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

ных данных для двух гладких цилиндрических параллельных проводов с одинаковым радиусом:

воздуха б, а средние значения величины б находятся в непосред­ ственной зависимости от высоты трассы линии электропередачи над уровнем моря. Кроме того, величина б изменяется в течение суток и в еще большей степени зависит от времени года. В Си­ бири и на Дальнем Востоке среднегодовое значение плотности воздуха на 10—15% выше, чем в южных районах Советского Союза. Поэтому в северных и северо-восточных районах, как следует из формулы (6-1 ), величина До будет соответственно выше и условия работы линий электропередачи, с точки зрения короны, будут более благоприятными.

Напряжение начала общей короны на гладких цилиндричес­ ких проводах пропорционально начальной напряженности элек­ трического поля провода. На витых проводах, применяемых на линиях электропередачи, наличие проволок внешнего повива приводит к усилению электрического поля вблизи их поверхно­ сти и снижению величины начального напряжения короны по сравнению с цилиндрическими проводами.

Снижение начальных градиентов короны на гладких чистых витых проводах учитывается добавлением в уравнение (6-1 ) ко­ эффициента гладкости т, который равен отношению начального напряжения короны на витом проводе U'0 к начальному напря­

жению короны на гладком цилиндрическом проводе £/0:

^0

Витая поверхность провода деформирует электрическое по­ ле только в непосредственной близости от его поверхности. На этом участке происходит значительно более быстрый, чем у глад­ ких проводов, спад напряжения, приводящий к снижению на­ чального напряжения общей короны. С увеличением количества проволок во внешнем повиве сталеалюминиевых проводов на­ чальное напряжение общей короны повышается и в пределе ко­

123

до 0,97 (рис. 6-1). В среднем коэффициент гладкости т, как показывают экспериментальные исследования, может быть при­

цессе измерений начальное напряжение короны фиксировалось только в тех случаях, когда вспышка короны одновременно по­ являлась как на чистой поверхности, так и на сохранившихся местных неоднородностях. Возникновение короны, так же как и в случае гладких цилиндрических проводов, сопровождалось резким всплеском тока короны, высокочастотных колебаний в токе, потерь мощности и радиопомех.

Экспериментальные значения коэффициента гладкости при­ ведены в табл. 6-1 .

Начальные градиенты общей короны (кВ/м, амплитудные

124

таким образом, чтобы в хорошую погоду на линиях электропе­ редачи не наблюдалось общей короны.

Для выполнения этого требования сечение и конструкция проводов расщепленной фазы выбираются таким образом, что­ бы отношение рабочей напряженности поля на поверхности про­

вода Е р к величине Ео не превосходило 0,9. Следует отметить, что в расчетах обычно не учитывается то обстоятельство, что начальный градиент общей короны для чистых и грязных про­ водов не одинаков. При этом в соответствии с рекомендациями Пика коэффициент гладкости т принимался равным 0,82. В дей­ ствительности для чистых проводов, как было показано выше, среднее значение величины яг—0,9. Следовательно, при прочих одинаковых условиях в расчетах по выбору сечения проводов

да, тем меньше начальная напряженность, при которой возникает общая корона. Это обстоятельство в некоторой степени умень­ шает преимущества увеличения диаметра проводов для сни­ жения потерь на корону. В табл. 6-2 приведены результаты расчетов по определению Е 0 для наиболее распространенных марок сталеалюминиевых проводов, применяемых на линиях 330—750 кВ. При этом коэффициент т принимался равным

0,9, а 6 = 1 .

Следует отметить, что критерий Е р/Ео -< 0,9 характеризует условия приближения к общей короне при хорошей погоде. В ос­ тальное время, при плохой погоде, начальное напряжение рез­ ко понижается и общая корона наблюдается на всех линиях электропередачи, практически независимо от величины выбран­ ного диаметра проводов и коэффициента гладкости.

125

6-2 ПОМЕХИ ПРИ КОРОНИРОВАНИИ

ПРОВОДОВ ЛИНИЙ СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Коронный разряд на витом проводе сопровождается возник­ новением в токе короны непрерывно повторяющихся импульсов, генерирующих колебания на частотах в диапазоне от 0,15 до 100 МГц. Этот процесс приводит к появлению на коронирующих проводах постоянного электромагнитного излучения. Высокоча­ стотное поле, образующееся вокруг коронирующей линии, явля­ ется источником постоянных помех, интенсивность которых за­ висит от ряда рассматриваемых ниже факторов и непосредст­ венно связана с величиной напряженности электрического поля и другими параметрами, характеризующими явление коронного разряда.

Помехи от короны на линиях электропередачи разделяются на две категории:

1 ) радиопомехи, излучаемые линиями электропередачи и воз­ действующие на антенные радиоприемники и радиостанции;

2 ) помехи, распространяющиеся по проводам линий электро­ передачи и нарушающие нормальную работу высокочастотных каналов связи.

Радиоприем считается удовлетворительным в случае превы­ шения полезного сигнала над помехой в среднем на 20 дБ. В пе­ ресчете на напряжение это означает, что сигнал должен превы­ шать помеху приблизительно в 15 раз.

Наибольший уровень радиопомех наблюдается при частоте 1 МГц, которая принимается в качестве расчетной. Для этой ча­ стоты уровень полезного сигнала составляет 60 дБ. Допустимый уровень радиопомех Уд в хорошую погоду без осадков на часто­ те 1 МГц может быть принят равным 40 дБ. С учетом того, что хорошая погода наблюдается в течение 85% всего времени го­ да, эта величина рекомендуется в качестве нормативной. Пре­ вышение помехой нормированной величины допускается в тече­ ние 1—3% всего времени хорошей погоды.

Расстояние от проекции крайнего провода линии электропе­ редачи напряжением 330—750 кВ до точки измерения помех принимается равным 100 м.

При оценке помех от линий электропередачи на высокочас­ тотные каналы связи по проводам или тросам следует руковод­ ствоваться нормами для телефонных каналов, в соответствии с которыми полезный сигнал должен превышать помехи не ме­ нее чем на 26 дБ. Уровни помех, измеренные на линиях электро­ передачи в хорошую погоду Ух.п, не должны превышать указан­ ных выше значений Уд.

126

Влияние параметров линий электропередачи. Повышение на­ пряженности электрического поля приводит к увеличению интен­ сивности радиопомех. Зависимость между напряженностью и ра­ диопомехами имеет линейный характер и выражается эмпири­ ческой формулой, полученной на основании результатов измерений, произведенных на действующих линиях и экспери­ ментальных пролетах в СССР и за границей:

возрастания интенсивности радиопомех при увеличении напря­ женности электрического поля в хорошую погоду.

Измерения, произведенные в последнее время на экспери­ ментальном участке ВНИИЭ и действующей линии 735 кВ в Ка­ наде, показали, что коэффициент ke может быть принят рав­ ным 0,018.

Установленный в результате исследований ВНИИЭ более медленный, чем предполагалось ранее, темп роста радиопомех позволяет увеличить на линиях сверхвысокого напряжения до­ пустимые значения напряженности электрического поля. Увели­ чение радиуса провода при неизменной величине напряженности электрического поля приводит к возрастанию уровня радиопомех пропорционального отношению (гг/М2Это явление объ­ ясняется повышением мощности импульсов, генерирующих вы­ сокочастотные колебания, которые на толстых проводах усили­ ваются по мере удаления от линии электропередачи вследствие менее интенсивного спада напряженности электрического поля.

на линиях 500—750 кВ, послужили основой для вывода эмпири­ ческой формулы, позволяющей пересчитывать интенсивность ра­ диопомех в зависимости от напряженности электрического по­ ля Е 2 ( k B / м ) и радиуса проводов г2 проектируемой линии. В соответствии с формулами (6-5) и (6-6) расчетное значение уровня радиопомех для проектируемой линии при хорошей по­ годе Y2 может быть рассчитано по формуле

127

Необходимо также отметить, что измерения, произведенные в СССР и Канаде, не установили при хорошей погоде влияния количества проводов в расщепленной фазе на интенсивность радиопомех. Поэтому этот фактор в расчетах не учитывается.

Расщепление проводов является весьма эффективным меро­ приятием для снижения уровня радиопомех. Оно обеспечивает возможность применения на линиях сверхвысокого напряжения конструкции фазы, состоящей из нескольких проводов относи­ тельно небольшого диаметра, которые при одинаковой напря­ женности электрического поля слабее генерируют радиопомехи, чем линии с толстыми проводами.

По мере удаления от линии напряженность поля радиопомех быстро убывает. Снижение уровня радиопомех может быть рас­ считано по формуле

где Уі и У2— интенсивности радиопомех соответственно на рас­ стоянии 1\ и Z2 от крайнего провода; k — коэффициент затухания.

Коэффициент k не является постоянной величиной и изме­ няется в зависимости от номинального напряжения линии элек­ тропередачи и конфигурации проводов. Среднее значение коэф­ фициента затухания для линий сверхвысокого напряжения с горизонтальным расположением проводов на основании резуль­ татов измерений принимается равным 1,7. На двухцепных ли­ ниях величина коэффициента k возрастает до 1 ,8.

Следует также отметить, что увеличение высоты подвески проводов на опорах приводит к уменьшению уровня радиопомех около линии электропередачи. С учетом различной высоты под­

с проводами радиусом г, смонтированными на различной высо­ те Я, в зависимости от напряженности электрического поля Е и расстояния от линии электропередачи I можно записать так:

где Уі — среднее значение радиопомех на базисной линии, полу­ ченное путем непосредственных длительных измерений; Ей г\, Іи Hi — параметры базисной линии, на которой были произведе­ ны предварительные измерения.

128

Для определения максимально допустимой по условиям ра­ диопомех напряженности электрического поля проектируемой линии Е 2 ( k B / м ) с проводами радиусом г2 формула (6-7) при­ водится к следующему виду:

где У2— допустимое значение радиопомех на уровне 1 —3% ве­ роятности превышения в хорошую погоду, которое не должно превышать 40 дБ; У] — измеренное значение радиопомех на ба­ зисной линии на уровне 1 —3% вероятности превышения на рас­

радиопомех).

В расчетах рекомендуется принимать следующие параметры базисной линии: У= 12,45 дБ, rj = 1,655 см, Ді=2610 кВ/м; а =5 % .

Влияние старения проводов. Старение проводов, заметно сни­ жающее интенсивность коронирования, одновременно приводит к уменьшению уровня помех. На линиях, недавно включенных под напряжение, величина помех намного выше. Опыт эксплуа­ тации показывает, что старение завершается в течение 4—5 лет, а уровень помех за этот период снижается на 10—12 дБ.

Влияние погоды и загрязненности атмосферы. Уровни радиопомех изменяются в широком диапазоне в зависимости от вре­ мени года и метеорологических условий на трассе линии элек­ тропередачи, что объясняется непосредственной зависимостью помех от начального напряжения короны. В хорошую погоду по­ вышенная интенсивность помех чаще наблюдается в летнее вре­ мя, когда плотность воздуха ниже, чем зимой. Результаты изме­ рений показали, что величина помех пропорциональна интенсив­ ности осадков. При сильном дожде и ветре помехи резко возра­ стают. Наиболее высокие уровни помех регистрируются в нача­ ле выпадения дождя или мокрого снега. Затем, когда провод полностью увлажнился, уровень помех изменяется слабо, а ко­ эффициенты затухания мало отличаются друг от друга. После прекращения осадков уровень помех снижается вследствие очи­

дождю. При слабом тумане и хорошей погоде уровни помех сов­ падают. Повышенные уровни радиопомех также характерны для участков трассы линий электропередачи, проходящих в промыш­ ленных районах с интенсивными загрязнениями.

Сниженные уровни радиопомех характерны для районов с чи­ стой атмосферой и повышенной плотностью воздуха.

Экспериментальные исследования также показали, что в тех случаях, когда трасса линии проходит в высокогорных районах на отметках от 1 000 до 2 000 м, при напряженностях электриче­ ского поля на поверхности провода (15—17)- ІО2 кВ/м создают­ ся помехи, соизмеримые по уровням с помехами от линий, экс­ плуатирующихся при амплитудных значениях напряженности электрического поля (20—22)-ІО2 кВ/м, но проходящих на от­ метках до 500 м.

6-3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ

НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ОДИНОЧНЫХ И РАСЩЕПЛЕННЫХ ПРОВОДОВ

Напряженность электрического поля на поверхности провода пропорциональная количеству электричества, разделенному на радиус провода, а количество электричества пропорционально емкости. Поэтому напряженность электрического поля на по­ верхности одиночного провода Е (кВ/м) зависит от его диамет­ ра, емкости и рабочего напряжения и может быть определена:

Ином— рабочее линейное напряжение электропередачи, кВ; Го— радиус провода, см.

Рабочая емкость провода определяется путем решения систе­ мы уравнений Максвелла. Методика расчета емкостей приведе­ на в приложении II.

Для приближенного расчета напряженности электрического поля трехфазной транспонированной линии достаточно найти среднюю емкость провода (пФ/м) без учета земли, которая оп­ ределяется по известной формуле

где D cр— среднее геометрическое расстояние между фазами. В случае горизонтального расположения фаз

Dcp = 1.26D,

где D — действительное расстояние между фазами. В случае треугольного расположения фаз

D cp = / D1D2D3>

где D u D2, Dz — действительные расстояния между фазами.

130

Для трехфазной линии с горизонтальным расположением фаз по средней емкости проводов можно определить напряженность электрического поля на крайних фазах £ Кр-

В симметричном трехфазном режиме при горизонтальном расположении проводов величины рабочих емкостей крайних фаз оказываются меньше приблизительно на 5%, чем емкость средней фазы. Вследствие этого на средней фазе корона возни­ кает раньше и процесс коронирования протекает более интенсив­ но. Поэтому напряженность электрического поля средней фазы

Еср будет равна:

£ср = 1,05£кр.

При треугольном расположении проводов напряженность электрического поля каждого провода будет одинаковой и при­ близительно может быть определена по средней емкости прово­ дов. Приведенные рекомендации по приближенному расчету ра­ бочих емкостей дают возможность рассчитать напряженность электрического поля с точностью, достаточной для определения среднегодовых потерь при короне.

Необходимость точного определения напряженности электри­ ческого поля возникает в тех случаях, когда при выбранных па­ раметрах линии следует ожидать появления общей короны. Тог­ да расчет емкости линии обязательно должен производиться точным методом путем решения системы уравнений Макс­ велла.

Определение напряженности электрического поля расщеп­ ленных проводов. В отличие от одиночных проводов напряжен­ ность электрического поля на поверхности расщепленных прово­ дов не остается постоянной, а изменяется в значительных пре­ делах. Это объясняется тем, что электрическое поле в каждой точке поверхности провода создается под действием не только собственного заряда, но и зарядов остальных проводов.

Максимальные напряженности, электрического поля на по­ верхности расщепленных проводов возникают в точках, наибо­ лее удаленных от оси симметрии с внешней стороны пучка про­ водов, а минимальные — в точках, наиболее приближенных к ней с внутренней стороны (рис. 6-2 ).

Средняя напряженность электрического поля расщепленных проводов может быть определена путем решения уравнения Максвелла с учетом того, что все заряды сосредоточены на осях проводов. Величина средней напряженности определяется ана­ логично одиночным проводам по формуле

где п — количество проводов в расщепленной фазе; С — рабочая емкость проводов расщепленной фазы.

Рис. 6-2. Конфигурация электрического поля расщепленных проводов.

Приближенное определение средней емкости транспонирован­ ной линии с расщепленными проводами производится аналогич­ но одиночному проводу, но вместо радиуса одиночного провода учитывается эквивалентный радиус расщепленных проводов:

1*4* fЭ

где гд— эквивалентный радиус расщепленных проводов. Максимальная напряженность электрического поля расщеп­

ленных проводов определяется по формуле

где k — коэффициент перехода от средней напряженности элек­ трического поля к максимальной

а

АГо і

а — расстояние между осями проводов расщепленной фазы; ß — постоянный коэффициент, зависящий от количества расщеп­ ленных проводов в фазе.

Значения величины ß для различного числа п расщепленных проводов в фазе следующие:

Определение максимальных напряженностей электрического поля для наиболее распространенных вариантов конструкций проводов расщепленной фазы линий 330— 500 кВ с горизонталь-

132