4.6 rd_153-34_3-35_125-99

Влияние искрообразования в грунте, при стекании тока молнии, на показатели грозоупорности ВЛ 110 - 330 KB

Процесс искрообразования в грунте приводит к уменьшению сопротивления заземления и, следовательно, к уменьшению вероятности обратного перекрытия линейной изоляции (Роп).

В методике расчета грозоупорности ВЛ (Приложение 17 и 18) учет импульсного сопротивления заземления вводится не постоянным коэффициентом, а в динамическом режиме в течение всего переходного процесса до момента перекрытия изоляции. Уменьшение РОП зависит не только от параметров импульса тока молнии, конструкции

заземлителя и характеристик грунта (удельного сопротивления ρ и пробивной напряженности ЕПР), но и от класса номинального напряжения ВЛ и конструктивных

параметров, влияющих на ее грозоупорность (типа опоры, числа и расположения, тросов). Например, с ростом класса номинального напряжения увеличиваются размеры зоны искрообразования, создающейся до момента перекрытия линейной изоляции, происходит более значительное уменьшение сопротивления заземления, и, следовательно, уменьшается расчетное число грозовых отключений. Подобная ситуация имеет место, если на ВЛ вместо одного подвешено два троса. На ВЛ с невысокой грозоупорностью (например, ВЛ 110 кВ со стальными опорами и одним тросом) перекрытие изоляции происходит до образования искровой зоны.

Учет искрообразования может дать существенные поправки в значениях числа грозовых отключений ВЛ 110 - 330 кВ только при сооружении их на железобетонных опорах (одностоечных и портальных) и в определенной области сочетаний размеров заземлителя и характеристик грунта. Начало и интенсивность искрообразования зависят от плотности тока у, удельного сопротивления ρ и критического значения напряженности электрического поля при пробое грунта ЕКР, которые связаны соотношением

В табл. П25.1 даны результаты расчета удельного числа грозовых отключений при фиксированных значениях сопротивления заземления, при промышленной частоте R от 10 до 100 Ом, а также для трех типов заземляющих устройств: заглубленный конец железобетонной стойки (стоек) без лучей и две конструкции комбинированного заземлителя (стойка и лучи длиной 5 м, стойка и лучи длиной 10 м). Значение удельного сопротивления грунта в табл. П25.1 обеспечивают сопротивление R, приведенное в левом столбце табл.

П25.1. Перебор вариантов проводился до выполнения условия ρ ≤ 1000 Ом·м, так как при больших значениях ρ расчет должен проводиться с учетом влияния грунтов с высоким удельным сопротивлением на атмосферные перенапряжения, возникающие на линейной изоляции (Приложение 21). В соответствии с табл. 8.1 рассмотрены три типа железобетонных опор ВЛ 110 - 330 кВ: одностоечная (одноцепная и двухцепная) и портальная. Во всех расчетных случаях наблюдается общая тенденция: с увеличением ρ грунта. Относительная поправка сначала растет, но затем, из-за снижения грозоупорности ВЛ при больших сопротивлениях заземления перекрытие изоляции начинает чаше происходить до момента интенсивного искрообразования в грунте, при этом абсолютное число отключений растет, а влияние искрообразования снижается.

Таблица 25.1

Влияние ценообразования в грунте на число грозовых отключений ВЛ 110-330 кВ на железобетонных опорах

(числитель - nГ (R) - удельное число грозовых отключений на 100 км и 100 грозовых часов

при расчете с фиксированным значением сопротивления заземления; знаменатель - nГ (RH) - то же с учетом искрообразования в грунте: δ = (nГ (R) - nГ (RИ)) / nГ

(R) · 100 %

*) ρ > 1000 Ом·м;

**) 4 луча для одностоечных опор, по 2 луча для каждой стойки портальной опоры; □ - искрообразование происходит после перекрытия линейной изоляции и не оказывает влияния на число

грозовых отключений.

С ростом класса номинального напряжения ВЛ при одинаковой конструкции опор влияние искрообразования возрастает. Например, для ВЛ 220 кВ на одностоечных, одноцепных опорах наибольшая относительная поправка составляет 47,5 %, что в 2 раза больше, чем на ВЛ 110 кВ. При добавлении 4-х лучей по 5 м, при сохранении тех же значений R-, наибольшее значение поправки для ВЛ 220 кВ уменьшается до 10 %. На ВЛ 110

и 150 кВ при добавлении лучей процесс искрообразования развивается после перекрытия линейной изоляции: nГ (R-) = nГ (RH).

На ВЛ с портальными опорами заземлитель размещается в большем объеме грунта, плотности стекающего импульсного тока меньшей поэтому уменьшается влияние искрообразования на число грозовых отключений. Для ВЛ 220 кВ на таких опорах наибольшее значение поправки при использовании в качестве заземлителя только заглубленных участков железобетонных стоек и при добавлении к ним 2-х лучей по 5 м примерно в 1,5 раза меньше, чем для ВЛ 220 кВ на одностоечных одноцепных опорах. На ВЛ 330 кВ эти поправки увеличиваются за счет повышения импульсной прочности изоляции, но при добавлении 2-х лучей по 10 м снижение числа грозовых отключений за счет искрообразования составляет только около 1,0 %.

Данные табл. П25.1 позволяют скорректировать предельные значения RЗ обеспечивающие

допустимое число грозовых отключений ВЛ. Например, если для одноцепной ВЛ 220 кВ на одностоечных железобетонных опорах nг.npeд = 4,0, то при расчете грозоупорности с

фиксированным значением сопротивления заземления RЗ = R- = 20 Ом. (Заземлитель -

заглубленная часть стойки). При учете искрообразования требуемые показатели грозоупорности будут получены при RЗ = R~ = 30 Ом при ρ ≈ 30 Ом при ρ ≈ 200 Ом·м (nг.доп

= 3,6).

ПРИЛОЖЕНИЕ 26

Справочные таблицы: допустимое число грозовых отключений ВЛ 110 - 330 кВ и предельное значение сопротивления заземления опор (по критерию коммутационного ресурса линейных выключателей)

Материалы табл. П26.1 - П26.4 составлены в соответствии с методическим подходом подраздела 8.3, при исходных данных п. 8.3.4.

Обозначения, не расшифрованные в табл. П26.1 - П26.4: Тпр - средний период планового ремонта выключателей, год;

No - допустимое без ремонта выключателя количество отключений номинального тока

к.з.;

ипр - удельное число грозовых отключений ВЛ от прорыва молнии на провода (не зависит от из, входит составляющей в пг.пред).

Для определения предельного значения сопротивления заземления RЗ, по справочным кривым Приложения 23, необходимо из ппред выделить долю грозовых отключений от

обратных перекрытий изоляции при ударах молнии в опору и трос, т.е. получить предельное значение составляющей (поп + nmp)npeд, зависящей от RЗ. Для этого:

• для одноцепных ВЛ - от значения пг.пред, полученного по формуле (8.7), следует вычесть удельное число грозовых отключений от прорывов молнии на провода (ппр),

приведенное на соответствующем рисунке Приложения 23 для рассматриваемой конструкции гирлянды, т.е. в этом случае (поп + nmp)npeд = пг.пред - ппр;

для двухцепных ВЛ - чтобы воспользоваться справочными кривыми, необходимо

получить составляющую (поп + nmp)npeд для двух цепей, так как по формуле (8.7) определяется п1г.пред для ВЛ, принадлежащей одной цепи на двухцепной опоре.

Число грозовых отключений каждой цепи на двухцепных опорах состоит из отключений из-за перекрытий собственной изоляции и отключений, вызванных развитием перекрытия

изоляции соседней цепи (nг.2ц), поэтому п1г.пред = 0,5 (поп + птр)пред + 0,5ппр + nг.2ц, а (поп +

nmp)npeд = 2(п1г.пред - 0,5 ппр - nг.2ц)

Предельное значение RЗ находится через два - три приближения nг.2ц. В начале расчета значение nг.2ц берется по справочным кривым для RЗ = 10 Ом. В случае, если найденное по ординате (поп + птр)пред, значение RЗ отличается от 10 Ом, производится корректировка nг.2ц и повторение процедуры определения RЗ.

Примечания.

1.В табл. П26.1 - П26.4 внесены только расчетные значения RЗ ≥ 10 м, в остальных случаях позиции таблиц оставлены незаполненными, т.е. требования по Nг.доп для данной конструкции опор практически не выполнимы.

2.Знаком *) отмечены варианты, в которых расчетное число грозовых отключений от прорыва (nпр) больше общего предельно допустимого, т.е. nпр > пг.пред и значение RЗ принципиально не определяется.

Таблица П26.1

Предельные значения различных конструкций опор ВЛ 110 кВ по допустимому числу грозовых отключений по условию полного использования коммутационного ресурса выключателя в период между плановыми ремонтами в различных природноклиматических и эксплуатационных условиях.

Таблица П26.2

Предельные значения различных конструкций опор ВЛ 150 кВ по допустимому числу грозовых отключений по условию полного использования коммутационного ресурса выключателя в период между плановыми ремонтами в различных природноклиматических и эксплуатационных условиях

Таблица П26.3

Предельные значения сопротивления заземления различных конструкций опор ВЛ 220 кВ по допустимому числу грозовых отключений по условию полного использования коммутационного ресурса выключателя в период между плановыми ремонтами в различных природно-климатических и эксплуатационных условиях

Таблица П26.4

Предельные значения сопротивления заземления различных конструкций опор ВЛ 330 кВ по допустимому числу грозовых отключений по условию полного использования коммутационного ресурса выключателя в период между плановыми ремонтами в различных природно-климатических и эксплуатационных условиях

ПРИЛОЖЕНИЕ 27

СПРАВОЧНЫЕ ТАБЛИЦЫ: ОБЛАСТИ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УНИФИЦИРОВАННЫХ И ТИПОВЫХ ОПОР ДЛЯ ВЛ 110 - 330 KB КАТЕГОРИЙ А И

Б ПО ГРОЗОЗАЩИТЕ1

1 Таблицы составлены с использованием материалов Приложения 26.

Эти области определены по критерию коммутационного ресурса линейных выключателей для различных природно-климатических и эксплуатационных условий (п. 8.3.4.) для номенклатуры опор табл. 8.1.

Границы областей заданы в табл. П27.1-П27.4 параметрами:

Nг.ч - наибольшая допустимая интенсивность грозовой деятельности, ч;

L - наибольшая допустимая длина ВЛ, км;

RЗ - предельное значение сопротивления заземления опор, Ом. Разделение ВЛ по категориям грозозащиты выполнено по условиям:

На смену типовым ВЛ 110 кВ и 220 кВ в ближайшие годы придут ВЛ нового поколения. В 1994 - 96 г.г. по заданию РАО «ЕЭС России» АО НИИПТ и АО «Институт «Севзапэнергосетьпроект»», разработали технические проекты новой унификации ВЛ 110 кВ и 220 кВ со стальными одноцепными и двухцепными опорами башенного типа. Проекты были утверждены НТС РАО «ЕЭС России», так как в них был реализован ряд новых идей:

•снижены потери в проводах примерно вдвое за счет перехода к оптимальной плотности тока; сведен к минимуму расход стали на опоры и железобетона на фундаменты к ним;

•во все гирлянды введены запасные изоляторы, снижающие число перекрытий и расцеплений гирлянд при рабочем напряжении и грозах и позволяющие исключить

замену «остатков» изоляторов (ремонт гирлянд) в течение 25 лет эксплуатации. Оптимизация промежуточных опор (их высоты и ширины стойки, числа и конструкций секций) и длины пролета в расширенном диапазоне сечений проводов и при значительном увеличении нагрузок от них позволила существенно сократить расход стали на опоры для ВЛ 110 и 220 кВ. Применение опор новой унификации позволит сократить общее число опор на вновь строящихся ВЛ 110 кВ и 220 кВ примерно на 18 и 15 % соответственно за счет увеличения длины пролета. Грозоупорность ВЛ 110 и 220 кВ нового поколения существенно

выше грозоупорности ВЛ на типовых стальных и железобетонных опорах.

Для ВЛ 110 кВ оптимальная плотность тока в проводах ВЛ обеспечена за счет расширения

диапазона поперечного сечения по алюминию - вплоть до 600 мм2 (вместо 70 - 240 мм2 в действующей унификации). Использование на ВЛ с двухцепными опорами разного числа изоляторов на каждой их двух цепей (9 на одной из них и 10 - на другой) обеспечит снижение в 3 - 4 раза вероятности одновременного отключения обеих цепей при ударах молнии в опоры и трос. Серьезные изменения внесены в конструкцию промежуточных опор, Многочисленными оптимизационными механическими расчетами опор на ЭВМ показано, что минимальных затрат стали на промежуточные опоры можно достигнуть при увеличении их высоты (на 5 - 6 м) и длины пролета, а также при использовании у опор перекрестной схемы решетки вместо треугольной.

На основе расчетов опор для ВЛ 220 кВ со всеми сочетаниями проводов (одиночных от

240 мм2 до 600 мм2 и расщепленного провода 2×400 мм2) и климатических условий в новую унификацию введены 4 типа одноцепных и 3 типа двухцепных промежуточных опор и по 2 - 3 типа анкерно-угловых опор (с подставками). Сооружение ВЛ 220 кВ новой унификации с расщепленными проводами (2×АС 300/39 и 2×АС 400/51) может оказаться экономически

выгодным при повышенной длине ВЛ и для обеспечения баланса реактивной мощности в энергосистеме взамен шунтовых батарей конденсаторов.

Дополнительные капиталовложения на ВЛ 110 и 220 кВ нового поколения окупаются за 3- 5 лет. Поэтому переход к новой унификации ВЛ 110 и 220 кВ экономически целесообразен и является серьезным энергосберегающим мероприятием для энергосистем России. (Дополнительная литература: Тиходеев Н.Н., Кузнецова Л.Е., Зевин А.А., Штин С.А., Константинова Е.Д. Новая унификация ВЛ 110 кВ со стальными опорами. Энергетик, № 4, 1996. Новая унификация ВЛ 220 и 330 кВ со стальными опорами башенного типа. Энергетик,

№ 12, 1997.)