CC BY
13
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК / UDC 628.971.9+628.975]621.315.1
ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
ДЕЖУРНОГО ОСВЕЩЕНИЯ И СВЕТОВОЙ СТРОБОСКОПИЧЕСКОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ НА ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ УЧАСТКАХ ЛЭП 10 KB
THE JUSTIFICATION FOR COMPLEX PRACTICABILITY OF APPLYING EMERGENCY LIGHTING AND LIGHT STROBE ALARM ON POTENTIALLY DANGEROUS SECTIONS OF 10 KV POWER TRANSMISSION LINES
Чернышев B.A., кандидат технических наук, доцент Chernyshov V.A., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor ФГБОУ ВО «Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина», Орел, Россия
Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education «Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin», Orel, Russia
E-mail: blackseam78@mail.ru
Низкая надежность работы и высокий уровень электротравматизма на сегодняшний день по-прежнему являются весьма актуальными проблемами для воздушных линий электропередачи (ЛЭП) напряжением 10 кВ. Для персонала оперативно выездной бригады (ОВБ) ЛЭП 10 кВ ассоциируются с такими терминами как пробой изоляции, однофазное замыкание на землю (033), двойное замыкание на землю (ДЗЗ), шаговое напряжение, напряжение прикосновения. Процесс отыскания 033 на ЛЭП 10 кВ для персонала ОВБ является не только сложным, но и опасным видом работ, а особенно в темное время суток и/или при воздействии неблагоприятных погодно-кпиматических факторов. В настоящее время ни одно из технических устройств, применяющихся в электрических сетях 10 кВ, в условиях недостаточной видимости, не способно эффективно сигнализировать персоналу ОВБ о месте возникновения 033 и ДЗЗ, а также не может быть использовано для повышения электробезопасности на потенциально опасных участках ЛЭП 10 кВ. Весьма эффективным решением в данной ситуации может являться установка на опорах ЛЭП 10 кВ светотехнических приборов, обеспечивающих световое стробоскопическое сигнализирование 033 и осуществляющих дежурное освещение потенциально опасных участков ЛЭП 10 кВ. Предполагается, что данное мероприятие позволит, в условиях недостаточной видимости, в значительной степени повысить эффективность и безопасность процесса отыскания 033 и ДЗЗ для персонала ОВБ, а также обеспечить безопасность жизнедеятельности работников агропромышленного комплекса. Это позволит коренным образом изменить негативное отношение обывателей и специалистов к распределительным электрическим сетям с изолированной нейтралью и позволит перевести их на более высокий уровень технической эволюции. В данной публикации сформулированы основные требования, предъявляемые к светотехническим приборам, устанавливаемым на опорах ЛЭП 10 кВ, а также рассмотрены специфика их электропитания и управления режимами их работы. Ключевые слова: электробезопасность, линии электропередачи, замыкания на землю, шаговое напряжение, дежурное освещение, стробоскопическая сигнализация, сухая вода, иммерсионное охлаждение.
Recently, the low operation reliability and a high rate of electrical injuries are still very relevant problems for 10 kV overhead power transmission lines. The specialists of the emergency crew associate the problems of 10 kV power transmission lines with such terms as insulation breakdown, single phase-to-ground fault, double-ground fault, pace voltage, touch voltage. The process of finding a single phase-to-ground fault on the 10 kV power transmission lines is not only difficult, but also dangerous for the specialists of the emergency crew, especially at nighttime and/or under unfavourable weather and climatic conditions. Currently, none of the technical
devices used in 10 kV power lines in conditions of insufficient visibility cannot effectively alarm to the specialists about the place of a single phase-to-ground fault or double-ground fault and it cannot be used to improve electrical safety on the potentially dangerous sections of 10 kV power transmission lines. The installation of lighting devices on the 10 kV power transmission line supports can become the most efficient problem decision in such a situation. They will provide the light strobe signaling of a single phase-to-ground fault and emergency lighting on the potentially dangerous sections of 10 kV power transmission lines. Such measures will allow the specialists of the emergency crew to improve the efficiency and safety of the process of finding a single phase-to-ground fault and double-ground fault in conditions of insufficient visibility, and ensure the life safety of workers of the agro-industrial complex. These measures will radically change the negative attitude of the consumers and specialists to the power distribution network with isolated neutral and will allow to achieve a higher level of technical evolution. The article formulates the basic requirements to the lighting devices installed on the 10 kV power transmission line supports and touches upon their power supply and operating modes control. Key words: electrical safety, power transmission lines, phase-to-ground fault, pace voltage, emergency lighting, stroboscopic alarm, dry water, immersion cooling.
Введение. Низкая надежность работы и высокий уровень электротравматизма на сегодняшний день по-прежнему являются весьма актуальными проблемами для воздушных линий электропередачи (ЛЭП) напряжением 10 кВ [1, 2]. Для персонала оперативно выездной бригады (ОВБ) ВЛ 10 кВ ассоциируются с такими терминами как пробой изоляции, однофазное замыкание на землю (033), двойное замыкание на землю (ДЗЗ), шаговое напряжение, напряжение прикосновения [3].
Цель работы. В данной статье мы попробуем разобраться в причине возникновения данной проблемы и найти из нее выход.
Согласно правил устройства электроустановок [4], безопасность ЛЭП достигается наличием так называемой охранной зоны, предназначение которой состоит в том, чтобы предотвратить вероятное негативное влияние электромагнитного излучения на здоровье человека, а также предотвратить угрозу его жизни вследствие электротравматизма.
Учитывая вышеизложенное, деятельность человека в охранной зоне ЛЭП 10 кВ должна быть сведена к минимуму, однако владельцы земельных участков, попадающих в охранную зону ЛЭП 10 кВ, имеют право использовать их для выращивания различных сельскохозяйственных культур, а также кратковременно осуществлять содержание, выпас или перегон сельскохозяйственных животных (коров, овец, лошадей и т.д.). Однако, при этом, они должны отдавать себе отчет в том, что:
- в случае возникновения аварии на данном участке ЛЭП 10 кВ, на его территории оперативно-выездная бригада (ОВБ) будет выполнять ремонтно-восстановительные работы с использованием спецтехники, что может привести к потере части урожая или иному материальному ущербу;
- если авария на ЛЭП 10 кВ вызвана однофазным замыканием на землю (033) вследствие обрыва провода или пробоя изолятора, то для человека или животного, находящегося в охранной зоне аварийного участка ВЛ 10 кВ существует смертельная опасность, вследствие действия шагового напряжения или напряжения прикосновения.
Необходимо отметить, что для персонала ОВБ процесс отыскания 033 на ЛЭП 10 кВ является не только сложным, но и весьма опасным видом работ. Сложность отыскания 033 особенно усугубляется в условиях недостаточной видимости, например, в темное время суток и, или, при воздействии неблагоприятных погодно-климатических факторов, таких как дождь, туман, метель и др. [5].
При возникновении 033 на одной из фаз ЛЭП 10 кВ, напряжение на неповреждённых фазах электрически связанной сети 10 кВ увеличивается относительно земли в 1,73 раза. Поэтому, во время затянувшегося процесса отыскания 033, возникает ДЗЗ в одной из неповрежденных фаз в наиболее ослабленном месте электрически связанной сети 10 кВ. При замыкании на землю двух разноименных фаз одной ЛЭП 10 кВ, линия отключается максимальной токовой защитой, реагирующей на ток ДЗЗ. В случае одновременного замыкания на землю двух разноименных фаз, разных ЛЭП 10 кВ, в большинстве случаев, происходит автоматическое отключение только одной ЛЭП 10 кВ с 033, а другая ЛЭП 10 кВ С 033 остается в работе. Данный процесс может неоднократно повторяться, вследствие чего нарушается надежность электроснабжения агропромышленных потребителей и повышается вероятность возникновения электротравматизма на потенциально-опасных участках ЛЭП 10 кВ.
В настоящее время для ускорения процесса идентификации 033 и ДЗЗ для ЛЭП 10 кВ специально разработаны подвесные индикаторы короткого замыкания разных модификаций, которые могут даже интегрироваться в систему телемеханики электрической сети [6-8]. Однако индикаторный режим работы данных устройств не позволяет эффективно сигнализировать повреждение элементов ВЛ 10 кВ в условиях недостаточной видимости, а также не позволяет их использовать для повышения электробезопасности ЛЭП с 033.
На основании вышеизложенного, разработка простых, но вместе с тем эффективных способов и устройств, способных постоянно обеспечивать высокий уровень надежности и безопасности ЛЭП 10 кВ, имеет крайне важное значение, не только для распределительных электросетевых компаний, но и для предприятий агропромышленного комплекса.
Условия, материалы и методы. На практике известны курьезные случаи, когда для решения, кажущейся весьма трудной, задачи энтузиасты технического творчества пытались использовать самые сложные инструменты и методы. Между тем, решение данной задачи оказывалось банально простым и долгое время лежало на поверхности в ожидании пока кто-нибудь обратит на него внимание [9].
В нашем случае неисправный светодиодный прожектор наружного освещения, установленный на опоре ЛЭП 0,4 кВ, формирующий ослабленный световой поток, и время от времени моргающий как стробоскоп, по случайному стечению обстоятельств, стал объектом нашего внимания, а по итогам наблюдений за его работой и прототипом при изобретении принципиально нового светотехнического устройства, предназначенного для обеспечения электробезопасности ЛЭП 10 кВ с 033 в условиях недостаточной видимости.
Предварительные наблюдения позволили установить, что стробоскопическое мерцание, формируемое неисправным светодиодным прожектором весьма заметно в темное время суток, а также в условиях неблагоприятных погодно-климатических факторов (дождь, туман, метель и др.) с расстояния более одного километра. При этом, формируемый светодиодным прожектором, ослабленный световой поток позволяет достаточно информативно оценивать обстановку вокруг опоры ВЛ с расстояния 8-10 метров от ее основания.
Таким образом, установка на опорах ЛЭП 10 кВ светотехнических приборов, обеспечивающих возможности световой стробоскопической сигнализации 033 и дежурного освещения потенциально опасных участков ВЛ 10 кВ, может являться весьма эффективным мероприятием, позволяющим в условиях недостаточной видимости в значительной степени повысить эффективность и безопасность процесса отыскания 033 персоналом ОВБ, а также обеспечить безопасность жизнедеятельности работников АПК, выполняющих различные технологические операции вблизи охранной зоны ЛЭП 10 кВ (вспашка, посев, уборка урожая, выпас и перегон скота и др.).
На рисунке 1 наглядно отображен принцип работы дежурного освещения и световой стробоскопической сигнализации, обеспечивающих надежную и безопасную эксплуатацию ЛЭП 10 кВ.
стробоскопической сигнализации, обеспечивающих надежную и безопасную
эксплуатацию ЛЭП 10 кВ
Сформулируем основные требования, предъявляемые к светотехническим приборам, устанавливаемых на опорах ЛЭП 10 кВ:
1. В режиме дежурного освещения величина направленного светового потока, формируемая светотехническим прибором должна обеспечивать достаточный уровень освещенности ее потенциально опасной зоны.
2. В режиме стробоскопической сигнализации величина яркости и коэффициент пульсаций, формируемые светотехническим прибором должны обеспечивать максимальный сигнализирующий эффект.
3. При возникновении пробоя изолятора на опоре ЛЭП 10 кВ ее светотехнический прибор должен автоматически активизироваться в работу в режиме стробоскопической сигнализации.
4. При возникновении обрыва провода между двумя опорами ЛЭП 10 кВ их светотехнические приборы должны автоматически активизироваться в работу в режиме стробоскопической сигнализации.
5. При перемещении в потенциально опасной зоне человека, животного или транспортного средства, должны автоматически активизироваться в работу, в режиме дежурного освещения, соответствующие светотехнические приборы с обеспечением достаточной выдержки времени на отключение.
6. При возникновении производственной необходимости все светотехнические приборы ЛЭП 10 кВ должны обеспечивать возможность дистанционного включения, выключения или переключения режимов их работы, как по месту - по команде персонала ОВБ, так и централизованно - по команде диспетчера.
7. Конструкция светотехнического прибора ЛЭП 10 кВ должна обеспечивать его надежную и долговременную эксплуатацию при воздействии различных погодно-климатических факторов.
8. Светотехнические приборы ЛЭП 10 кВ должны быть компактными и недорогими, а также иметь низкое энергопотребление.
При произведении научно-исследовательской работы в данном направлении, был разработан экспериментальный образец сверх яркого светодиодного светотехнического прибора (прожектора) с жидкостным линзовым концентратором светового луча и герметичным металлическим корпусом-баком, реализующий принцип жидкостного двухфазного иммерсионного охлаждения светодиодного источника света (рис. 2) [10].
Рисунок 2 - Экспериментальный образец светотехнического прибора для установки на опорах ЛЭП 10 кВ с линзовым жидкостным концентратором светового луча и жидкостной двухфазной системой иммерсионного охлаждения
светодиодного источника света
Результаты и обсуждение. Предварительные результаты лабораторных испытаний экспериментального образца светотехнического прибора для ВЛ 10 кВ, проведенные на базе предприятия ООО «ЭнерГарант», занимающегося проектированием и строительством современных ЛЭП 10 кВ, позволяют предположить, что разработанная конструкция светодиодного осветительного прибора может найти весьма широкое применение в различных сферах производства, в том числе и в системах световой стробоскопической сигнализации и дежурного освещения охранной зоны ЛЭП 10 кВ [11].
При иммерсионном охлаждении светодиодного источника света теплоносителем является фторкетон или так называемая «Сухая вода», химическая формула которой не Н2О, а более сложная - CFзCF2C(O)CF(CFз)2 -перфтор (этил-изопропилкетон), шестиуглеродное вещество, разряд фторированный кетон [12]. Фторкетон, это синтетическое органическое вещество, в молекуле которого все атомы водорода заменены на прочно связанные с углеродным скелетом атомы фтора. Данное вещество представляет собой прозрачную жидкость, являющуюся абсолютным диэлектриком. Принцип жидкостного двухфазного иммерсионного охлаждения заключается в том, что в герметичном корпусе-баке светодиодного светотехнического прибора в процессе нагрева его светодиодного источника
света до 49°С, происходит закипание фторкетона, обеспечивающее активное отведение от него излишней тепловой энергии. После превращения в пар фторкетон конденсируется на верхней части корпуса-бака, и стекает обратно вниз, омывая соответственно светодиодный источник света и его жидкостной линзовый концентратор светового луча, конструктивные особенности которого являются в данном случае ключевым элементом «Ноу-хау». Использование данной конструкции позволяет использовать в компактном металлическом корпусе сверхмощный светодиодный источник света и эффективно фокусировать жидкостным линзовым концентратором распределение его светового потока для освещения потенциально-опасной зоны ЛЭП 10 кВ.
В качестве источников электропитания для светотехнических приборов ВЛ 10 кВ предполагается комплексно использовать: фотоэлектрический преобразователь с электрохимическим накопителем заряда, систему бесконтактного емкостного отбора мощности от ЛЭП 10 кВ, а также устройство преобразующее энергию токов 033 в стабилизированное низковольтное питающее напряжение.
Для централизованного дистанционного управления светотехническими приборами на потенциально опасных участках ЛЭП 10 кВ, например, там, где производятся сезонные агротехнические работы, предполагается использовать собственную инфраструктуру ЛЭП 10 кВ, а при отсутствии средств телемеханики любые доступные каналы радиосвязи. Местное дистанционное управление светотехническими приборами, установленными на опорах ЛЭП 10 кВ, в случае производственной необходимости может осуществляться персоналом ОВБ с использованием спецсредств. В качестве спецсредств могут быть использованы звуковой пневматический сигнал автотранспортного средства ОВБ и, или, радиосигнал штатной радиостанции, имеющейся у персонала ОВБ для связи с диспетчером. Сигналы определенного частотного диапазона, формируемые во времени с определенной периодичностью и в определенном порядке, позволят дистанционно осуществлять избирательное включение, выключение или переключение режимов работы светотехнических приборов, установленных на опорах ЛЭП 10 кВ в процессе отыскания и ликвидации 033. Необходимо отметить, что для реализации вышеизложенных алгоритмов функционирования светотехнических приборов ЛЭП 10 кВ, каждый из них должен иметь свой микропроцессорный блок управления, аппаратная начинка которого в настоящее время находится в стадии разработки и является вторым не менее важным элементом «Ноу-хау».
Выводы. Применение дежурного освещения и стробоскопической световой сигнализации на потенциально опасных участках ЛЭП 10 кВ является более выгодной альтернативой, чем применение индикаторов короткого замыкания, особенно в условиях недостаточной видимости, т.к. стробоскопическое мерцание позволяет более эффективно идентифицировать 033, а подсветка потенциально опасного участка ВЛ ЛЭП кВ в значительной степени повышает безопасность персонала ОВБ, а также работников агропромышленного комплекса, выполняющих свои трудовые функции вблизи ЛЭП 10 кВ.
Таким образом, в данной публикации предложено и обосновано простое, но вместе с тем эффективное решение проблем аварийности и травматизма ЛЭП 10 кВ, которое коренным образом изменит негативное отношение обывателей и специалистов к распределительным сетям с изолированной нейтралью и позволит перевести их на более высокий уровень технической эволюции.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Глыбина Ю.Н., Беликов Р.П., Фомин И.Н. Анализ видов и количества повреждений в электрических сетях класса напряжения 6-10 кВ // Агротехника и энергообеспечение. 2017. № 3 (16). С. 43-49.
2. Астахов С.М., Беликов Р.П. Состояние и пути повышения эффективности функционирования распределительных сетей в агропромышленном комплексе // Вестник Орловского государственного аграрного университета. 2011. Т. 29. № 2. С. 106-108.
3. Чернышов В.А., Чернышова Л.А. Повышение электробезопасности и эффективности функционирования воздушных электрических сетей 6-10 кВ в густонаселенных сельскохозяйственных районах // Охрана труда и техника безопасности в сельском хозяйстве. 2011. № 3. С. 37-39.
4. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. М.: Изд-во ЕЦ «ЭНАС»,
2013.
5. Чернышов В.А., Семенов А.Е., Печагин Е.А. Способ расширения автономности пилотирования дрона, осуществляющего мониторинг технического состояния воздушной линии электропередачи напряжением 610 кВ //. Вестник аграрной науки. 2017. № 2 (65). С. 114-119.
6. Пат. 2335053 РФ, МПК H 02 H 3/16. Регистратор протекания тока замыкания на землю для опор линии электропередачи / Чернышов В.А., Гавриченко
A.И., Чернышова Л.А.; патентообладатель Орловский государственный аграрный университет. № 2007134938/09; заявл. 19.09.2007; опубл. 27.09.2008, Бюл. № 27. 5 с.
7. Пат. 2457595 РФ, МПК H02H003/16, G01R031/08. Регистратор величины тока замыкания на землю для опор линии электропередачи / Чернышов
B.А. Чернышова Л.А.; патентообладатель Орловский государственный аграрный университет. № 2011117395/07; заявл. 29.04.2011; опубл. 27.07.2012, Бюл. № 21. 7 с.
8. Тарасов К.В. Использование индикаторов короткого замыкания в распредсетях 6 - 10 кВ // Электроэнергия. Передача и распределение.
2014. № 4 (25). С. 73-74.
9. Мешков Б.Н., Чернышов В.А. Закон энергоэффективности, продиктованный природой // Главный энергетик. 2013. №8. С.32-35.
10. Чернышов В.А., Новиков М.В. Обоснование целесообразности применения иммерсионной системы охлаждения в светодиодных светильниках агропромышленного назначения // Вестник Воронежского ГАУ. 2017. № 3. С. 88-93.
11. Акт об испытаниях светодиодного светильника с иммерсионной системой охлаждения на базе ООО «ЭнерГарант» от 30.10.2017 г.
12. Сухая вода Novec® 1230 для защиты серверных и не только // https://habrahabr.ru/company/3mrussia/blog/200840/ (дата обращения 15.06.2017).
