Підвищення надійності розподільчої мережі 10 кВ

РОЗДІЛ 4 ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНОЇ НАДІЙНОСТІ ПЛ 10 КВ

4.1  Заходи боротьби з ожеледдю на повітряних лініях

 

Під загальним поняттям ожеледі розуміють різні види твердих опадів: паморозь, ожеледь  і мокрий сніг.

Паморозь - це білі непрозорі кристалічні утворення, як правило, двох видів: кристалічна паморозь з густиною 0,02...0,1 г/см³ і зерниста -0,1...0,3 г/см³. Кристалічна паморозь утворюється при порівняно низьких температурах від -10 до -40°С і слабких вітрах. Вона легко обсипається з проводів від вітру і струшування. Зерниста паморозь найчастіше утворюється під час туманів і при температурі від -3 до -10°С. Вона характерна для підвищених і гірських районів (Крим, Закарпаття), тримається на проводах при вітрі. Чим більша вологість повітря і швидкість вітру, тим товщим буває шар паморозі.

При великих розмірах відкладень (50-60 мм і більше) і сильному вітрі впоперек лінії зростає  тиск вітру на проводи і троси. Проміжні опори при цьому можуть витримувати зусилля, які значно перевищують розрахункові.

Ожеледь - це суцільні тверді утворення у вигляді прозорого або матового льоду, які мають густину від 0,6 до 0,9 г/см³. Утворюється ожеледь при температурі повітря від 0 до -5°С при туманах, дощах і морозі. Краплі вологи, потрапляючи на проводи, розтікаються по поверхні, замерзають і утворюють ожеледь.

Часто на проводах відкладається суміш із паморозі, ожеледі і снігу, з більш пухкою, ніж ожеледь, будовою і щільністю меншою ніж 0,3...0,6 г/см³.

Суміш утворюється при періодичних змінах погодних умов і при температурі від 0 до -20°С. Як правило, нижній шар суміші - це ожеледь або зерниста паморозь. Мокрий сніг найбільше прилипає до проводів при температурі повітря 0°С і вітрі, при цьому його шар може бути значним. Якщо температура повітря не знижується, то він спадає з проводів під власною вагою. При зниженні температури він примерзає до проводів, а з посиленням вітру збільшуються вітрові навантаження на опори. Щільність мокрого снігу змінюється від 0,12 до 0,3 г/см³.

На форму утворень з ожеледі впливає напрямок і  швидкість вітру. При вітрах вздовж лінії на проводах і тросах утворюються відкладення симетричної циліндричної форми порівняно невеликого діаметра, при вітрах упоперек лінії - однобічні відкладення, розміри яких значно більші, ніж при вітрах вздовж лінії.

Однобічна ожеледь утворюється з навітряної сторони проводу і має овальну форму. При цьому провід поступово закручується на деякий кут, підставляючи вітру чисту поверхню. Процес відбувається доти, доки крутний момент від маси однобічної ожеледі не буде зрівноважений моментом пружності сил проводу.

Для оцінки небезпечності  ожеледі в експлуатації велике значення має тривалість наростання ожеледі  і час її існування. При насиченні  повітря вологою і наявності  вітру ожеледь досягає небезпечних  розмірів протягом двох-трьох годин. Інколи наростання відбувається періодично 5-15 днів. При частих відлигах, зокрема, в південних районах України, тривалість знаходження ожеледі не перевищує 1-1,5 доби.

Навантаження на проводи  в районах з ожеледдю досягає 4-5 кг/м, а в районах із сильною ожеледдю - до 8-10  кг/м.

Елементи повітряних ліній 0,38 кВ розраховуються на нормальну  товщину шару ожеледі з повторюваністю раз у п'ять років, а лінії 6-20 кВ - раз у 10 років.

Для своєчасного попередження аварій від ожеледі повинен бути передбачений комплекс організаційних заходів:

• створення постів спостереження  за ожеледдю і швидкістю вітру  для уточнення регіональних карт за цими метеорологічними елементами;

• інформація для оперативної  оцінки ситуації з ожеледдю і вибору моменту її знищення;

• розробка технологічних  карт плавлення, в яких установлюються умови плавлення ожеледі, послідовність  операцій і порядок здійснення зв'язку з диспетчером підприємства електромережі;

• навчання персоналу  щодо спостережень і дій при оголошенні аварійної ситуації під час ожеледі.

Заходи щодо усунення ожеледі з проводів ПЛ. Вчасне усунення з проводів ожеледно-паморозевих  утворень (ожеледі) дозволяє зменшити механічні навантаження на елементи ПЛ і підвищити надійність їх роботи. Ожеледь з проводів усувають оплавленням або оббиванням. Для оббивання ожеледі повітряні лінії відмикають і заземлюють. Заходи провадяться із залученням місцевого населення.

Найбільш ефективним і економічним способом усунення ожеледі є нагрівання проводів струмами короткого замикання при номінальній або зниженій напрузі.

На ПЛ 6-20 кВ відповідно до Вказівок по плавленню ожеледі  на ПЛ до 20 кВ, які проходять у  сільській місцевості, плавлення  ожеледі необхідно передбачати  для районів, у яких можливі часті  та інтенсивні коливання проводів під час ожеледі. Для районів, у яких нормативна товщина шару ожеледі менша ніж 20 мм, доцільність плавлення ожеледі повинна встановлюватись на основі техніко-економічного розрахунку.

Плавлення ожеледі доцільно починати з таким розрахунком, щоб при  утворенні її закінчити плавлення на всіх лініях, взаємопов'язаних за режимом плавлення. При цьому черговість плавлення визначається категорійністю споживачів і електроприймачів за ступенем надійності електропостачання, технологічністю організації плавлення і наявністю резервного живлення.

На ПЛ, обладнаних схемами плавлення  ожеледі, необхідно перед сезоном  ожеледі провести ретельний огляд  і випробування всіх елементів електричної  схеми плавлення і здійснити  заходи для забезпечення нормальної роботи в режимі плавлення.

Для успішного і ефективного  плавлення спочатку визначається порядок  дій персоналу (складаються інструкції), проробляється послідовність проведення всіх операцій, складаються технологічні карти.

Найбільш поширеним і ефективним способом є плавлення ожеледі на ПЛ 6-20 кВ струмом трифазного короткого замикання (КЗ) при номінальній напрузі мережі на магістральних ділянках і зниженій напрузі - на відгалуженнях у тривалому або повторно-короткочасному режимі. Плавлення ожеледі при номінальній напрузі застосовується, якщо величина струму КЗ, достатня для її розплавлений в прийнятні строки на ділянці з проводом найбільшого перерізу, не перевищує допустимих величин за умовами нагрівання проводів найменшого перерізу і не покритих ожеледдю та якщо завантаження силових трансформаторів під час плавлення не перевищує допустимих значень.

Для плавлення ожеледі лінії  вибираються певні точки, в яких при коротких замиканнях плавлення  можливе на номінальній напрузі, і перевіряється   обладнання   підстанції   (силові   трансформатори, трансформатори струму, розчіплювачі, шини тощо), у місцях короткого замикання встановлюється необхідне обладнання.

Як закорочуючі апарати  використовуються масляні вимикачі ВМП-10 і ВМПП-10, рідше роз'єднувачі. Найдоцільніше застосовувати телекерувальні  короткозамикаючі  пункти  на  базі  шаф  К-36 (з автоматичним керуванням).

Допустимі струми плавлення  для ПЛ 6-20 кВ з алюмінієвими та сталеалюмінієвими проводами визначаються залежно від швидкості вітру і температури повітря за табл.4.1  та наведеним нижче способом.

Час плавлення ожеледі  визначається за відповідним графіком, наведеним у Вказівках по плавленню  ожеледиці на ПЛ до 20 кВ, які проходять у сільській місцевості. Допустима кратність перевантаження силових трансформаторів на підстанції визначається залежно від передуючого плавленню режиму навантаження і часу плавлення (рис.4.1). Для комутаційних апаратів (вимикачів і роз'єднувачів) у режимі  плавлення допускається  навантаження,  яке перевищує номінальний струм в 1,5 разу.

Струм спрацювання захисту  ПЛ, на якій проводиться плавлення  ожеледі, повинен перевищувати струм  плавлення на 20 відсотків.

Рис.4.1. Допустима кратність перевантаження стаціонарних ТП (трансформаторів): Ко - коефіцієнт завантаження трансформатора до початку плавлення

Таблиця 4.1. Допустимі струми плавлення ожеледі на ПЛ 6-20 кВ з алюмінієвими і сталеалюмінієвими проводами при різних погодних умовах

Марка проводу	Допустимий струм плавлення (А) при швидкості вітру V і температурі  повітря J.
	V = 2 м/с при J, °С			V= 4 м/с при J,°С
	-1	-5	-10	-1	-5	-10
А25	254	260	266	295	305	313
А35	314	323	328.	368	374	384
А50	395	410	415	465	475	435
А70	485	497	501	572	584	600
АС25/4.2	247	252	258	290	297	304
АС35/6,2	336	342	352	398	405	415
АС50/8	398	406	416	465	476	490
АС70/11	496	510	521	580	583	610

 

Примітка. Наведені значення допустимих струмів визначені з урахуванням висоти опор при напрямку вітру до їх осі під кутом 45°.

Контроль за закінченням  процесу плавлення здійснюється по часу плавлення або візуально. Візуальне спостереження за станом плавлення ожеледі проводиться  на ділянках ПЛ з найбільшими розмірами відкладень.

Розрізняють такі схеми плавлення ожеледі ПЛ, що проходять у районах з інтенсивним ожеледеутворюванням:

1) на проводах струмом  навантаження;

2) на проводах і  грозозахисних тросах струмом  короткого замикання, штучно створюваним у мережі;

3) зустрічним вмиканням  фаз трансформаторів;

4) на проводах постійним  струмом від спеціального джерела;

5) накладанням постійного  струму в лінії змінного струму  на струм навантаження.

Застосування першої і наступної схеми обмежено можливостями енергосистем і схемою електричних мереж.

Друга схема передбачає пристрій штучного одно-, дво- або трифазного короткого замикання на лінії.

Третя схема потребує установлення спеціальних перетворювальних пристроїв і  виділення  джерела  живлення  (генераторів  або трансформаторів).

Вибір методу і схеми  плавлення визначається режимом  та умовами даної ПЛ (схема мережі, споживана потужність електроустановки, зона ожеледеутворення, можливість вимикання  ПЛ тощо).

Для плавлення ожеледі  струмами короткого замикання лінію від'єднують від нормальної схеми і приєднують до неї джерело електроенергії, яке має відповідну напругу і потужність (рис.4.2 а,б і рис.4.3).

Величини струму і  час, необхідний для плавлення на алюмінієвих і сталеалюмінієвих проводах при t = -5°С і швидкості вітру v = 5 м/с, наведено в табл.4.2.

 

Рис. 4.2. Схема плавлення ожеледі струмами короткого замикання:

а – к.з. в кінці  мережі; б - к.з. посередині мережі

Рис. 4.3. Схема плавлення ожеледі струмами короткого замикання методом "змійки"

Максимально допустима  величина струму не повинна перевищувати більш ніж в 1,4 разу тривало допустиме  навантаження на ПЛ, при якій температура  проводів не перевищує 70°С.

 

Рис. 4.4. Схема плавлення ожеледі із зустрічним вмиканням фаз трансформатора

Таблиця 4.2. Струми плавлення ожеледі та струми, що попереджують її утворення

Марка проводу	Струми  плавлення  ожеледі (А) при тривалості плавлення, хв						Струм, що попереджує утворення ожеледі, А
	30	40	60	80	100	120
А-16	156	143	129	122	117	114	81
А-25	205	187	168	158	151	147	101
А-35	255	232	208	194	186	180	119
А-50	321	292	261	244	232	224	144
А-70	396	361	321	298	285	275	171
А-95	483	438	388	361	344	331	202
А-120	555	499	441	410	390	375	224
АС-35	262	238	212	199	190	184	120
АС-50	330	300	267	249	237	229	144
АС-70	407	370	328	306	291	280	171
АС-95	497	450	398	370	352	338	202
АС-120	565	509	450	417	396	382	225
АС-150	657	596	525	485	462	445	257
АС-185	747	675	597	553	524	505	286
АС-240	863	780	690	640	606	583	328

Примітка. 1. Струми підраховані  для діаметра ожеледної муфти 5 см, температури повітря J = -5°С і швидкості повітря v = 5 м/с.

2. Струм, що запобігає  утворенню ожеледі, визначений  для швидкості вітру v= 0,5 м/с  і температури повітря J = -2°С.

Мінімальна величина струму, при якій може бути здійснене  плавлення ожеледі, орієнтовно становить не менш ніж 0,85 величини тривало допустимого навантаження на ПЛ.

Розрахунок струму і  вибір величини напруги джерела  електроенергії для плавлення ожеледі  робиться за формулою:

                                        (4.1)

або для схеми зустрічного  вмикання

                                        (4.2)

де, І - величина струму під  час плавлення ожеледі, А; U_ф - фазна напруга джерела електроенергії, до якого приєднана ПЛ, В; U_ф1 і U_ф2 - фазні напруги трансформаторів на кінцях ПЛ,В; l - довжина ПЛ, км; R - активний опір ПЛ, Ом/км; х_L - індуктивний опір, Ом/км.

Таблиця 4.3. Вибір напруги джерела живлення для схем плавлення ожеледі на сталеалюмінієвих проводах.

Напруга джерела живлення,кВ	Марка і переріз проводів, мм2	Протяжність ділянки  плавлення, км
6	АС50-АС120	8...18
10	АС50-АС150	12...29
35	АС50-АС185	35...100
110	АС70-АС240	100...291
150	АС120-АСОЗОО	120...337

Примітка. У табл. 4.3 наведено співвідношення між напругою джерела живлення для схеми плавлення ожеледі і можливими довжинами ділянок ПЛ, що вмикаються в схему плавлення ожеледі за методом трифазного короткого замикання (при J = -5°С  v = 5 м/с).