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

щей точки в так называемую опасную область, расположенную справа от кривой опасных

параметров, показанную на рис. 8-3. Полная вероятность пере­ крытия равна интегралу плотности вероятности по всей области, лежащей справа от кривой опасных параметров. Этот интеграл можно вычислять графо-аналитическим методом.

Расчет сводится к следующим операциям. Строится кривая опасных параметров и заменяется ступенчатой ломаной линией (рис. 8-5). Таким образом, область интегрирования разбивается

215

N — общее число ударов в линию (на 100 км при 100 грозовых часах),

(8- 20)

/гСр— средняя высота подвески троса или провода над поверх­ ностью земли, м; /гоп— высота опоры, м; I — длина расчетного пролета, м; Р — вероятность перекрытия по (8-17); т] — коэффи­ циент перехода импульсного перекрытия в дугу промышленной частоты.

Индуктивность участка опоры от заземления до уровня точ­ ки подвески провода LJJP, мкГн, входящая в (8-5), определяет­

ся по формуле

( 8- 21)

Полная индуктивность опоры от основания до точки подвеса троса LJР определяется по формуле

( 8- 22)

где га— эквивалентный радиус опоры, равный:

для опоры с двумя стойками радиусом г* на расстоянии меж­

(8-25)

где di расстояние между стойками у основания опоры; d%— то же у вершины опоры.

Геометрический коэффициент связи провода с тросом k, вхо­ дящий в (8-4), определяется по формуле

(8-26)

Радиус стойки равен радиусу окружности, описанной вокруг сечения стойки.

216

рические размеры канала молнии изменяются по мере развития канала,

где t — время, мкс.

Величина di0n/dt может быть найдена по формуле

Этот коэффициент тоже является функцией времени, как и Mjfy

8-3 ГРОЗОЗАЩИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

330—500 кВ

Выполненная в 1959 г. унификация металлических и железо­ бетонных опор привела к широкому распространению новых, более экономичных конструкций. Однако применение некоторых из них связано со снижением уровней грозоупорности линий электропередачи. Например, разработаны конструкции одноцеп­ ных и двухцепных металлических одностоечных опор 330 кВ вы­ сотой соответственно 37,2 и 41,1 м, защищенных от прямых ударов молнии одним тросом с углом защиты 30°. Эти опоры в ряде слу­ чаев являются выгодными по первоначальным затратам, но по конструктивным соображениям из-за большей высоты тросостой­ ки они могут быть осуществлены только при защитных углах не менее 30°.

В случае применения таких опор грозоупорность линии элек­ тропередачи будет снижена не только в связи с увеличением за­ щитных углов, но также из-за увеличения высоты опоры и нали­ чия одного троса. Одновременно на некоторых линиях 330 кВ и на всех линиях 500 кВ применяются унифицированные метал­ лические и железобетонные опоры портального типа высотой 27—29,5 м с горизонтальным расположением проводов, которые по конструктивным соображениям могут быть защищены от прямых ударов молнии только при помощи двух тросов.

218

Линии электропередачи с относительно низкими опорами пор­ тального типа, защищенные двумя тросами, как это следует из изложенных выше физических представлений, имеют значитель­ но более высокий уровень грозоупорностн, чем линии на высо­ ких одностоечных опорах с одним тросом.

Расчеты показали, что при наличии двух тросов уменьшение защитного угла на металлических опорах до значений, при ко­ торых не наблюдается случаев прорыва через тросовую защиту (15—20°), не приводит к увеличению веса опоры. Поэтому для линий на металлических опорах с горизонтальным расположе­ нием проводов в I и II районах гололедностн рекомендуются уг­ лы защиты не больше 20°. Однако в тех случаях, когда трасса линии проходит в районах с усиленным гололедообразованием, возникают аварии, вызванные обрывами или провисанием тро­ сов от гололедных нагрузок. В этих условиях тросы поврежда­ ются значительно чаще, чем провода, которые нагреваются ра­ бочим током. Ущерб для народного хозяйства от аварий, вызван­ ных обрывом или провисанием троса при гололеде, не может ни в какой степени сравниться с последствиями грозовых перекры­ тий, которые, как правило, ликвидируются АПВ. На опорах прежде всего необходимо попытаться обеспечить достаточный сдвиг по горизонтали и расстояние по вертикали между прово­ дами и тросами так, чтобы обрыв троса не приводил к аварии на линии. Для этой цели на опорах портального типа 330—500 кВ тросостойки устанавливаются непосредственно на продолжении стоек опоры. Такое конструктивное решение несколько ухудша­ ет условия грозозащиты, так как защитные утлы увеличиваются до 30° и, следовательно, возрастает количество отключений, вызванных прямыми ударами в провода. Углы защиты около 30° также приходится применять на железобетонных порталь­ ных опорах, где по конструктивным соображениям тросостойки должны являться продолжением стоек.

Результаты расчетов позволили определить количество гро­ зовых отключений и защитные уровни линий электропередачи, сооружаемых на унифицированных опорах различных конструк­ ций, а также установить влияние изменения различных парамет­ ров на грозоупорность линий.

В табл. 8-1 приведены результаты расчетов грозоупорности линий электропередачи 330—500 кВ на унифицированных опо рах. Наиболее высокие показатели грозоупорности имеют линии электропередачи на опорах портального типа, защищенные вдоль всей длины двумя тросами.

Это объясняется тем, что в этом случае влияние индуктиро­ ванных перенапряжений будет меньше, чем на линиях с высоки­ ми одностоечными опорами.

Высота опоры оказывает существенное влияние на удельное число отключений. Если, например, на одноцепных линиях 330 кВ с портальными опорами высотой 29,3 м удельное количество от-

219

Т а б л и ц а 8-1

500 кВ — 8 Ом.

2. При подвеске двух тросов на двухцепных опорах 330 кВ и защитном угле 20’ число отключений составляет 0,9.

ключений на 100 км при 100 грозовых часах в год составляет 0,4, то на двухцепных опорах высотой 41,4 м количество отклю­ чений увеличивается до 3,2 (рис. 8-6), т. е. в 8 раз.

220

Рис. 8-6. Зависимость удельного числа от­ ключений на 100 км при 100 грозовых часах в год от высоты опор для линии 330 кВ. пПр — удельное число отключений за счет

проводов; по п — удельное число отключе­

ний из-за обратного перекрытия; л_ — сум-

2t

парное удельное число отключений.

Удельное число отключений также в значительной степени зависит от величины защитного угла. Количество непосредствен­ ных поражений проводов помимо тросов резко возрастает в тех случаях, когда защитные углы внешних проводов превыша­ ют 30°. Как показано на рис. 8-7, в диапазоне углов 20—30° ко­ личество отключений на линиях 330 кВ с одностоечными опора­ ми сравнительно невелико и изменяется в пределах 0,2—0,55. При углах 30—45° количество отключений будет значительно больше (0,55—6,15).

На рис. 8-6 показано удельное число отключений, вызванных прорывами и обратными перекрытиями, для линий 330 кВ с уни­ фицированными опорами. На портальных опорах, имеющих, как уже отмечалось выше, значительно более высокую грозоупор­ ность, чем у одностоечных опор, удельное количество отключе­ ний в результате прорывов молнии на провода помимо тросов составляет 0,2 и примерно равно удельному количеству отклю­ чений, вызванному обратными перекрытиями. В случае примене­ ния высоких одностоечных опор (37,2—41,4 м) число отключе­ ний в результате прорывов намного увеличивается и составляет 0,6—1. Одновременно с увеличением высоты опоры и ее индук­ тивности количество отключений, вызванных обратными пере­ крытиями, также увеличивается и составляет 2,3 вместо 0,2 при высоте 30 м.

На линиях 500 кВ, где применяются только опоры порталь­ ного типа высотой около 30 м, количество грозовых отключений, вызванных прорывами и обратными перекрытиями, будет при­ мерно одинаковым и таким же, как и для опор 330 кВ порталь­ ного типа.

Одним из факторов, оказывающих значительное влияние на грозоупорность линий электропередачи, является величина со­ противления заземления. На линиях с повышенным сопротив­ лением заземления значительно увеличивается количество грозо­ вых отключений. Так, например, как это показано на рис. 8-8,

221

222

В плохо проводящих грунтах (р ^ Ю 5 Ом-см) снижение ве­ личины импульсного сопротивления заземления от 40 до 20 Ом приводит к уменьшению числа отключений от 4,7 до 2,35 (точ­ ки В и Г 1 на кривой 2 или точки Г и В\ на кривой 3). Этот же эффект может быть достигнут путем увеличения количества изо­ ляторов в гирлянде на четыре элемента (точка Л на кривой 2 и точка В 1 на кривой 3).

Результаты расчетов показывают, что снижение сопротивле­ ния заземления опор является одним из наиболее экономичных способов повышения грозоупорности. При этом необходимо учи­ тывать, что в хорошо проводящих грунтах (р = 3-104 Ом-см) снижение величины импульсного сопротивления не связано с практическими трудностями и каким-либо заметным удорожа­ нием стоимости строительства. Поэтому на линиях электропере­ дачи, трасса которых проходит в районах с хорошо проводящи­ ми грунтами, всегда следует стремиться к уменьшению величи­ ны импульсного сопротивления. В грунтах с высоким удельным сопротивлением, где импульсное сопротивление заземления не может быть снижено, основным грозозащитным мероприятием должно являться АПВ, позволяющее нормально эксплуатиро­ вать линии электропередачи с невысоким защитным уровнем. Увеличение количества изоляторов в гирлянде связано не толь­ ко со значительным удорожанием изоляции, но и увеличением размеров опор. Поэтому это мероприятие не рекомендуется для широкого применения.

223

Глава девятая

ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ

УСТРОЙСТВА

ЛИНИЙ

ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

9-1 НАЗНАЧЕНИЕ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ И НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Заземляющие устройства на ли­ ниях электропередачи предназначаются преимущественно для отвода в землю импульсных токов, возникающих в результате прямого удара молнии в опоры или грозозащитные тросы. В со­ ответствии с «Правилами устройства электроустановок» защит­ ное заземление для линий электропередачи 330—500 кВ, отно­ сящихся к категории сетей с большим током замыкания на зем­ лю, не предусматривается. Это объясняется тем, что наличие быстродействующих релейных защит, отключающих поврежден­ ный участок в течение 0,12—0,5 с, делает очень маловероятным поражение электрическим током людей, находящихся вблизи опор линии электропередачи в момент короткого замыкания. Не­ обходимо также учитывать, что для современных мощных элек­ трических систем характерны очень большие значения токов од­ нофазного короткого замыкания. Во время протекания аварий­ ных токов через поврежденную опору на заземляющем устройстве может возникнуть напряжение 15—20 кВ, при кото­ ром выравнивание потенциалов для обеспечения безопасных ве­ личин напряжения прикосновения и шага потребовало бы значи­ тельного усложнения конструкции заземляющих устройств, которое не вызывается практической необходимостью. Много­ летний опыт эксплуатации подтвердил правильность отказа от нормирования напряжения прикосновения и шага на линиях электропередачи.

Кроме грозозащитных функций, заземляющие устройства опор линий электропередачи должны также обеспечить надеж­ ную работу релейной защиты. При решении этой задачи допол­ нительные трудности могут возникнуть только в районах с вы­ соким удельным сопротивлением грунта.

224