 |
ЛЭП 110 КВ С ЗАЩИЩЕННЫМИ ПРОВОДАМИ
СКАНДИНАВСКОЕ РЕШЕНИЕ
И. Ойала, Т. Лескинен, ИВО Пауэр Инжиниринг Лимитед
М. Лахтинен, ПАК Финниш Пауэр Грид
А. Хинкури, НК Кэйблз Лимитед
Финляндия
Перевод Дмитрия Шаманова, компания «Энсто», г. Москва
Защищенные провода используются в линиях электропередачи среднего напряжения стран Северной Европы уже более 20 лет. Опыт их эксплуатации положительный. Поэтому естественным шагом стало использование этого принципа конструкции и на высоковольтных линиях электропередачи.
Преимущества ВЛ с защищенными проводами – более компактные конструкции, менее мощное электромагнитное излучение и уменьшение числа отключений из-за схлестывания проводов. Кроме того, защищенными провода могут применяться при модернизации старых ЛЭП среднего напряжения в высоковольтные ЛЭП.
О технических аспектах ВЛ с защищенными проводами рассказывают финские авторы.
Рис. 1. Конструкция провода LMF SAX 355
1 - Скрученная уплотненная жила из алюминиевого сплава, защищенного от попадания воды специальным набухающим порошком;
2 - полупроводниковая набухающая лента, обернутая вокруг провода;
3 - экструдированный полупроводящий слой толщиной 1,5 мм;
4 - экструдированный триингостойкий изоляционный слой, изготовленный из сшитого полиэтилена толщиной 5,0 мм;
5 - оболочка из черного сшитого полиэтилена, предохраняющего от атмосферных воздействий и от пробоя, толщиной 1,5 мм.
Защищенные провода
Провода, используемые для сетей среднего напряжения, обычно изготовлены из алюминиевого сплава и покрыты изолирующим материалом толщиной приблизительно 2 мм, изготовленным из черного, устойчивого к атмосферным осадкам сшитого полиэтилена. При высоких напряжениях одного изолирующего слоя недостаточно, что потребовало разработки новых типов проводов.
Провод с низким уровнем электромагнитных помех типа LMF SAX применялся в первых линиях напряжением 110 кВ. Он был изготовлен из алюминиевого сплава и имел площадь поперечного сечения 355 мм2, в качестве изолирующего покрытия использовался тройной слой прессованного сшитого полиэтилена (конструкция провода приведена на рис.1). Выбор именно такой площади поперечного сечения был продиктован стремлением придать проводу те же электрические свойства, что и у наиболее распро-страненного провода типа Duck 305-A1/S1A-54/9, который используется в финских воздушных ЛЭП напряжением 110 кВ.
Технические характеристики провода LMF SAX 355 приведены в табл. 1.
Табл. 1. Технические характеристики провода LMF SAX 355
| Поперечное сечение | 355 мм2 |
| Сопротивление постоянному току при +20OС | 0,0949 Ом/км |
| Разрушающая нагрузка | 108 кН |
| Масса | 1730 кг/км |
| Диаметр | 39 мм |
Защищенные провода вносят некоторые отличия в общепринятые конструкции воздушных ЛЭП. В типовых конструкциях воздушных ЛЭП межфазное расстояние (расстояние между точками закрепления проводов в поддерживающем зажиме) требует сохранения среднего расстояния между поддерживающими зажимами в пределах некоего диапазона, заданного типовыми условиями. С этой целью межфазные расстояния в конструкциях обычных ЛЭП делаются чрезмерно большими с точки зрения электрической защиты. Применение защищенных проводов радикально изменяет эту ситуацию, хотя на сам зажим изоляция провода не оказывает никакого влияния, потому что зажимы находятся под полным напряжением линии.
На стадии проектирования опытной ЛЭП, о которой речь пойдет ниже, планировалось, что будут применяться традиционные изоляторы, арматура и роговые разрядники, что предполагает наличие должного уровня изоляции между фазой и землей.
Изоляция ВЛ
Расстояние между фазой и землей
Применялся типовой уровень изоляции между фазой и землей. Роговые разрядники ограничивают перенапряжение между фазой и землей до уровня 530 кВ.
Линия расположена на высоте около 40 м над уровнем моря, что потребовало применения в расчетах коэффициента поправки на высоту (Ka). Расстояние между фазой и землей для перенапряжения, составляющего 95% от уровня выдерживаемого напряжения, таким образом, определялось по формуле (1) согласно источнику [1]:
 | (1) |
Поправочный коэффициент (Kg) в формуле, равный 1,25, соответствует расстоянию между фазой и землей, равному 1,02 м.
Расстояние для заданного значения коммутационного перенапряжения рассчитывается по формуле (2) и дает результат 0,78 м. Однако следует понимать, что формула (2) применима только для расстояний свыше 2 м.
 | (2) |
Межфазное расстояние
Для проведения расчета межфазного расстояния требуется сделать следующие допущения:
- коэффициент зазора равен 1,2;
- отношение коммутационного перенапряжения между фазами к коммутационному перенапряжению между фазой и землей составляет 1,45;
- напряжение тока промышленной частоты между фазой и землей в момент переходного импульса находится в противоположной полярности.
При упомянутых допущениях требуемое межфазное расстояние для крутого фронта и пологого фронта импульсов составляет 1,23 м и 1,28 м соответственно. Поправочный коэффициент выбирается практически постоянным, расстояние слабо зависит от арматуры и качества обработки поверхности проводов.
Электрические испытания
В предыдущем разделе указывалось на важность поправочного коэффициента, являющегося экспериментально определяемой величиной. В этом случае конфигурация электродов является важным вопросом. Для разрешения этого вопроса было решено провести серию испытаний.
Ключевым экспериментом, очевидно, было бы испытание междуфазным коммутационным импульсом. Однако при проведении испытаний невозможно получить такие уровни напряжения одновременно для двух фаз, и поэтому было принято решение о проведении испытаний на включение напряжения промышленной частоты, подаваемого к фазовым напряжениям под правильными углами, чтобы одновременно изучить действие между фазами и между фазами и землей.
Испытательная установка состояла из одной верхней секции опоры, 20-метрового отрезка фазового провода и заземляющего провода. Расстояния на испытательной установке показаны на рис. 2.
Испытания на выдерживаемое напряжение производились при величине напряжения, линейно возрастающего со скоростью около 6 кВ/с вплоть до пробоя. Испытания проводились при следующих условиях: 1) установка была очищена и просушена; 2) установка была облита водой и искусственно загрязнена; 3) установка была чистой, но имитировался дождь. При условиях 2) и 3) был зафиксирован минимальный уровень выдерживаемого напряжения между фазами, равный 360 кВ (среднеквадратичное значение). Пробой между фазой и землей не был зафиксирован.
Поправочный коэффициент Kg может быть получен из формулы (3) по источнику [1]:
U50PF(x) = 750 • ln(1 + 0,55x1,2) • (1,35Kg – 0,35Kg2). (3)
При минимальном расстоянии в 1,3 м расчет дает Kg=1,10, что значительно ниже допускавшегося. По формуле (2) для UmaxSF и подразумевая коэффициент Kg=1,10, выдерживаемый уровень импульса межфазного напряжения получается приблизительно равным 390 кВ. Этот предельный уровень превышает требование, указанное в разделе «расстояние между фазой и землей» для импульса, возникающего при комутации.
Отношение межфазного выдерживаемого напряжения к выдерживаемому напряжению между фазой и землей в испытаниях было равно 1,73, а для комутационного импульса оно подразумевалось равным 1,45.
Поэтому некоторые испытания были проведены при повышенном (+19%) расстоянии между фазами, в целях соблюдения адекватного согласования между уровнями межфазного выдерживаемого напряжения и выдерживаемого напряжения между фазой и землей. Однако даже в этих испытаниях все случаи пробоя относились к пробоям между фазами.
С точки зрения рабочего применения предпочтительным считается допускать большую возможность пробоя между фазой и землей, нежели между фазами. Поэтому было принято решение на испытательной установке увеличить расстояние между точками крепления проводов до 1,9 м. Минимальное межфазное расстояние, наименьшее расстояние от подвесного устройства до концевого рогового разрядника, должно быть приближенно равно 1,55 м.
Коронный разряд
С точки зрения коронного разряда диаметр изолированного провода достаточно велик и обеспечивается устойчивость даже при самых малых межфазных расстояниях (1,35 м). Таким образом, коронный разряд не создает ограничений на выбор межфазного расстояния при напряжениях 110 кВ.
Рис. 2. Экспериментальная установка на базе верхней секции опоры ЛЭП
 | | Рис. 3. Основные типы опор:
а) с неизолированным,
б) с защищенным проводом а) б)
 |
Рис. 4. Поперечное сечение плотности магнитного поля
Экспериментальная линия Матакави – Сула
В 1995 г. неподалеку от Хельсинки было решено построить новую ЛЭП 110 кВ для подачи электроэнергии в промышленный район Сула. Эта линия должна была начинаться от существующей линии и иметь протяженность чуть менее 6 км.
Линия должна была пройти через густонаселенные районы. Изначально меры по охране окружающей среды играли большую роль при строительстве этой ВЛ. Особое внимание следовало уделить типам несущих опор, как по эстетическим причинам, так и по причине дефицита свободной территории.
ВЛ вступила в действие в апреле 1996 г. По сей день она служит безотказно, и случаев сбоев в электроснабжении зафиксировано не было.
Несущие опоры
Основной тип конструкции при строительстве опор этой линии – трубчатая конструкция в виде перевернутой буквы U (рис. 3) с вертикальным расположением фаз. Анкерные опоры снабжены оттяжками или имеют решетчатую конструкцию.
На рис. 3 показаны различия в конструкциях опор, использовавшихся для крепления голых проводов (слева) и защищенных проводов типа LMF SAX (справа). Несмотря на то, что высота, на которой находится самый низкий провод типа LMF SAX, на 1 метр выше, по причине меньшего натяжения провода (40 Н/мм2 против 45 Н/мм2 у голого провода) общая высота опоры для защищенного провода типа LMF SAX меньше.
Изоляторы и арматура
Для снижения дополнительных расходов, вызванных применением защищенных проводов, было принято решение в конструкции линии по возможности использовать обычную арматуру и изоляторы. Типовыми изоляторами являются изоляторы U 70 BL из закаленного стекла. Дефицит места привел к созданию V-образной конструкции устройств подвески.
Единственным изменением в конструкции стандартных изоляторов была разработка новых типов роговых разрядников. Это было вызвано небольшим расстоянием между проводами. Во-первых, разрядники не были включены в конструкцию для уменьшения воздушного зазора между фазами. Во-вторых, более короткое расстояние также вызывало повышенный градиент напряжения на дуговых устройствах, что привело бы к использованию более мощных разрядников.
Основным отходом от традиционной конструкции было применение на фермах подвесных зажимов с хомутами (зажимы AGS). Причиной такого решения было то, что использование зажимов AGS уменьшает натяжение защищенного провода. Кроме того, зажим может легко закрепляться на проводе без оголения последнего. Конструкция зажимов была испытана на соответствие требованию выдерживать короткое замыкание током 31,5 кА в течение 0,5 с.
На испытательной линии не устанавливались какие-либо гасители вибраций, поскольку предварительные оценки и измерения не требовали их установки. Однако, если бы такие устройства были сочтены необходимыми, их можно было бы без каких-либо трудностей установить в конце стержней зажимов AGS.
Магнитные поля
На рис. 4 показаны магнитные поля, вызванные линией с голыми (неизолированными) проводами и с проводами типа LMF SAX. Для сравнения на том же рисунке показаны также магнитные поля, создаваемые обычными финскими портальными линиями с горизонтальным расположением.
Даже если выгода от применения защищенных проводов не является ощутимой по сравнению с ВЛ с вертикальным расположением, величина снижения интенсивности магнитных полей тем не менее в нашем случае составляет почти 30%. Поскольку типовые конструкции расположения проводов сильно различаются в зависимости от страны применения, рекомендуется рассчитывать уменьшение интенсивности магнитных полей в каждом отдельном случае.
Монтаж
Монтаж защищенных проводов незначительно отличается от процедуры подвески неизолированных проводов. Требуют некоторые дополнительные действия, направленные на защиту провода. При выполнении этих работ использовалось оборудование, предназначенное для натяжения проводов, такое, как приспособление для вытягивания и натяжная лебедка, натяжные блоки и зажимы для плетеной проволоки, применяемые обычно для прокладки оптоволоконного кабеля.
Допустимая температура установки провода – 20OС и радиус изгиба 60 см не ограничивают действий по натяжению защищенного провода обычными средствами.
Особое внимание следует уделять заземлению провода перед натяжением и во время процедуры натяжения, особенно при работе вблизи других ЛЭП. Поскольку изолирующее покрытие создает опасность индуцированных напряжений, следует следить за тем, чтобы свободный конец провода постоянно находился в заземленном состоянии. Аналогичным образом при соединении проводов с гирляндами изоляторов, и в особенности при установке зажимов, следует учитывать, что в проводе может присутствовать наведенное (индуцированное) напряжение.
Стоимость работ
Сравнение стоимости работ по монтажу обычной линии на напряжение 110 кВ, использующей неизолированные провода, и линии с защищенными проводами, является далеко не простой задачей.
Следует иметь в виду, что ВЛ с защищенными проводами предназначены для густонаселенных районов, где стоимость любых работ выше, независимо от типа линии. Длина линии и зазоры между опорами должны быть как можно меньше, а сама ВЛ представляет собой ломаную линию с большим количеством углов. Поэтому сравнение стоимости следует производить только между линиями, проложенными в одинаковых, «густонаселенных» районах. Поскольку как неизолированные, так и защищенными провода использовались в испытательной (экспериментальной) линии, нам была предоставлена возможность сравнить стоимость с минимальными погрешностями.
Стоимость опор, их установки и прочих строительных работ незначительно отличалась из-за того, использовался неизолированный или защищенный провод. С другой стороны, стоимость установки защищенных проводов была выше примерно на 20%, чем стоимость установки неизолированных проводов, главным образом по причине использования зажимов AGS.
Естественно, что наибольший рост стоимости был вызван дополнительными материалами зажимов AGS и самим проводом, стоимость которого почти вдвое превосходила стоимость одинакового по длине неизолированного проводника. Все эти факторы привели к вполне естественному и объяснимому возрастанию стоимости одного километра линии примерно на 25%.
Этот прирост следует сравнить с выгодами, которые дает воздушная линия, являющаяся более приемлемой благодаря эстетичному внешнему виду и более низкому электромагнитному излучению.
Литература
1. Нормативный документ МЭК 71-2 (1996). Совместное использование изоляционных материалов. Часть 2. Руководство по применению.
| 
|
