Исследование возможных сближений проводов сельских ВЛ 6-10 кВ при их маятниковых колебаниях под действием ветра
В.
Ю. КабашовБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Кабашов
В.
Ю. Исследование возможных сближений проводов сельских ВЛ 6-10 кВ при их маятниковых колебаниях под действием ветра // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2016. – Т. 15. – С.
1331–1335. – URL:
http://e-koncept.ru/2016/96184.htm.
Аннотация. В статье на основе экспериментальных исследований установлено, что расстояния между проводами при их максимальных сближениях уменьшаются с увеличением скорости ветра, разницы в стрелах провеса проводов, уменьшением длины пролета. Показано, что изменение направления ветра к оси пролета в пределах 40…90° практически не влияет на величину взаимных сближений проводов, а при углах менее 40° вызывает их существенное уменьшение. Установлено, что гололедные отложения на проводах размерами более 20 мм при скорости ветра 12 м/с приводят к уменьшению расстояний между проводами на 25…32%. Предложены мероприятия по ограничению сближения проводов ВЛ 6–10 кВ в условиях воздействия ветровых нагрузок.
Ключевые слова:
воздушная линия электропередачи, длина пролета, стрела провеса провода, ветер, маятниковые колебания, сближение проводов, гололедные отложения
Текст статьи
КабашовВладимир Юрьевич,доктор технических наук, доценткафедры безопасности жизнедеятельности и экологии ФГБОУ ВО ©Башкирскийгосударственный аграрный университетª, г. Уфа
Исследование возможных сближений проводов сельских ВЛ 6–10 кВпри их маятниковых колебаниях под воздействием ветра
Аннотация.В статье на основе экспериментальных исследований установлено, что расстояния между проводами при их максимальных сближениях уменьшаются с увеличением скорости ветра, разницы в стрелах провеса проводов, уменьшением длины пролета. Показано, что изменение направления ветра к оси пролета в пределах 40…90° практически не влияет на величину взаимных сближений проводов, а при углах менее 40° вызывает их существенное уменьшение. Установлено, что гололедные отложения на проводах размерами более 20 мм при скорости ветра 12 м/с приводят к уменьшению расстояний между проводами на 25…32%.Предложены мероприятия по ограничению сближения проводов ВЛ 6–10 кВ в условиях воздействия ветровых нагрузок.Ключевые слова:воздушная линия электропередачи, длина пролета, стрела провеса провода, ветер, маятниковые колебания, сближение проводов, гололедные отложения.
Современное высокомеханизированное и электрифицированное сельское хозяйство предъявляет повышенные требования к надежности и бесперебойности электроснабжения. Недоотпуск электроэнергии, перерывы в электроснабжении предприятий агропромышленного комплекса влекут за собой как прямой экономический ущерб, связанный с его восстановлением, так и технологический, обусловленный порчей сельхозпродукции. Электроснабжающие организации при этом также терпят убытки изза неоплаты недоотпущенной электроэнергии. Следовательно, потребитель и производитель электроэнергии являются заинтересованными сторонами в повышении надежности электроснабжения.Надежность электроснабжения сельскохозяйственных потребителей непосредственно связана с аварийными отключениями распределительных сетей, наибольшее число которых приходится на воздушные линии электропередачи напряжением 6–10 кВ (ВЛ 6–10 кВ) при воздействии ветровых и гололедноветровых нагрузок. Так, в 2004 г. изза воздействия ветровых нагрузок, образования на проводах гололеда, налипания мокрого снега были отключены 18 линий напряжением 6–10 кВ вЛуганской, 42 линии в Псковской, 47 линий в Волгоградской областях; по данным ОАО ©Комиэнергоª было повреждено 100 км ВЛ 10 кВ в Койгородском районе. Врезультате массовых аварийных отключений ВЛ 6–10кВ в условиях воздействия сильного ветра было нарушено электроснабжение 35 населенных пунктов во Владимирской, 64 населенных пунктов в Рязанской, 135 населенных пунктов в Донецкой областях, 1 тыс. 198населенных пунктов в девяти областях Украины. В марте 2005 г. снегопад с сильным ветром, обрушившийся на Херсонскую область, привел к массовым обрывам проводов ВЛ 10 кВ, отключились 596 подстанций, более 100сел остались без электричества.В процессе эксплуатации сельских ВЛ 6–10 кВ раскачивания проводов под действием порывистого ветра вызывают при определенных условиях их взаимные сближения на опасные в изоляционномотношении расстояния и схлестывания. При этом токи короткого замыкания ведут к пережогу и обрыву проводов в пролетах воздушных линий электропередачи, что приводит к нарушению электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. Однако до настоящего временихарактер и параметры взаимных перемещений проводов малых сечений при их несинхронныхраскачиванияпод действием ветрамалоизучены и не учитываются при выборе расстояний между проводами по условиям их сближения в пролете ВЛ 6–10кВ.
В Башкирской энергосистеме аварийные отключения ВЛ 6–10 кВ изза обрывов и схлестываний проводов составляют соответственно 24,9 и 17%[1].Высокая повреждаемость сельских ВЛ 6–10 кВ по сравнению с ВЛ 35 кВ и выше объясняется их конструктивными особенностями: короткие пролеты, малые сечения проводов и стрелы их провеса, незначительные межфазные расстояния между проводами, малая крутильная жесткость проводов, большая разрегулировка их стрел провеса в пролете, возникающая в процессе эксплуатации[2].Многочисленные наблюдения на действующих ВЛ 6–10 кВ показали, что несинхронные колебания проводов, вызывающие их опасные сближения, часто наблюдаются в пролетах с разрегулировкой их стрел провеса, которая возникает изза недостаточной прочности крепления провода к изолятору, неидентичности вытяжки от гололедноизморозевых отложений. При ослабленном креплении разница в гололедноветровых нагрузках на провода соседних пролетов (например, при неравных длинах, неравномерности покрытия проводов гололедом и т.д.) приводит к перемещению (проскальзыванию) провода через крепление и его удлинению в одном из смежных пролетов[3, 4]. Для линий этого класса напряжений, имеющих в отличие от ВЛ 35 кВ и выше короткие пролеты и малые стрелы провеса проводов, даже небольшая разница в длинах фазных проводов ведет к значительной разрегулировке их стрел провеса.В работе [5] показано, что при одинаковом удлинении провода относительная разрегулировка резко увеличивается с уменьшением длины пролета. Расчеты показали, что при 0,02 м коэффициент разрегулировки стрел провеса проводов в пролете длиной 60 м в 5,71 раза больше, чем в пролете длиной 100 м и в 10,53 раза –в пролете 120 м[6]. Этим объясняется высокая подверженность ВЛ 6–10 кВ с пролетами 40…60 м опасным сближениям и схлестываниям проводов при воздействии ветра. Полученный нами вывод подтверждается результатами анализа аварийных отключений ВЛ 10 кВ ряда сетевых районов Целиноградского и Петропавловского предприятий электрических сетей на территории Северного Казахстана[7]. Так, количество отключений на 100 км линий в год, вызванных обрывами проводов, а также изза опасных сближений и схлестываний проводов составляет соответственно 0,87 и 1,5 в пролетах длиной 90…100 м; 2,34 и 2,2 в пролетах 70…80 м и 5,97 и 6,05 в пролетах длиной до 60 м.Проведенные нами исследования [8,9] показали, что опасные сближения и схлестывания проводов при эксплуатации ВЛ 6–10 кВ возникают в пролетах с относительнойразрегулировкойстрел провеса 0,2…0,6.При этом изменение частоты маятниковых колебаний проводов составляет 9…21%, а логарифмического декремента внутреннего трения –7,8…23,4%, что существенно усиливает несинхронность их маятниковых колебаний при воздействии ветра.С учетом сложного характера взаимодействия нестационарного ветрового потока с проводами малых сечений основой для оценки их возможных сближений могут служить результаты экспериментальных исследований, проведенных непосредственно в натурных пролетах ВЛ 6–10 кВ.В связи с этим на комплексе экспериментальных линий 10 кВ [10],расположенном на территории БелебеевскоБугульминской возвышенности (РеспубликаБашкортостан), отнесенной к особому району по гололеду и IIIпо ветру в течение десяти лет проводились измерения максимальных сближений проводов при разных скоростях и направлениях ветра, коэффициентах разрегулировки стрел провеса проводов, длинах пролета, размерах гололедных и гололедноизморозевых отложений на проводах.Измерения проводились в середине пролета с помощью специально разработанного для этих целейустройства [11]. Предложенная конструкция удобна в эксплуатации, так как позволяет производить необходимые измерения и настройку прибора непосредственно на земле, без подъема персонала на высоту подвеса проводов, где устанавливается само устройство. Траверсы, установленные на опорах, снабжены натяжными устройствами для изменения величины стрел провеса проводов в пролете.Для измерения скорости и направления ветра использовались анемометры МС13, М 61, флюгер Вильда. Длина экспериментального пролета составляла 50 м, расстояние между проводами по горизонтали –1,2 м, стрела провеса проводов –
0,7 м. Марка провода –АС50/8,0. Измерения были выполнены при скоростях ветра от 4 до 22 м/с и разных коэффициентах разрегулировки стрел провеса проводов : 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5.Анализ результатов измерений показывает, что максимальные сближения проводов в зависимости от скорости ветра характеризуются довольно значительным разбросом. Тем не менее, общая тенденция увеличения сближения проводовс ростом скорости ветра проявляется достаточно четко. Наблюдающийся разброс опытных данных объясняется случайным характером ветрового воздействия и не дает основания для установления жесткой связи между исследуемыми величинами. Повидимому, более целесообразно полученные результаты измерений представлять в виде ограниченной области значений возможных сближений проводов при разных уровнях скорости ветра. Путем обработки опытных данных получены уравнения регрессии для верхней и нижней границ области возможных расстояний между проводами при их максимальных сближениях под действием ветра со скоростью :
(при)и (при).
Для определения влияния коэффициента разрегулировки стрел провеса проводов средние значения полученных опытных данных сведены в таблицу1. Таблица 1 Минимальные расстояния между проводами приразных коэффициентах разрегулировки их стрел провеса
Коэффициент разрегулировки стрел провесапроводовМинимальные расстояния между проводами (м) при скоростях ветра, м/с810121416180,11,121,061,010,980,940,870,21,071,010,930,870,820,730,31,020,960,840,760,670,62
Анализ таблицы 1 показывает, что увеличение коэффициента разрегулировки стрел провеса на 0,1 вызывает уменьшение расстояния между проводами на 0,05…0,15 м. Дальнейшее увеличение коэффициента разрегулировки на 0,1 (с 0,3 до 0,4; с 0,4 до 0,5) приводит к уменьшению расстояний в этих же пределах.Были выполнены исследования влияния на перемещения проводов направления ветра. Для этого данные наблюдений группировались по различным направлениям скорости ветра к оси пролета: 20…40°, 40…60°, 60…80°, 80…100°.В диапазоне углов 40…90° максимальные перемещения проводов отличаются незначительно (0,04…0,06 м), т.е. изменение направления ветра в этих пределах практически не влияет на величину перемещений и расстояния между проводами при их колебаниях под действием ветра. При углах менее 40° величина перемещения проводов резкоснижается (при скорости ветра 18…20 м/с величина сближения не превышает 0,23 м) и возникновение опасных сближений проводов при таких направлениях ветра исключается.С цельюоценки влияния длины пролета на перемещение проводов экспериментальные исследования проводились в пролетах длиной 50, 75 и 100 м. Угол между направлением ветра и осью пролета составлял 9025○, коэффициент разрегулировки стрел провесапроводов –0,2. Результаты измерений представлены в таблице 2.
Таблица 2
Минимальные расстояния между проводами в пролетах разной длины
Скорость ветра, м/сМинимальные расстояния между проводами (м) в пролетах длиной, м50751006,51,081,091,107,21,071,081,098,01,061,071,089,21,031,051,0610,01,011,031,0511,20,960,991,0212,50,930,961,0014,00,870,920,9815,20,830,890,9516,50,770,850,9317,40,740,820,9118,50,690,780,88
Анализ таблицы 2 показывает, что с уменьшением длины пролета расстояния между проводами при их максимальных сближениях снижаются. Чем выше скорость ветра, тем более существенным оказывается влияние длины пролета. При скоростях ветра 16,5…18,5 м/с расстояния между проводами в пролете длиной 50 м в 1,21…1,28 раза ниже, чем в пролете 100 м.Проведенные исследования показали, что провода, применяемые на сельских ВЛ 6–10 кВ, обладают малой крутильной жесткостью. При углах закручивания более 90…100наблюдается их зависимость от стрелы провеса провода [12]. В пролете с разными стрелами провеса, ввиду различного закручивания проводов в процессе гололедообразования, отложения гололеда будут неидентичными по форме, размерам и массе. С уменьшением стрелы провеса (увеличением тяжения) провода размеры и погонная масса гололеда уменьшаются. При относительном коэффициенте разрегулировки стрел провеса проводов в пределах 0,28…0,37 погонная масса гололедных отложений отличается на 17,2…21,1 % соответственно. В работе [13] показано, что масса и размеры эксцентричных гололедных отложений влияют на частоту маятниковых колебаний проводов. Поэтому неидентичность или неравномерность покрытия гололедом фазных проводов в пролетах с разрегулировкой их стрел провеса, возникающей в процессе эксплуатации, будет усиливать несинхронность их взаимных перемещений при ветре и уменьшать расстояния между проводами при их взаимных сближениях.Для подтверждения полученных результатов исследований были выполнены измерения сближений проводов, покрытых отложениями разного вида и разных размеров (включая сложные отложения в результате наслоения гололеда и изморози друг на друга) при их маятниковых колебаниях под действием ветра.Формы и размеры гололедных отложений на проводахв пролете были определены при помощи специально разработанного устройства, позволяющего копировать в плоскости спиливания поперечное сечение гололедных отложений в натуральную величину [14]. Опыты проводились в пролете длиной 50 м, при расстоянии между проводами 1,2 м, коэффициенте разрегулировки стрел провеса проводов 0,2…0,3.Замеры проводились при направлениях ветра под углом 90º к оси пролета, при этом скорость ветра составляла 6…16 м/с. Величины сближений проводов, покрытых отложениями, сравнивались с величинами сближений чистых (без отложений) проводов при одинаковых значениях скорости и направления ветра.Анализ полученных данных показал, что гололедноизморозевые отложения размерами более 20 мм приводят к существенному уменьшению расстояний между проводами: при скорости ветра 12 м/с гололедноизморозевые отложения с размерами 60×42 мм уменьшают расстояния между проводами на 25%, а с размерами 80×54 мм –на 32%.Результаты экспериментальных исследований могут быть использованы при проектировании ВЛ 10 кВ для повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей путем обоснованного выбора горизонтальных расстояний между проводами, исключающих их опасные сближения в пролете при воздействии ветра.Для предотвращения опасных сближений и схлестыванийпроводов на действующих ВЛ 6–10 кВ разработанряд устройств:провод новой конструкции с повышенной аэродинамической устойчивостью в условиях воздействия гололедноветровых нагрузок [15], гаситель маятниковых колебаний проводов [16], междуфазовыеизолирующиераспорки, которыеодновременно с ограничением сближений проводов позволяют демпфировать их низкочастотные колебания [17, 18]. Разработанные устройства внедрены в электросетевых предприятиях энергосистем ©Башкирэнергоª, ©АлмаАтаэнергоª, ©Запказэнергоª, ©Карагандаэнергоª, на Калушском ПО ©Хлорвинилª(ИваноФранковская обл., Украина), в Тургайском бокситовом рудоуправлении(г. Аркалык, Казахстан)и трех предприятиях Министерства гражданской авиации (Бориспольский, Краснодарский объединенные авиаотряды, аэропорт ©Ташкентª).
Ссылки на источники
1. Усманов,Ф.Х. Анализ отключений сельских ВЛ 6–10 кВ / Ф.Х. Усманов, В.Ю. Кабашов, В.А. Максимов // Электрические станции. –1980. –№8. –С. 56–58.2. Кабашов,В.Ю. Повышение надежности сельских воздушных линий 6–10 кВ в условиях воздействияветровых нагрузок: монография / В.Ю. Кабашов. –Уфа: Издво ©Здравоохранение Башкортостанаª, 2009. –140 с.3. Кабашов, В.Ю. Совершенствование конструкции крепления проводов к штыревым изоляторам на сельских ВЛ 6–10 кВ/ В.Ю. Кабашов, Ф.Х. Усманов // Энергетик. –2006. –№ 3. –С. 25–26. 4. Кабашов, В. Ю. Повышение надежности крепления провода к штыревому изолятору на ВЛ 6–10 кВ / В. Ю. Кабашов // Электрификация сельского хозяйства : межвузовский научный сборник / Башкирский ГАУ. –Уфа, 2008. –Вып. 5. –С. 29–32.5. Усманов,Ф.Х. О схлестывании проводов сельских линий 6–10 кВ / Ф.Х. Усманов, В.Ю. Кабашов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. –1981. –№ 6. –С. 31–32.6. Кабашов,В.Ю. Влияние параметров пролета на аварийные отключения сельских ВЛ 6–10 кВ при воздействии ветра / В.Ю. Кабашов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. –2014. –№4, Т.10.–С. 52–57.7. Майзель,С.Я. Аварийность сельских сетей 10 кВ в зависимости от длины пролета в условиях Северного Казахстана / С.Я. Майзель, Ю.З. Венедиктов // Электрификация сельского хозяйства Северного Казахстана. –Целиноград, 1974. –С. 51–57.8. Усманов,Ф.Х. О расстоянии между фазными проводами сельских ВЛ 10 кВ / Ф.Х. Усманов, М.Т. Сулейманов, В.Ю. Кабашов // Энергетик. –1989. –
№ 6. –С. 22–23.9. Кабашов,В.Ю. Исследование условий возможного схлестывания проводов сельских ВЛ 6–10 кВ / В.Ю. Кабашов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. –2013. –№ 2, Т. 9. –С. 9–12.10. Кабашов,В.Ю. Защита сельских воздушных линий электропередачи 6–10 кВ от низкочастотных колебаний проводов при гололедноветровых нагрузках: монография / В.Ю. Кабашов. –Уфа: Издво ©Здравоохранение Башкортостанаª, 2010. –168 с. 11. А. с. 834386 СССР, МКИ3G01В5/10. Устройство для измерения сближения проводов при ветре / В.Ю. Кабашов, Р.З. Шайхитдинов (СССР). –№ 2815621/25–28; заявл. 07.09.79; опубл. 30.05.81, Бюл. № 20.12. Кабашов, В.Ю. Экспериментальные исследования крутильных деформаций проводов малых сечений при гололеде / В.Ю. Кабашов, И.В. Вавилова, П.А. Грахов // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. –2013. –№ 2 (26). –С. 79–82.13. Кабашов, В.Ю. Исследование маятниковых колебаний проводов, покрытых гололедными отложениями, при воздействии ветра / В.Ю. Кабашов, М.З. Нафиков // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. –2015. –№ 1. –
С. 79–82.14. Кабашов,В.Ю. Определение формы и размеров гололедных отложений на проводах воздушных линий электропередачи / В.Ю. Кабашов // Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК: материалы всероссийской научнопрактической конференции (35 марта 2009 г.). Часть 1. –Уфа: ФГОУ ВПО ©Башкирский ГАУª, 2009. –С. 261–262.15. Кабашов, В.Ю. Испытание средств защиты от пляски проводов ВЛ 6–10 кВ / В.Ю. Кабашов, Ф.Х. Усманов // Электрические станции. –
2005. –№ 9. –С. 33–36. 16. Кабашов, В. Ю. Предотвращение опасных сближений проводов сельских ВЛ 6–10 кВ / В. Ю. Кабашов, М. З. Нафиков // Механизация и электрификация сельского хозяйства. –1989. –№ 1. –С. 41–42.17. А. с. 982127 СССР, МКИ3Н02G7/12. Распорка для проводов воздушных линий электропередачи / В.Ю. Кабашов (СССР). –№ 3247699/24–07; заявл. 16.02.81; опубл. 15.12.82, Бюл. № 46.18. Кабашов, В.Ю. Защита сельских ВЛ 6–10 кВ от схлестывания проводов при воздействии ветра и гололеда / В.Ю. Кабашов, Ю.Ж. Байрамгулов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. –2009. –№ 8. –С. 16–17.
Исследование возможных сближений проводов сельских ВЛ 6–10 кВпри их маятниковых колебаниях под воздействием ветра
Аннотация.В статье на основе экспериментальных исследований установлено, что расстояния между проводами при их максимальных сближениях уменьшаются с увеличением скорости ветра, разницы в стрелах провеса проводов, уменьшением длины пролета. Показано, что изменение направления ветра к оси пролета в пределах 40…90° практически не влияет на величину взаимных сближений проводов, а при углах менее 40° вызывает их существенное уменьшение. Установлено, что гололедные отложения на проводах размерами более 20 мм при скорости ветра 12 м/с приводят к уменьшению расстояний между проводами на 25…32%.Предложены мероприятия по ограничению сближения проводов ВЛ 6–10 кВ в условиях воздействия ветровых нагрузок.Ключевые слова:воздушная линия электропередачи, длина пролета, стрела провеса провода, ветер, маятниковые колебания, сближение проводов, гололедные отложения.
Современное высокомеханизированное и электрифицированное сельское хозяйство предъявляет повышенные требования к надежности и бесперебойности электроснабжения. Недоотпуск электроэнергии, перерывы в электроснабжении предприятий агропромышленного комплекса влекут за собой как прямой экономический ущерб, связанный с его восстановлением, так и технологический, обусловленный порчей сельхозпродукции. Электроснабжающие организации при этом также терпят убытки изза неоплаты недоотпущенной электроэнергии. Следовательно, потребитель и производитель электроэнергии являются заинтересованными сторонами в повышении надежности электроснабжения.Надежность электроснабжения сельскохозяйственных потребителей непосредственно связана с аварийными отключениями распределительных сетей, наибольшее число которых приходится на воздушные линии электропередачи напряжением 6–10 кВ (ВЛ 6–10 кВ) при воздействии ветровых и гололедноветровых нагрузок. Так, в 2004 г. изза воздействия ветровых нагрузок, образования на проводах гололеда, налипания мокрого снега были отключены 18 линий напряжением 6–10 кВ вЛуганской, 42 линии в Псковской, 47 линий в Волгоградской областях; по данным ОАО ©Комиэнергоª было повреждено 100 км ВЛ 10 кВ в Койгородском районе. Врезультате массовых аварийных отключений ВЛ 6–10кВ в условиях воздействия сильного ветра было нарушено электроснабжение 35 населенных пунктов во Владимирской, 64 населенных пунктов в Рязанской, 135 населенных пунктов в Донецкой областях, 1 тыс. 198населенных пунктов в девяти областях Украины. В марте 2005 г. снегопад с сильным ветром, обрушившийся на Херсонскую область, привел к массовым обрывам проводов ВЛ 10 кВ, отключились 596 подстанций, более 100сел остались без электричества.В процессе эксплуатации сельских ВЛ 6–10 кВ раскачивания проводов под действием порывистого ветра вызывают при определенных условиях их взаимные сближения на опасные в изоляционномотношении расстояния и схлестывания. При этом токи короткого замыкания ведут к пережогу и обрыву проводов в пролетах воздушных линий электропередачи, что приводит к нарушению электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. Однако до настоящего временихарактер и параметры взаимных перемещений проводов малых сечений при их несинхронныхраскачиванияпод действием ветрамалоизучены и не учитываются при выборе расстояний между проводами по условиям их сближения в пролете ВЛ 6–10кВ.
В Башкирской энергосистеме аварийные отключения ВЛ 6–10 кВ изза обрывов и схлестываний проводов составляют соответственно 24,9 и 17%[1].Высокая повреждаемость сельских ВЛ 6–10 кВ по сравнению с ВЛ 35 кВ и выше объясняется их конструктивными особенностями: короткие пролеты, малые сечения проводов и стрелы их провеса, незначительные межфазные расстояния между проводами, малая крутильная жесткость проводов, большая разрегулировка их стрел провеса в пролете, возникающая в процессе эксплуатации[2].Многочисленные наблюдения на действующих ВЛ 6–10 кВ показали, что несинхронные колебания проводов, вызывающие их опасные сближения, часто наблюдаются в пролетах с разрегулировкой их стрел провеса, которая возникает изза недостаточной прочности крепления провода к изолятору, неидентичности вытяжки от гололедноизморозевых отложений. При ослабленном креплении разница в гололедноветровых нагрузках на провода соседних пролетов (например, при неравных длинах, неравномерности покрытия проводов гололедом и т.д.) приводит к перемещению (проскальзыванию) провода через крепление и его удлинению в одном из смежных пролетов[3, 4]. Для линий этого класса напряжений, имеющих в отличие от ВЛ 35 кВ и выше короткие пролеты и малые стрелы провеса проводов, даже небольшая разница в длинах фазных проводов ведет к значительной разрегулировке их стрел провеса.В работе [5] показано, что при одинаковом удлинении провода относительная разрегулировка резко увеличивается с уменьшением длины пролета. Расчеты показали, что при 0,02 м коэффициент разрегулировки стрел провеса проводов в пролете длиной 60 м в 5,71 раза больше, чем в пролете длиной 100 м и в 10,53 раза –в пролете 120 м[6]. Этим объясняется высокая подверженность ВЛ 6–10 кВ с пролетами 40…60 м опасным сближениям и схлестываниям проводов при воздействии ветра. Полученный нами вывод подтверждается результатами анализа аварийных отключений ВЛ 10 кВ ряда сетевых районов Целиноградского и Петропавловского предприятий электрических сетей на территории Северного Казахстана[7]. Так, количество отключений на 100 км линий в год, вызванных обрывами проводов, а также изза опасных сближений и схлестываний проводов составляет соответственно 0,87 и 1,5 в пролетах длиной 90…100 м; 2,34 и 2,2 в пролетах 70…80 м и 5,97 и 6,05 в пролетах длиной до 60 м.Проведенные нами исследования [8,9] показали, что опасные сближения и схлестывания проводов при эксплуатации ВЛ 6–10 кВ возникают в пролетах с относительнойразрегулировкойстрел провеса 0,2…0,6.При этом изменение частоты маятниковых колебаний проводов составляет 9…21%, а логарифмического декремента внутреннего трения –7,8…23,4%, что существенно усиливает несинхронность их маятниковых колебаний при воздействии ветра.С учетом сложного характера взаимодействия нестационарного ветрового потока с проводами малых сечений основой для оценки их возможных сближений могут служить результаты экспериментальных исследований, проведенных непосредственно в натурных пролетах ВЛ 6–10 кВ.В связи с этим на комплексе экспериментальных линий 10 кВ [10],расположенном на территории БелебеевскоБугульминской возвышенности (РеспубликаБашкортостан), отнесенной к особому району по гололеду и IIIпо ветру в течение десяти лет проводились измерения максимальных сближений проводов при разных скоростях и направлениях ветра, коэффициентах разрегулировки стрел провеса проводов, длинах пролета, размерах гололедных и гололедноизморозевых отложений на проводах.Измерения проводились в середине пролета с помощью специально разработанного для этих целейустройства [11]. Предложенная конструкция удобна в эксплуатации, так как позволяет производить необходимые измерения и настройку прибора непосредственно на земле, без подъема персонала на высоту подвеса проводов, где устанавливается само устройство. Траверсы, установленные на опорах, снабжены натяжными устройствами для изменения величины стрел провеса проводов в пролете.Для измерения скорости и направления ветра использовались анемометры МС13, М 61, флюгер Вильда. Длина экспериментального пролета составляла 50 м, расстояние между проводами по горизонтали –1,2 м, стрела провеса проводов –
0,7 м. Марка провода –АС50/8,0. Измерения были выполнены при скоростях ветра от 4 до 22 м/с и разных коэффициентах разрегулировки стрел провеса проводов : 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5.Анализ результатов измерений показывает, что максимальные сближения проводов в зависимости от скорости ветра характеризуются довольно значительным разбросом. Тем не менее, общая тенденция увеличения сближения проводовс ростом скорости ветра проявляется достаточно четко. Наблюдающийся разброс опытных данных объясняется случайным характером ветрового воздействия и не дает основания для установления жесткой связи между исследуемыми величинами. Повидимому, более целесообразно полученные результаты измерений представлять в виде ограниченной области значений возможных сближений проводов при разных уровнях скорости ветра. Путем обработки опытных данных получены уравнения регрессии для верхней и нижней границ области возможных расстояний между проводами при их максимальных сближениях под действием ветра со скоростью :
(при)и (при).
Для определения влияния коэффициента разрегулировки стрел провеса проводов средние значения полученных опытных данных сведены в таблицу1. Таблица 1 Минимальные расстояния между проводами приразных коэффициентах разрегулировки их стрел провеса
Коэффициент разрегулировки стрел провесапроводовМинимальные расстояния между проводами (м) при скоростях ветра, м/с810121416180,11,121,061,010,980,940,870,21,071,010,930,870,820,730,31,020,960,840,760,670,62
Анализ таблицы 1 показывает, что увеличение коэффициента разрегулировки стрел провеса на 0,1 вызывает уменьшение расстояния между проводами на 0,05…0,15 м. Дальнейшее увеличение коэффициента разрегулировки на 0,1 (с 0,3 до 0,4; с 0,4 до 0,5) приводит к уменьшению расстояний в этих же пределах.Были выполнены исследования влияния на перемещения проводов направления ветра. Для этого данные наблюдений группировались по различным направлениям скорости ветра к оси пролета: 20…40°, 40…60°, 60…80°, 80…100°.В диапазоне углов 40…90° максимальные перемещения проводов отличаются незначительно (0,04…0,06 м), т.е. изменение направления ветра в этих пределах практически не влияет на величину перемещений и расстояния между проводами при их колебаниях под действием ветра. При углах менее 40° величина перемещения проводов резкоснижается (при скорости ветра 18…20 м/с величина сближения не превышает 0,23 м) и возникновение опасных сближений проводов при таких направлениях ветра исключается.С цельюоценки влияния длины пролета на перемещение проводов экспериментальные исследования проводились в пролетах длиной 50, 75 и 100 м. Угол между направлением ветра и осью пролета составлял 9025○, коэффициент разрегулировки стрел провесапроводов –0,2. Результаты измерений представлены в таблице 2.
Таблица 2
Минимальные расстояния между проводами в пролетах разной длины
Скорость ветра, м/сМинимальные расстояния между проводами (м) в пролетах длиной, м50751006,51,081,091,107,21,071,081,098,01,061,071,089,21,031,051,0610,01,011,031,0511,20,960,991,0212,50,930,961,0014,00,870,920,9815,20,830,890,9516,50,770,850,9317,40,740,820,9118,50,690,780,88
Анализ таблицы 2 показывает, что с уменьшением длины пролета расстояния между проводами при их максимальных сближениях снижаются. Чем выше скорость ветра, тем более существенным оказывается влияние длины пролета. При скоростях ветра 16,5…18,5 м/с расстояния между проводами в пролете длиной 50 м в 1,21…1,28 раза ниже, чем в пролете 100 м.Проведенные исследования показали, что провода, применяемые на сельских ВЛ 6–10 кВ, обладают малой крутильной жесткостью. При углах закручивания более 90…100наблюдается их зависимость от стрелы провеса провода [12]. В пролете с разными стрелами провеса, ввиду различного закручивания проводов в процессе гололедообразования, отложения гололеда будут неидентичными по форме, размерам и массе. С уменьшением стрелы провеса (увеличением тяжения) провода размеры и погонная масса гололеда уменьшаются. При относительном коэффициенте разрегулировки стрел провеса проводов в пределах 0,28…0,37 погонная масса гололедных отложений отличается на 17,2…21,1 % соответственно. В работе [13] показано, что масса и размеры эксцентричных гололедных отложений влияют на частоту маятниковых колебаний проводов. Поэтому неидентичность или неравномерность покрытия гололедом фазных проводов в пролетах с разрегулировкой их стрел провеса, возникающей в процессе эксплуатации, будет усиливать несинхронность их взаимных перемещений при ветре и уменьшать расстояния между проводами при их взаимных сближениях.Для подтверждения полученных результатов исследований были выполнены измерения сближений проводов, покрытых отложениями разного вида и разных размеров (включая сложные отложения в результате наслоения гололеда и изморози друг на друга) при их маятниковых колебаниях под действием ветра.Формы и размеры гололедных отложений на проводахв пролете были определены при помощи специально разработанного устройства, позволяющего копировать в плоскости спиливания поперечное сечение гололедных отложений в натуральную величину [14]. Опыты проводились в пролете длиной 50 м, при расстоянии между проводами 1,2 м, коэффициенте разрегулировки стрел провеса проводов 0,2…0,3.Замеры проводились при направлениях ветра под углом 90º к оси пролета, при этом скорость ветра составляла 6…16 м/с. Величины сближений проводов, покрытых отложениями, сравнивались с величинами сближений чистых (без отложений) проводов при одинаковых значениях скорости и направления ветра.Анализ полученных данных показал, что гололедноизморозевые отложения размерами более 20 мм приводят к существенному уменьшению расстояний между проводами: при скорости ветра 12 м/с гололедноизморозевые отложения с размерами 60×42 мм уменьшают расстояния между проводами на 25%, а с размерами 80×54 мм –на 32%.Результаты экспериментальных исследований могут быть использованы при проектировании ВЛ 10 кВ для повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей путем обоснованного выбора горизонтальных расстояний между проводами, исключающих их опасные сближения в пролете при воздействии ветра.Для предотвращения опасных сближений и схлестыванийпроводов на действующих ВЛ 6–10 кВ разработанряд устройств:провод новой конструкции с повышенной аэродинамической устойчивостью в условиях воздействия гололедноветровых нагрузок [15], гаситель маятниковых колебаний проводов [16], междуфазовыеизолирующиераспорки, которыеодновременно с ограничением сближений проводов позволяют демпфировать их низкочастотные колебания [17, 18]. Разработанные устройства внедрены в электросетевых предприятиях энергосистем ©Башкирэнергоª, ©АлмаАтаэнергоª, ©Запказэнергоª, ©Карагандаэнергоª, на Калушском ПО ©Хлорвинилª(ИваноФранковская обл., Украина), в Тургайском бокситовом рудоуправлении(г. Аркалык, Казахстан)и трех предприятиях Министерства гражданской авиации (Бориспольский, Краснодарский объединенные авиаотряды, аэропорт ©Ташкентª).
Ссылки на источники
1. Усманов,Ф.Х. Анализ отключений сельских ВЛ 6–10 кВ / Ф.Х. Усманов, В.Ю. Кабашов, В.А. Максимов // Электрические станции. –1980. –№8. –С. 56–58.2. Кабашов,В.Ю. Повышение надежности сельских воздушных линий 6–10 кВ в условиях воздействияветровых нагрузок: монография / В.Ю. Кабашов. –Уфа: Издво ©Здравоохранение Башкортостанаª, 2009. –140 с.3. Кабашов, В.Ю. Совершенствование конструкции крепления проводов к штыревым изоляторам на сельских ВЛ 6–10 кВ/ В.Ю. Кабашов, Ф.Х. Усманов // Энергетик. –2006. –№ 3. –С. 25–26. 4. Кабашов, В. Ю. Повышение надежности крепления провода к штыревому изолятору на ВЛ 6–10 кВ / В. Ю. Кабашов // Электрификация сельского хозяйства : межвузовский научный сборник / Башкирский ГАУ. –Уфа, 2008. –Вып. 5. –С. 29–32.5. Усманов,Ф.Х. О схлестывании проводов сельских линий 6–10 кВ / Ф.Х. Усманов, В.Ю. Кабашов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. –1981. –№ 6. –С. 31–32.6. Кабашов,В.Ю. Влияние параметров пролета на аварийные отключения сельских ВЛ 6–10 кВ при воздействии ветра / В.Ю. Кабашов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. –2014. –№4, Т.10.–С. 52–57.7. Майзель,С.Я. Аварийность сельских сетей 10 кВ в зависимости от длины пролета в условиях Северного Казахстана / С.Я. Майзель, Ю.З. Венедиктов // Электрификация сельского хозяйства Северного Казахстана. –Целиноград, 1974. –С. 51–57.8. Усманов,Ф.Х. О расстоянии между фазными проводами сельских ВЛ 10 кВ / Ф.Х. Усманов, М.Т. Сулейманов, В.Ю. Кабашов // Энергетик. –1989. –
№ 6. –С. 22–23.9. Кабашов,В.Ю. Исследование условий возможного схлестывания проводов сельских ВЛ 6–10 кВ / В.Ю. Кабашов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. –2013. –№ 2, Т. 9. –С. 9–12.10. Кабашов,В.Ю. Защита сельских воздушных линий электропередачи 6–10 кВ от низкочастотных колебаний проводов при гололедноветровых нагрузках: монография / В.Ю. Кабашов. –Уфа: Издво ©Здравоохранение Башкортостанаª, 2010. –168 с. 11. А. с. 834386 СССР, МКИ3G01В5/10. Устройство для измерения сближения проводов при ветре / В.Ю. Кабашов, Р.З. Шайхитдинов (СССР). –№ 2815621/25–28; заявл. 07.09.79; опубл. 30.05.81, Бюл. № 20.12. Кабашов, В.Ю. Экспериментальные исследования крутильных деформаций проводов малых сечений при гололеде / В.Ю. Кабашов, И.В. Вавилова, П.А. Грахов // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. –2013. –№ 2 (26). –С. 79–82.13. Кабашов, В.Ю. Исследование маятниковых колебаний проводов, покрытых гололедными отложениями, при воздействии ветра / В.Ю. Кабашов, М.З. Нафиков // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. –2015. –№ 1. –
С. 79–82.14. Кабашов,В.Ю. Определение формы и размеров гололедных отложений на проводах воздушных линий электропередачи / В.Ю. Кабашов // Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК: материалы всероссийской научнопрактической конференции (35 марта 2009 г.). Часть 1. –Уфа: ФГОУ ВПО ©Башкирский ГАУª, 2009. –С. 261–262.15. Кабашов, В.Ю. Испытание средств защиты от пляски проводов ВЛ 6–10 кВ / В.Ю. Кабашов, Ф.Х. Усманов // Электрические станции. –
2005. –№ 9. –С. 33–36. 16. Кабашов, В. Ю. Предотвращение опасных сближений проводов сельских ВЛ 6–10 кВ / В. Ю. Кабашов, М. З. Нафиков // Механизация и электрификация сельского хозяйства. –1989. –№ 1. –С. 41–42.17. А. с. 982127 СССР, МКИ3Н02G7/12. Распорка для проводов воздушных линий электропередачи / В.Ю. Кабашов (СССР). –№ 3247699/24–07; заявл. 16.02.81; опубл. 15.12.82, Бюл. № 46.18. Кабашов, В.Ю. Защита сельских ВЛ 6–10 кВ от схлестывания проводов при воздействии ветра и гололеда / В.Ю. Кабашов, Ю.Ж. Байрамгулов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. –2009. –№ 8. –С. 16–17.
