетным случаям.

1. Изоляционные расстояния должны обеспечивать надеж­ ную работу линии в нормальном эксплуатационном режиме.

Расчетное значение разрядного напряжения воздушного проме­ жутка между токоведущими и заземленными частями при дли­ тельном воздействии рабочего напряжения определяется по фор­ муле

где и пб — наибольшая величина фазного рабочего напряжения. При выборе расстояний непосредственно между фазами, на­ пример на специальных транспозиционных и т. п. опорах, в фор­

мулу вместо фазного напряжения подставляется линейное.

По найденным по формуле (7-40) значениям разрядных на­ пряжений и кривым рис. 7-14 определяются минимально допу­ стимые при воздействии рабочего напряжения изоляционные расстояния на опоре, а также расстояния между фазами. Резуль­ таты расчетов по определению изоляционных расстояний при­ ведены в табл. 7-11.

2. Изоляционные расстояния должны обеспечивать надеж­ ную работу линий при воздействии коммутационных перенапря­ жений с расчетной кратностью К, которая принимается равной 2,7 Нф для линий электропередачи 330 кВ, 2,5 Uф для линий электропередачи 500 кВ и 2,1 Uф для линий электропередачи

750 кВ.

Расчетное значение разрядного напряжения воздушного про­ межутка между токоведущими и заземленными частями при воз­ действии коммутационных перенапряжений подсчитывается по формуле

При выборе расстояний между фазами учитывается, что кратность междуфазных перенапряжений будет на 40% выше, чем кратность перенапряжений поотношению к земле. Поэтому при определении расчетного значения разрядного напряжения в формулу вместо расчетной кратности коммутационных перена­ пряжений К подставляется 1,4 К .

202

Величина коэффициента запаса /<3 для воздушных промежут­ ков различных конфигураций принимается в соответствии с дан­ ными, приведенными в табл. 7-10.

По найденным по (7-41) значениям разрядных напряжений и кривым на рис. 7-14 определяются минимальные изоляционные расстояния при коммутационных перенапряжениях.

В табл. 7-12 приведены расчетные значения минимально до­ пустимых при воздействии коммутационных перенапряжений изоляционных расстояний по воздуху от проводов до заземлен­ ных частей опоры.

3. Расчетное значение разрядного напряжения для опреде­ ления воздушного промежутка, эквивалентного воздействию грозовых перенапряжений, принимается равным импульсному 50%-ному разрядному напряжению выбранной гирлянды изоля­ торов без учета запасных элементов. В этом случае поправку для оценки влияния метеорологических условий вводить не сле­ дует, так как импульсная прочность фарфора и воздуха снижа­ ется примерно одинаково. Даже на высоте более 1 000 м, где ко­ личество изоляторов в гирлянде должно быть повышено, увели­ чения воздушного промежутка не требуется, так как на больших высотах наблюдается значительное снижение амплитуд токов молнии.

По величине 50%-ного импульсного разрядного напряжения гирлянды и кривым на рис. 7-20 определяются минимально до­ пустимые при грозовых перенапряжениях изоляционные расстоя­ ния по воздуху от проводов до стойки опоры или траверсы, а так­ же расстояния между фазами. Результаты расчетов по опреде­ лению изоляционных расстояний приведены в табл. 7-13.

ß

Рис. 7-21. Графический метод определения расстояния между фазами.

Следующий этап расчета по выбору расстояний между фа­ зами состоит в определении угла отклонения поддерживающих гирлянд под действием ветра, который определяется по формуле

стояния между фазами и между фазами и заземленными частя­ ми на опоре по известным углам отклонения гирлянды и изоля­ ционным расстояниям, приведенным в табл. 7-13. Габариты опор выбираются по наибольшему из трех полученных в результате графического построения значений отклонения гирлянды при -соответствующем каждому расчетному случаю изоляционном расстоянии.

В процессе построения необходимо учитывать, что в рассма­ триваемых трех расчетных случаях скорость ветра, а следова­ тельно, и углы отклонения гирлянд принимаются различными при воздействии рабочего напряжения, коммутационных и гро­ зовых перенапряжений. В первом случае при определении ми­ нимально допустимых изоляционных расстояний по рабочему напряжению скорость ветра, при которой определяется угол от­ клонения гирлянды, выбирается исходя из условия равнопроч­ ное™ всех элементов конструкций такой же, как в расчете про­ водов и опор линии электропередачи.

204