Расчет ЛЭП с учетом климатических условий
Воздушной линией электропередачи выше 1 кВ называется устройство для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам и стойкам на инженерных сооружениях (мостах, путепроводах и т. п.).
Воздушные линии сооружаются в открытой местности и поэтому подвергаются различным атмосферным воздействиям, которые в зависимости от географического положения проявляются в той или иной степени и оказывают основное влияние на надежность работы линии. Поэтому для обеспечения надежной работы ВЛ необходимо обеспечивать ее защиту различными устройствами в зависимости от вида климатических воздействий.
На работу линий влияют сочетания низких температур с наибольшими скоростями ветра, а так же температура, сопутствующая процессу гололедно-изморозевых образований.
Отложения на проводах воздушных линий, вызванные атмосферными процессами, наблюдаются на большей части территории России. Однако виды и интенсивность их неодинаковы в разных районах, в большинстве случаев наблюдается только изморозь (часто легкая, кристаллическая), а гололед или смесь бывают незначительной толщины. Особенно сильные гололеды часто наблюдаются местами на Северном Кавказе, в Башкирии, в горной части Кольского полуострова, в Кузбассе, на севере и крайнем севере Урала и Дальнем Востоке. В горных районах вследствие разнообразия рельефа, высотных отметок, наличия горных хребтов, открытых и закрытых от действия ветра склонов, долин и ущелий можно наблюдать различные виды отложений, разной интенсивности и размеров. Наиболее неблагоприятные условия создаются при расположении трассы воздушной линии на открытых вершинах горных хребтов, доступных ветру любого направления, а так же при расположении на наветренных склонах. Наиболее перспективными являются плавка гололеда и увеличение жесткости провода на кручение, которое осуществляется за счет подвески грузов ограничителей закручивания провода.
Плавка становится затруднительной на любых линиях, как показали расчеты ВНИИЭ, из-за большого перепада температур провода и наружного воздуха. Порывы ветра до 12-15 м/с могут сделать плавку невозможной. Плавка гололеда предварительным нагревом провода, с целью удаления его при малой толщине, хотя и дает положительный эффект, но затруднена в применении в практических условиях из отсутствия средств по оповещению о начале гололедообразования.
Идея снижения токовой нагрузки удачно осуществляется за счет получения тонкой пленки льда на границе провод- гололед при одностороннем отложении гололеда, который при плавке под действием собственного веса должен падать. Расчеты ВНИИЭ и анализ полученных данных показали, что нагрев и плавление одностороннего гололеда являются самым эффективным способом удаления гололеда. Практически всегда в пределах нескольких секунд провод освобождается от гололеда около поддерживающих зажимов, где он имеет одностороннюю форму за счет повышенной жесткости на кручение, и лишь через несколько минут в средней части пролета, где гололед имеет цилиндрическую форму. Для удаления одностороннего гололеда с проводов ВЛ можно использовать сочетание токов к.з. с АПВ, что является нормальным режимом работы ВЛ. Удаление одностороннего гололеда, образованного грузами ограничителями закручивания провода, существенно повышает оперативность и эффективность борьбы с гололедными отложениями на проводах ВЛ и полностью предотвращает возможность возникновения аварий от атмосферных воздействий от возможных перегрузок.
Вторым опасным для воздушных линий явлением, возникающим при ветре и гололеде, связанным с колебательным процессом, является пляска проводов, которая обычно возникает при сочетании порывистого ветра с гололедом при скоростях ветра 5-20 м/с и направлении под углом 30-90о к оси линии. В отличии от вибрации пляска характеризуется малой частотой, большой амплитудой колебания и большой длиной волны. На проводах образуются стоячие волны, когда длина полуволны становится кратной длине пролета.
Пляска проводов приводит к их схлестыванию и иногда пережиганию электрической дугой, а так же к схлестыванию проводов с тросом. При пляске возникают значительные динамические усилия в линейной арматуре и в траверсах опор, наблюдаются повреждения проводов, линейной арматуры, изоляторов и самих опор. Последствия пляски проводов могут привести к выходу линии из работы на длительное время. Меры борьбы с пляской проводов могут быть направлены на ее ослабление или на уменьшение вероятности схлестывания проводов.
На основании мирового опыта можно сделать следующие выводы:
· Создать способ, который гарантировал бы полное гашение и предотвращение пляски проводов при любых природных условиях воздействия ветра и гололеда невозможно.
· Создать гасители, ограничивающие пляску до безопасной величины, работающие на регулирование фазовых соотношений между крутильными и поступательными колебаниями, возможно и они оцениваются в мировой практике, как наиболее перспективные и готовые к практическому применению. Такими гасителями являются маятниковые гасители, которые нашли практическое применение в Канаде, США, Германии, Норвегии, Японии, Бельгии, Словакии, Исландии, Латвии, России и т.д. Маятниковый гаситель представляет собой груз на удлиненной консоли.
· Метод борьбы с пляской проводов за счет нарушения однородности нарастания гололеда и аэродинамической однородности за счет вращения провода и изменения его сечения по длине в настоящее время также считается наиболее перспективным и осуществляется как за счет установки грузов ограничителей закручивания провода, так и за счет, например, спиральных гасителей.
Вибрация проводов это периодические колебания проводов с большой частотой и малой амплитудой. Такие колебания обычно наблюдаются при слабом ветре (при скорости ветра от 0,5 до 7,0 м/с) и в основном при отсутствии гололеда. Вибрация возможна при отложении цилиндрической изморози и тогда она происходит с малой частотой и большой амплитудой (равной диаметру изморози). Такая вибрация очень часто наблюдается в северных районах России и является наиболее опасной, так как обыкновенные гасители Стокбриджа не справляются с нею. Вибрация проводов при продолжительном действии приводит к усталостному разрушению проводов, арматуры, изоляторов и некоторых элементов опор.
Для защиты проводов от повреждений, вызываемых вибрацией, применяются различные средства: снижение натяжения в проводах, усиление проводов спиральной арматурой, изменение длины пролетов между распорками в расщепленных проводах. Но наиболее эффективным средством борьбы с вибрацией является применение гасителя вибрации Стокбриджа, который представляет собой отрезок многопроволочного тросика с укрепленным посередине зажимом и двумя грузами прикрепляемыми к тросику, с целью создания изгибающего момента в нем от динамических нагрузок. Изменяя конфигурацию и размеры грузов, приближая их к форме груза на рычаге, можно придать гасителю вибрации свойства гасителя пляски и ограничителя гололедообразования и получить комплексное решение этих проблем. При установке гасителей с неравными расстояниями между ними будет обеспечено гашение пляски и низкочастотной вибрации, возникающих при отложении изморози на проводах.
1). При расчете ВЛ и их элементов должны учитываться климатические условия - ветровое давление, толщина стенки гололеда, температура воздуха, степень агрессивного воздействия окружающей среды, интенсивность грозовой деятельности, пляска проводов и тросов, вибрация.
Определение расчетных условий по ветру и гололеду должно производиться на основании соответствующих карт климатического районирования территории РФ (рис.1 и 2) с уточнением при необходимости их параметров в сторону увеличения или уменьшения по региональным картам и материалам многолетних наблюдений гидрометеорологических станций и метеопостов за скоростью ветра, массой, размерами и видом гололедно-изморозевых отложений. В малоизученных районах для этой цели могут организовываться специальные обследования и наблюдения.
При отсутствии региональных карт значения климатических параметров уточняются путем обработки соответствующих данных многолетних наблюдений согласно методическим указаниям (МУ) по расчету климатических нагрузок на ВЛ и построению региональных карт с повторяемостью 1 раз в 25 лет.
Основой для районирования по ветровому давлению служат значения максимальных скоростей ветра с 10-минутным интервалом осреднения скоростей на высоте 10 м с повторяемостью 1 раз в 25 лет. Районирование по гололеду производится по максимальной толщине стенки отложения гололеда цилиндрической формы при плотности 0,9 г/см3 на проводе диаметром 10 мм, расположенном на высоте 10 м над поверхностью земли, повторяемостью 1 раз в 25 лет.
Температура воздуха определяется на основании данных метеорологических станций с учетом положений строительных норм и правил и указаний настоящих Правил.
Интенсивность грозовой деятельности должна определяться по картам районирования территории РФ по числу грозовых часов в году (рис.3), региональным картам с уточнением при необходимости по данным метеостанций о среднегодовой продолжительности гроз.
Степень агрессивного воздействия окружающей среды определяется с учетом положений СНиПов и государственных стандартов, содержащих требования к применению элементов ВЛ,.
Определение районов по частоте повторяемости и интенсивности пляски проводов и тросов должно производиться по карте районирования территории РФ (рис.4) с уточнением по данным эксплуатации.
По частоте повторяемости и интенсивности пляски проводов и тросов территория РФ делится на районы с умеренной пляской проводов (частота повторяемости пляски 1 раз в 5 лет и менее) и с частой и интенсивной пляской проводов (частота повторяемости более 1 раза в 5 лет).
Рис 1. Карта районирования территории РФ по ветровому
давлению
Рис 2. Карта районирования территории РФ по толщине стенки гололеда
Рис 3. Карта районирования территории РФ по среднегодовой продолжительности гроз в часах
Рис 4. Карта районирования территории РФ по пляске проводов
2). При определении климатических условий должно быть учтено влияние на интенсивность гололедообразования и на скорость ветра особенностей микрорельефа местности (небольшие холмы и котловины, высокие насыпи, овраги, балки и т. п.), а в горных районах - особенностей микро- и мезорельефа местности (гребни, склоны, платообразные участки, днища долин, межгорные долины и т. п.).
