13.10. Меры борьбы с гололедом и вибрацией проводов и тросов

Гололед. Гололед представляет собой образование на проводах слоя твердых атмосферных осадков в виде чистого льда со средней плотностью 0,75 г/см³, изморози (кристаллических осадков с плот­ностью 0,1 ...0,2 г/см³), мокрого снега и смеси этих осадков. Наи­более часто гололед на проводах и тросах наблюдается при темпе­ратуре воздуха, близкой к О °С, когда оттепели сменяются похоло­данием (табл. 13.15).

На интенсивность обледенения влияет высота расположения проводов. При увеличении расстояния от земли возрастает ско­рость ветра и увеличивается содержание переохлажденной воды в воздухе, что способствует увеличению размеров гололедных отло­жений.

На основании обобщения экспериментальных данных предло­жены поправочные коэффициенты для учета влияния высоты на

Таблица 13.15 Краткие характеристики гололедных отложений (ГО)

Виды	Температура образования гололеда, °С	Плотность, г/см3	Условия возникнове­ния	Характер сцепления ГО с проводом
Лед	0...-3	0,6 ....0,9	Конденса-	Прочное
			ция паров
			воды,
			дождь
Зернистая (плотная)	-3...-10	ОД ...0,3	Слипание снега	Прочное
изморозь
Кристалличе­ская изморозь	-10. ..-40	0,05	Испарение капель	Хрупкое, на провода дер-
			тумана	жится непрочно
Смесь	0...-20	0,2 ...0,4	Слипание	Прочное
			изморози
Мокрый снег	0	0,2	Слипание	Слабое
			снега

Примечание. Гололедные отложения могут образовываться с наветренной стороны провода или по всей его окружности.

толщину стенки гололеда. Согласно СНиП значения поправочных коэффициентов по отношению к высоте 10 м составляют:

Расположение центра тяжести элементов кругового сечения и средних точек зон конструкций опор ВЛ над поверхностью

земли, м............................................. 5 10 20 30 50 70 100

Коэффициент.....................................0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

На размеры гололедных отложений оказывает влияние диаметр провода. Чем больше диаметр, тем меньше интенсивность отло­жений. По мере увеличения диаметра также снижается закручива­ние провода. Введенные коэффициенты в зависимости от диамет­ра провода имеют следующие значения:

Диаметр провода элемента,

мм........................................................ 5 10 20 30 50 70

Коэффициент.....................................1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6

Согласно ПУЭ коэффициент на провода и тросы не вводится и приведен здесь только для понимания процесса гололедообразования.

Карты по гололеду составлялись для стенок, имеющих повто­ряемость один раз в 10 лет. При этом территория страны делилась на пять районов, в которых толщина стенки гололедных отложе­ний составляла соответственно 5, 10, 15, 20, 22 мм и более. Рай­оны, где толщина стенки составляла 5 и 10 мм считались слабого­лоледными, 15 и 20 мм — сильногололедными, 22 мм и более — особогололедными. В новой редакции ПУЭ (7-е издание) период повторяемости определен в 25 лет. При этом устанавливается во­семь районов по гололеду в зависимости от толщины стенки с интервалом в 5 мм:

Район по

гололеду................I II III IV V VI VII особый

Толщина стенки

гололеда, мм,

не менее................10 15 20 25 30 35 40 45 и более

Отложение гололеда могут вызвать разрегулировку проводов и тросов и их сближение между собой, сближение проводов и тросов при их подскоке вследствие неодновременного сброса гололеда, «пляску» проводов, обрыв проводов и тросов, разрушение опор, перекрытие линейной изоляции ВЛ при таянии гололеда из-за зна­чительного снижения льдоразрядных характеристик изоляторов.

Меры борьбы с гололедом. Для предупреждения аварий и по­вреждений ВЛ от гололеда в районах с сильным гололедообразованием постоянно наблюдают за изменением метеорологических

Рис. 13.43. Схема плавки гололеда способом короткого замыкания:

а — трехфазное короткое замыкание; б — двухфазное короткое замыкание; в — схема «змейка»; Т — трансформатор; Р1...Р5 — разъединители

условий. На ответственных ВЛ устанавливают приборы, сигнали­зирующие о нарастании гололеда.

Основной мерой борьбы с гололедом является удаление его с проводов и тросов путем плавки электрическим током, а также профилактический нагрев проводов (увеличением тока нагрузки) до температур, при которых образование гололеда на проводах не происходит. Применяется несколько способов плавки гололеда на ВЛ: током КЗ, постоянным током от специального источника и током нагрузки. Для плавки гололеда на грозозащитных тросах их подвешивают на изоляторах.

Схема плавки гололеда током короткого замыкания зависит от параметров линии и режима системы, а время плавки — от темпе­ратуры воздуха, наличия ветра, его скорости и величины гололеда.

Метод трехфазного короткого замыкания (рис. 13.43, а) явля­ется простым и удобным, поскольку плавка гололеда производит­ся сразу на всех фазах.

Способ двухфазного короткого замыкания (рис. 13.43, б) плав­ки гололеда на линии применяют сначала на двух фазах, а затем на третьей в сочетании с одним из освободившихся от гололеда проводов. Схему «змейка» (рис. 13.43, в) применяют на коротких

линиях, когда имеющиеся на­пряжения слишком велики для плавки по методу трехфазного короткого замыкания.

Способ плавки гололеда за счет встречного включения фаз урав­нительными токами заключает­ся в том, что на одном конце провода обогреваемые линии присоединены к фазам А, В и С, а на другом — соответственно к фазам В, Си А (рис. 13.44).

Таким образом, на обогрева­емую линию подается не фазное напряжение источника тока плавки гололеда, как при спо­собе короткого замыкания, а ли­нейное. Это позволяет увеличить длину линий, на которых про­изводится плавка гололеда, на 73 % или увеличить ток плавки. Плавка гололеда уравнитель­ными токами может применять­ся для линий, расположенных между соседними подстанция­ми, имеющими связи по лини­ям высокого напряжения (наи­более распространенный слу­чай), при параллельных линиях,

а также в кольце. При этом по условию качества напряжения в работе могут оставаться потребители, подключенные к питающим шинам или удаленные от них на расстояние до 100 % длины обо­греваемой линии.

В целях сохранения питания потребителей, подключенных к обо­греваемой линии по всей ее длине, может быть применена схема встречного включения фаз, векторы напряжения которых сдвину­ты по фазе на 60°. Для этого в кольцевой сети (рис. 13.45) устанав­ливают секционирующий выключатель В5, который в нормаль­ном режиме сети находится в отключенном положении.

Линии сети подключаются к независимым источникам с ука­занным сдвигом фаз векторов напряжения. При плавке гололеда выключатель В5 включают. При этом на рабочий ток накладывает­ся дополнительный ток, обусловленный разностью напряжений двух независимых источников питания.

При плавке гололеда постоянным током на линиях напряжени­ем 220 кВ и выше требуются очень большие токи в связи с приме-

Рис. 13.45. Схема плавки гололеда способом встречного включения без

отключения нагрузки: В1...В5 — выключатели; Т1, Т2 — трансформаторы; Л1, Л-2 — обогреваемые ВЛ

нением на этих линиях проводов больших сечений и расщеплени­ем фазы на несколько проводов. На линиях напряжением 500 кВ токи плавки достигают 4500... 5000 А. При большой протяженнос­ти линий и большом индуктивном сопротивлении плавка гололе­да переменным током требует очень высоких напряжений источ­ника плавки и реактивных мощностей. В связи с этим плавка голо­леда переменным током на линиях напряжением 220 кВ и выше, как правило, практически невозможна.

На таких линиях плавка гололеда может быть выполнена по­стоянным током от специальных выпрямительных установок, ко­торые монтируют на подстанциях и питают от них. При тех же токах плавки напряжение плавки постоянным током в 10 и бо­лее раз ниже, чем при плавке переменным током. Реактивная мощность на плавку не расходуется, а потери активной мощно­сти сравнительно невелики, так как очень мало активное сопро­тивление провода.

Для плавки гололеда постоянным током разработаны специ­альные выпрямительные агрегаты ВУКН-1200-14000 (на диодных) и ВУПК-1000-14000 (на тиристорных выпрямителях). Эти агрега­ты подключают к источнику переменного тока напряжением до 10 кВ. Они дают выпрямленный ток напряжением до 14 кВ. Два таких агрегату соединенные параллельно, могут обеспечить плавку гололеда на линии напряжением 220 кВ протяженностью около

Таблица 13.16 Наименьшие расстояния между проводами ВЛ и землей или пересекаемым объектом, допустимые на время плавки, м

Объект, пересекаемый ВЛ	Для ВЛ напряжением, кВ
	35... 110	220	330	500
Поверхность земли:
ненаселенная местность	5	6	7	7
населенная местность	6	7	6,5	7
Провода линии связи	2	3	4	4
Железные дороги широкой колеи	6,5	7,5	8	8,5
Автомобильные дороги	6,0	7	7,5	8
Провода трамвайных и троллей­бусных линий	2	3	4	4

100... 120 км. При последовательном соединении нескольких агре­гатов, питающихся от отдельных трансформаторов или раздели­тельных систем шин, может быть получено более высокое напря­жение постоянного тока, т.е. увеличена длина участка плавки. К недостаткам агрегата относятся довольно высокая стоимость са­мого агрегата и дополнительного оборудования, необходимого для его эксплуатации, а также его ограниченные возможности для плавки гололеда на линиях напряжением 330 кВ и выше большой протяженности.

Механическое удаление гололеда с проводов может производиться механическим путем. Самый простой способ механического уда­ления гололеда — сбивание, которое производится с земли с по­мощью длинных шестов или из корзины автовышки. Практикуют также срезание гололеда с помощью стального тросика и удале­ние гололеда с помощью специальных роликов-ледорезов. Эти ме­тоды требуют много времени и применяются только на коротких участках линий.

Плавку гололеда на ВЛ организуют диспетчерские службы энер­госистем. Начинать плавку целесообразно, когда размеры гололе­да еще невелики, но нарастание его продолжается. Эффективность плавки зависит от быстроты и оперативности ее организации. Для этого заранее рассчитывают токи и время плавки, подготавлива­ют специальные перемычки и схемы плавки, устанавливают не­обходимые выключатели и разъединители и т.д.

В табл. 13.16 приведены наименьшие расстояния между прово­дами ВЛ и землей или пересекаемым объектом, допустимые на время плавки.

Вибрация проводов и тросов. При ветре, направленном под уг­лом к линии, за проводами (тросами) возникают и срываются

Рис. 13.46. Схема положения провода при вибрации:

1 — узел вибрации; 2 — пучность; А. — длина волны; А — амплитуда; а —

угол вибрации

воздушные вихри. Они вызывают силы, действующие на провод то снизу, то сверху. Совпадение частоты образования вихрей с частотой колебания натянутых проводов приводит к появлению на линии стоячих волн вибрации с амплитудой колебаний в не­сколько сантиметров, т.е. на длине пролета образуются стоячие волны (рис. 13.46) длиной X и амплитудой А.

Типичный диапазон скоростей ветра, при которых можно ожи­дать вибрацию, составляет 0,5... 10 м/с. Диапазон частот вибрации составляет 3... 120 Гц. Амплитуда вибрации относительно мала и редко превышает диаметр провода. На подверженность вибрации существенное влияние оказывают характер территории, длина про­лета линии, тяжение в проводе и* другие факторы.

Основными величинами, характеризующими вибрацию, явля­ются: частота, длина полуволны и амплитуда.

В результате вибрации провода и тросы испытывают знакопе­ременные напряжения, приводящие в конечном счете к излому и возможному обрыву отдельных проволок в тех местах провода, где они соприкасаются с линейными зажимами.

Для защиты проводов и тросов от вибрации наибольшее рас­пространение получили гасители вибрации Стокбриджа (рис. 13.47

Таблица 13.17 Гасители вибрации (ТУ 34-27-11096—86)

Тип	Марка и номинальное сечение провода, мм2				Масса груза, кг	Размеры, мм				Длина гасителя	Масса 1 шт., кг, не более	Диапазон рабочих частот, Гц
	АС	А	М	С, ПС, пмс		Диа­метр груза	Дли­на груза	Диа­метр троса	Диаметр губок зажима
ГВН-2-9	—	—	—	35, 50	0,8	46	103	9,2	9	300	2,24	15... 100
ГВН-2-13	70, 95	70, 95	70	—	0,8	46	103	9,2	13	350	2,29	И. ..80
ГВН-3-12	__	—	95	—	1,6	58	130	11,0	12	400	3,98	12. ..80
ГВН-3-13	—	—	—	70, 95,	1,6	58	130	11,0	13	450	4,02	12. ..80
				100
ГВН-3-17	120/19, 120/27, 150/19,	120, 150,	120, 150	—	1,6	58	130	11,0	17	450	4,04	10. ..75
	150/24, 150/34, 70/72	185
ГВН-4-22	185/24, 185/89, 185/43,	240, 300	185, 240	—	2,4	65	143	11,0	22	500	5,70	7. ..65
	240/32, 240/39, 240/56		*
ГВН-5-25	300/39, 300/48, 300/66,	350, 400	300, 350,	—	3,2	73	162	13,0	25	550	7,56	6. ..55
	300/67, 330/30, 330/43		400
ГВН-5-30	400/18,400/22,400/51,	450, 500,	—	—	3,2	73	162	13,0	30	550	7,62	6. ..55
	400/93, 450/56, 500/26,	550
	500/27, 500/64, 400/64
ГВН-5-34	550/71, 600/72, 650/79	600, 650,	—	—	3,2	73	162	13,0	34	600	7,65	5. ..50
		700
ГВН-5-38	700/86	800	—	—	3,2	73	162	13,0	38	650	8,2	5 ... 50

Примечания: 1. Гасители типа ГВН предназначены для защиты от вибрации проводов и тросов ВЛ в обычных пролетах длиной до 500 м.

2. Для защиты проводов от вибрации на больших переходах выпускаются гасители типа ГПГ с глухим креплением на проводах и сбрасывающиеся типа ГПС. На переходах ВЛ 500 кВ и выше эти гасители устанавливаются только на верхних проводах расщепленной фазы (по условиям радиопомех от короны). Типы гасителей и места их установки на проводах и тросах выбираются на основании результатов специальных расчетов или измерений.

3. Прочность заделки зажима на канате и прочность крепления плашек на проводах должны быть не менее 2 кН.

4. Стрела кривизны каната гасителя не должна превышать 1/11 его длины.

и табл. 13.17) и петлевого типа (рис. 13.48). Для больших переход­ных пролетов применяют специальные гасители.

Гасители вибрации Стокбриджа устанавливают на проводе с одной или с двух сторон пролета вблизи точек подвеса на рассто­янии от места выхода провода из зажима, равном четверти длины волны вибрации, т.е. в пучности волны.

Места установки гасителей определяют расчетом с учетом марки и тяжения проводов.

Гасители вибрации петлевого типа применяют для проводов небольших сечений. Они представляют собой отрезок провода од­ной и той же марки и сечения с защищаемым проводом, устанав­ливаемым под ним в виде петли в местах крепления на поддержи­вающих подвесках симметрично относительно зажима.

На рис. 13.49 приведены гасители вибрации на проводах SAX.

Рис. 13.49. Гасители вибрации, установленные на проводе SAX в месте

крепления его к изолятору:

а — двусторонний гаситель; б — накладка пластмассовая; в — односторонний

гаситель

«Пляска» проводов и тросов. Помимо вибрации, на ряде ВЛ наблюдается явление, получившее название «пляски» проводов. Это один из видов автоколебаний, при котором возникает резо­нанс собственных колебаний провода и возбуждающей силы. В наи­большей степени «пляске» подвержены провода ВЛ, расположен­ных в гололедных районах, поскольку отложения гололеда изме­няют профиль провода (при одностороннем гололеде сечение про­вода становится похожим на крыло) и при наличии ветра возни­кает сила, поднимающая провод вверх. В результате возникают пе­риодические вертикальные колебания провода с амплитудой, до­стигающей в некоторых случаях нормального провеса провода.

Разработан ряд мероприятий по борьбе с «пляской» проводов и тросов, среди которых применение механических устройств, ог­раничивающих перемещение проводов при «пляске», например кольцевых тросовых распорок между расщепленными проводами фазы, а также гасителей «пляски» в виде различного рода цилин­дрических и плоских обтекателей, подвешиваемых на проводах.

Своевременная плавка гололедных образований снижает веро­ятность возникновения «пляски» проводов и тросов.