Расчет ЛЭП с учетом климатических условий

Воздушной линией электропередачи выше 1 кВ называется устройство для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам и стойкам на инженерных сооружениях (мостах, путепроводах и т. п.).

Воздушные линии сооружаются в открытой местности и поэтому подвергаются различным атмосферным воздействиям, которые в зависимости от географического положения проявляются в той или иной степени и оказывают основное влияние на надежность работы линии. Поэтому для обеспечения надежной работы ВЛ необходимо обеспечивать ее защиту различными устройствами в зависимости от вида климатических воздействий.

На работу линий  влияют сочетания низких температур с наибольшими скоростями ветра, а так же температура, сопутствующая процессу гололедно-изморозевых образований.

Отложения  на проводах воздушных линий, вызванные атмосферными процессами, наблюдаются на большей части территории России. Однако виды и интенсивность их неодинаковы в разных районах, в большинстве  случаев наблюдается  только изморозь (часто легкая, кристаллическая), а гололед или смесь бывают незначительной толщины. Особенно сильные гололеды часто наблюдаются местами на Северном Кавказе, в Башкирии, в горной части Кольского полуострова, в Кузбассе, на севере и крайнем севере Урала и Дальнем Востоке. В горных районах вследствие разнообразия рельефа,  высотных отметок, наличия горных хребтов, открытых и закрытых от действия ветра склонов, долин и ущелий можно наблюдать различные виды отложений, разной интенсивности и размеров. Наиболее неблагоприятные условия создаются при расположении трассы воздушной линии на открытых вершинах горных хребтов, доступных ветру любого направления, а так же при расположении на наветренных склонах. Наиболее перспективными являются плавка гололеда и увеличение жесткости провода на кручение, которое осуществляется за счет подвески грузов ограничителей закручивания провода.

Плавка становится затруднительной на любых линиях, как показали расчеты ВНИИЭ, из-за большого перепада температур провода и наружного воздуха. Порывы ветра до 12-15 м/с могут сделать плавку невозможной. Плавка гололеда предварительным нагревом провода, с целью удаления его при малой толщине, хотя и дает положительный эффект, но затруднена в применении в практических условиях из отсутствия средств по оповещению о начале гололедообразования.

Идея снижения токовой нагрузки  удачно осуществляется за счет получения тонкой пленки льда на границе провод- гололед при одностороннем отложении гололеда, который при плавке под действием собственного веса должен падать. Расчеты ВНИИЭ и анализ полученных данных показали, что нагрев и плавление одностороннего гололеда являются самым эффективным способом удаления  гололеда. Практически всегда  в пределах нескольких секунд провод освобождается от гололеда около поддерживающих зажимов, где он имеет одностороннюю форму за счет повышенной жесткости на кручение, и лишь через несколько минут в средней части пролета, где гололед имеет цилиндрическую форму. Для удаления одностороннего гололеда с проводов ВЛ можно использовать сочетание  токов  к.з. с АПВ, что является нормальным режимом работы ВЛ. Удаление одностороннего гололеда, образованного грузами ограничителями закручивания провода, существенно повышает оперативность и эффективность борьбы с гололедными отложениями на проводах ВЛ и полностью предотвращает возможность возникновения аварий от атмосферных воздействий от возможных перегрузок.

Вторым опасным для воздушных линий явлением, возникающим при ветре и гололеде, связанным с колебательным процессом, является пляска проводов, которая обычно возникает при сочетании порывистого ветра с гололедом при скоростях ветра 5-20 м/с и направлении  под углом 30-90о к оси линии. В отличии от вибрации пляска характеризуется малой частотой, большой амплитудой колебания и большой длиной волны. На проводах  образуются стоячие волны, когда длина полуволны становится кратной длине пролета.

Пляска проводов приводит к их   схлестыванию и иногда пережиганию электрической дугой, а так же к схлестыванию проводов с тросом. При пляске возникают значительные динамические усилия в линейной арматуре и в траверсах опор, наблюдаются  повреждения проводов, линейной арматуры, изоляторов и самих опор. Последствия пляски проводов могут привести к выходу линии из работы на длительное время. Меры борьбы с пляской проводов могут быть направлены на ее ослабление или на уменьшение вероятности  схлестывания проводов.

 На основании мирового опыта  можно сделать следующие выводы:

·                   Создать способ, который гарантировал бы полное гашение и предотвращение пляски проводов при любых природных условиях воздействия ветра и гололеда невозможно.

·                   Создать гасители, ограничивающие пляску до безопасной величины, работающие на регулирование фазовых соотношений между крутильными и поступательными колебаниями, возможно и они оцениваются в мировой практике, как наиболее перспективные и готовые к практическому применению. Такими гасителями являются маятниковые гасители, которые нашли практическое применение в Канаде, США, Германии, Норвегии, Японии, Бельгии, Словакии, Исландии, Латвии, России и т.д. Маятниковый гаситель представляет собой груз на удлиненной консоли.

·                   Метод борьбы с пляской проводов за счет нарушения однородности  нарастания гололеда и  аэродинамической однородности за счет вращения провода и изменения его сечения по длине в настоящее время также считается наиболее перспективным и осуществляется как за счет установки грузов ограничителей закручивания провода, так и за счет, например, спиральных гасителей.

Вибрация проводов это периодические колебания проводов с большой частотой и малой амплитудой. Такие колебания обычно наблюдаются при слабом ветре (при скорости ветра от 0,5 до 7,0 м/с) и в основном при отсутствии гололеда. Вибрация возможна при отложении цилиндрической изморози и тогда она происходит с малой частотой и большой амплитудой (равной диаметру изморози). Такая вибрация очень часто наблюдается в  северных районах России и является наиболее опасной, так как обыкновенные гасители Стокбриджа не справляются с нею. Вибрация проводов при продолжительном действии приводит к усталостному разрушению проводов, арматуры, изоляторов и некоторых элементов опор.

 Для защиты  проводов от повреждений, вызываемых вибрацией, применяются различные средства: снижение натяжения в проводах, усиление проводов спиральной арматурой, изменение длины пролетов между распорками в расщепленных проводах. Но наиболее эффективным средством борьбы с вибрацией является применение гасителя вибрации Стокбриджа, который представляет собой отрезок многопроволочного тросика с укрепленным посередине зажимом и двумя грузами прикрепляемыми к тросику, с целью создания изгибающего момента в нем от динамических нагрузок.  Изменяя конфигурацию и размеры грузов, приближая их к форме груза на рычаге, можно придать гасителю вибрации свойства гасителя пляски и ограничителя гололедообразования и получить комплексное решение этих проблем. При установке гасителей с неравными расстояниями между ними будет обеспечено гашение пляски и  низкочастотной вибрации, возникающих  при отложении изморози на проводах.

1). При расчете ВЛ и их элементов должны учитываться  климатические условия - ветровое давление, толщина стенки гололеда, температура воздуха, степень агрессивного воздействия окружающей среды, интенсивность грозовой деятельности, пляска проводов и тросов, вибрация.

Определение расчетных условий по ветру и гололеду должно производиться на основании соответствующих карт климатического районирования территории РФ (рис.1 и 2) с уточнением при необходимости их параметров в сторону увеличения или уменьшения по региональным картам и материалам многолетних наблюдений гидрометеорологических станций и метеопостов за скоростью ветра, массой, размерами и видом гололедно-изморозевых отложений. В малоизученных районах  для этой цели могут организовываться специальные обследования и наблюдения.

При отсутствии региональных карт значения климатических параметров уточняются путем обработки соответствующих данных многолетних наблюдений согласно методическим указаниям (МУ) по расчету климатических нагрузок на ВЛ и построению региональных карт с повторяемостью 1 раз в 25 лет.

Основой для районирования по ветровому давлению служат значения максимальных скоростей ветра с 10-минутным интервалом осреднения скоростей на высоте 10 м с повторяемостью 1 раз в 25 лет. Районирование по гололеду производится по максимальной толщине стенки отложения гололеда цилиндрической формы при плотности 0,9 г/см3 на проводе диаметром 10 мм, расположенном на высоте 10 м над поверхностью земли, повторяемостью 1 раз в 25 лет.

Температура воздуха определяется на основании данных метеорологических станций с учетом положений строительных норм и правил и указаний настоящих Правил.

Интенсивность грозовой деятельности должна определяться по картам районирования территории РФ по числу грозовых часов в году (рис.3), региональным картам с уточнением при необходимости по данным метеостанций о среднегодовой продолжительности гроз.

Степень агрессивного воздействия окружающей среды определяется с учетом положений СНиПов и государственных стандартов, содержащих требования к применению элементов ВЛ,.

Определение районов по частоте повторяемости и интенсивности пляски проводов и тросов должно производиться по карте районирования территории РФ (рис.4) с уточнением по данным эксплуатации.

По частоте повторяемости и интенсивности пляски проводов и тросов территория РФ делится на районы с умеренной пляской проводов (частота повторяемости пляски 1 раз в 5 лет и менее) и с частой и интенсивной пляской проводов (частота повторяемости более 1 раза в 5 лет).

Рис 1. Карта районирования территории РФ по ветровому

давлению

Рис 2. Карта районирования территории РФ по толщине стенки гололеда

Рис 3. Карта районирования территории РФ по среднегодовой продолжительности гроз в часах

Рис 4.  Карта районирования территории РФ по пляске проводов

2). При определении климатических условий должно быть учтено влияние на интенсивность гололедообразования и на скорость ветра особенностей микрорельефа местности (небольшие холмы и котловины, высокие насыпи, овраги, балки и т. п.), а в горных районах - особенностей микро- и мезорельефа местности (гребни, склоны, платообразные участки, днища долин, межгорные долины и т. п.).

3). Значения максимальных ветровых давлений и толщин стенок гололеда для ВЛ определяются на высоте 10 м над поверхностью земли с повторяемостью 1 раз в 25 лет (нормативные значения).

4). Нормативное ветровое давление W0, соответствующее 10-минутному интервалу осреднения скорости ветра (ν0), на высоте 10 м над поверхностью земли принимается по табл. 1 в соответствии с картой районирования территории России по ветровому давлению (рис.1 ) или по региональным картам районирования.

Полученное при обработке метеоданных нормативное ветровое давление следует округлять до ближайшего большего значения, приведенного в табл.1

Ветровое давление W определяется по формуле, Па

Полученные значения применяются до высоты 15 м. Рекомендуется округлять их до ближайшего указанного в таблице значения.

Ветровое давление более 1500 Па должно округляться до ближайшего большего значения, кратного 250 Па.

Для ВЛ 110-750 кВ нормативное ветровое давление должно приниматься не менее 500 Па.

Для ВЛ, сооружаемых в труднодоступных местностях, ветровое давление рекомендуется принимать соответствующим району на один выше, чем принято для данного региона по региональным картам районирования или на основании обработки материалов многолетних наблюдений.

Таблица 1

Нормативное ветровое давление W0 на высоте 10 м над поверхностью земли

5). Для участков ВЛ, сооружаемых в условиях, способствующих резкому увеличению скоростей ветра (высокий берег большой реки, резко выделяющаяся над окружающей местностью возвышенность, гребневые зоны хребтов, межгорные долины, открытые для сильных ветров, прибрежная полоса морей и океанов, больших озер и водохранилищ в пределах 3-5 км), при отсутствии данных наблюдений нормативное ветровое давление следует увеличивать на 40 % по сравнению с принятым для данного района. Полученные значения следует округлять до ближайшего значения, указанного в табл.1.

6).  Нормативное ветровое давление при гололеде Wг с повторяемостью 1 раз в 25 лет определяется по формуле (1), по скорости ветра при гололеде νг. Скорость ветра νг принимается по региональному районированию ветровых нагрузок при гололеде или определяется по данным наблюдений согласно методическим указаниям по расчету климатических нагрузок. При отсутствии региональных карт и данных наблюдений Wг = 0,25 W0. Для ВЛ до 20 кВ нормативное ветровое давление при гололеде должно приниматься не менее 200 Па, для ВЛ 330-750 кВ - не менее 160 Па.

Нормативные ветровые давления (скорости ветра) при гололеде округляются до ближайших следующих значений, Па (м/с): 80 (11), 120 (14), 160 (16), 200 (18), 240 (20), 280 (21), 320 (23), 360 (24).

Значения более 360 Па должны округляться до ближайшего значения, кратного 40 Па.

7).  Ветровое давление на провода ВЛ определяется по высоте расположения приведенного центра тяжести всех проводов, на тросы - по высоте расположения центра тяжести тросов, на конструкции опор ВЛ - по высоте расположения средних точек зон, отсчитываемых от отметки поверхности земли в месте установки опоры. Высота каждой зоны должна быть не более 10 м.

Для различных высот расположения центра тяжести проводов, тросов, а также средних точек зон конструкции опор ВЛ ветровое давление определяется умножением его значения на коэффициент Kw, принимаемый по табл.2.

Полученные значения ветрового давления должны быть округлены до целого числа.

Для промежуточных высот значения коэффициентов Kw определяются линейной интерполяцией.

Высота расположения приведенного центра тяжести проводов или тросов  определяется для габаритного пролета по формуле (2а):

где  - средняя высота крепления провода к изоляторам или средняя высота крепления тросов на опоре, отсчитываемая от отметки земли в местах установки опор, м;  - стрела провеса провода или троса, условно принимаемая наибольшей (при высшей температуре или гололеде без ветра), м.

Для перехода, состоящего из одного пролета, высота расположения приведенного центра тяжести проводов или тросов определяется по формуле (2б):

,

где    - высота крепления тросов или средняя высота крепления проводов к изоляторам на опорах перехода, отсчитываемая от меженного уровня реки или нормального горизонта пролива, канала, водохранилища, м;  - наибольшая стрела провеса провода или троса перехода, м.

Для перехода, состоящего из нескольких пролетов, скоростной напор ветра на провода или тросы определяется для высоты , соответствующей средневзвешенному значению высот приведенных центров тяжести проводов или тросов во всех пролетах перехода и вычисляемой по формуле (2в):

Страницы: 1, 2