CC BY
53
Ш ЕР ГИ Я ЗВДИI ММ! ОН М ¡1! ШХ РАН МИ М РЛИ А
УДК 621.315.17 DOI 10.18635/2071-2219-2016-4-10-13
Разработка методики определения
наведенного напряжения при работе на воздушных линиях
А. Ф. Монахов,
Московский энергетический институт, кандидат технических наук, доцент А. Н. Журин,
Московский энергетический институт
Для прогнозирования наведенного напряжения с целью обеспечения электробезопасности на месте проведения работ рассмотрена возможность применения результатов измерения наведенного напряжения и тока на заземляющих устройствах подстанций в начале и в конце отключенной линии. Приведены формулы для расчета по результатам измерений положения точки нулевого потенциала, наведенного напряжения на рабочем месте и протяженности участка с напряжением не выше допустимого, а также емкости влияющего и отключенного проводов.
Ключевые слова: наведенное напряжение, прогнозирование, заземляющие устройства подстанций, электробезопасность.
В настоящее время расчетные методы не позволяют с достаточной точностью определять наведенное напряжение на месте проведения ремонтных работ. В ряде публикаций рекомендуется проводить измерение наведенного напряжения непосредственно на рабочем месте [1].
Предлагаемая нами методика основана на использовании результатов измерений напряжений на заземляющих устройствах подстанций и стекающих через них токов при заземлении провода под наведенным напряжением. В рассмотренных случаях считается, что отключенный провод заземлен на подстанциях, а также и на месте проведения работ.
Рассмотрим методику прогнозирования наведенного напряжения на примере технологии работ с заземлением отключенного провода (рис. 1) на подстанциях в начале и в конце линии с установкой переносного заземления на рабочем месте [2].
В этом случае на концах отключенного провода появится напряжение, обусловленное преимущественно продольной ЭДС. Для определения наведенного напряжения на рабочем месте используется следующая последовательность вычислений.
1. Определение точки нулевого потенциала (х0). Поскольку сопротивление заземлителя опоры или временного заземления в виде штыря намного больше сопротивлений заземляющих устройств подстанций с напряжениями 110 кВ и выше, то его влияние на распределение наведенного напряжения можно не учитывать. Тогда положение нулевой точки [3] на отключенном проводнике ¿01 будет определяться падением напряжения из1 и и32 на заземляющих устройствах подстанций (рис. 2):
¿01= из^/из! + из2), (1)
1
ПС-1 1р1 ПС-2
ПЗРМ ^ ЗН-2
] рУ1 ] ]*З2 — ЗУ2
Рис. 1. Заземление отключенного провода на подстанциях (ПС) и на рабочем месте: включены заземляющие ножи (ЗН) на ПС-1 и ПС-2; установлено переносное заземление на рабочем месте (ПЗРМ); Я31, И32 и И3р — сопротивления заземляющих устройств на ПС-1, на ПС-2 и на рабочем месте соответственно; 1 — длина линии; 1р1 — длина участка линии до места установки рабочего заземления
где I - длина отключенного провода;
¿01 -длина провода от ПС-1 до точки нулевого потенциала;
из1 и из2 - напряжение на заземляющих устройствах подстанций ПС-1 и ПС-2, соответственно.
2. Определение наведенного напряжения на рабочем месте. Рассмотрим два случая: в первом случае рабочее место находится между ПС-1 и точкой нулевого потенциала, во втором - между ПС-2 и точкой нулевого потенциала ¿02, отсчитываемой от ПС-2 (рис. 2).
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / www.endi.nl
№ 4(70) 2016, июль-август
эввмашаюш^аошмяишшшащашмыше
11
Рис. 2. Распределение наведенного напряжения при заземлении отключенного провода длиной l на двух подстанциях:
U3I' U32 — напряжение на заземляющих устройствах подстанций в начале (ПС-1) и конце линии (ПС-2); ир1, ир2 — напряжение на первом и втором рабочих местах (РМ-1 и РМ-2), расположенных до точки xB
нулевого потенциала и после нее; 1р1,1р2 — длина провода до рабочего места от ПС-1 и ПС-2;
101 и 102 — длина провода от подстанций до точки нулевого потенциала соответственно
Случай 1
Наведенное напряжение Upj на заданном расстоянии Zp! от ПС-1 при известном напряжении U31 на заземляющем устройстве первой подстанции определяется по формуле:
ир1 = (Z01 1р1)иЗ1/101-
(2)
и длину провода Z^ до границы интервала Л1доп от второй подстанции
1гр2 = Z02(1 - ^оп^).
(5)
Протяженность интервала с напряжением не выше допустимого будет равна:
Л1доп Z 1гр1 1гр2.
(6)
Рис. 3. Протяженность интервала А1доп с наведенным напряжением не превышающим допустимого:
1гр1,1гр2 — границы интервала, отсчитываемые от первой и второй подстанции соответственно
Следует отметить, что использованный в приведенных формулах термин «длина провода» следует понимать как длину провода с учетом стрелы провеса и длины шлейфа.
Для удобства полученные формулы сведены в табл. 1 и разбиты на две группы в зависимости от точки отсчета, то есть от подстанции 1 или подстанции 2.
Таблица 1
Определение характеристик наведенного напряжения при работе на отключенном проводе
Основные характеристики
Параметр Между подстанцией 1 и точкой нулевого потенциала Между подстанцией 2 и точкой нулевого потенциала
Длина провода до точки нулевого потенциала Z01 = u^Z/Uh + U32) Z02 = U32Z/U31 + U32)
Длина провода до точки с заданным допустимым напряжением идоп 1гр1 = Z01(1 - идоп/из1) 1гр2 = Z02(1 - идоп/и32)
Наведенное напряжение на заданном расстоянии до рабочего места ир1 = (Z01 - 1р1)и31/101 ир2 = (Z02 - 1р2)и32/102
Случай 2
Наведенное напряжение Цр2 на заданном расстоянии 1р2 от ПС-2 при известном напряжении и32 на заземляющем устройстве второй подстанции определяется по формуле:
ир2 = (Z02 1р2)иЗ2/102.
(3)
3. Определение интервала с наведенным напряжением, не превышающим допустимого напряжения идоп. Согласно [1], при напряжении 25 В и ниже работы на отключенных токоведущих частях могут выполняться как работы со снятием напряжения. Для определения интервала А1доп с наведенным напряжением, не превышающим допустимого (рис. 3), следует определить длину провода ^ до границы интервала А1доп от первой подстанции
1гр1 = Z01(1 - идоп/из1)
(4)
4. Определение наведенного напряжения на заземляющих устройствах подстанций. Предлагается два варианта: первый базируется на использовании известных сопротивлений заземляющих устройств и измеренного наведенного тока, стекающего через заземлитель, второй - на непосредственном измерении наведенного напряжения.
Вариант 1
На подстанции проводятся измерения сопротивления заземляющего устройства (R3) в периоды сезонных изменений удельного сопротивления грунта. Сопротивление Rз может также измеряться в непрерывном режиме с помощью постоянно установленных токового и потенциального электродов, выполненных из коррозийно-стойких материалов.
После включения заземляющих ножей на подстанции измеряется ток, стекающий через зазем-
19ШИэ. макоикц)! глм; ос на $ им аишы
ляющее устройство (/3), обусловленный электромагнитным и электростатическим влиянием действующей линии. Ток ¡з может измеряться либо с помощью стационарно включенных трансформаторов тока либо бесконтактно с помощью токоизмерительных клещей с гибкими магнитопроводами.
После определения тока ¡3 при известном значении Rз рассчитывается напряжение на заземляющих устройствах подстанций в начале и конце линии, то есть и 31 = ¡3^31; и 32 = ¡з2Rз2.
1. Длина отключенного провода I - 100 км.
2. Длина провода от подстанции 1 до первого рабочего места - 30 км.
3. Длина провода от подстанции 2 до второго рабочего места - 40 км.
4. Напряжение на заземляющем устройстве (два варианта): для первой подстанции Цз1 = 150 В и 100 В; для второй подстанции и 32 = 250 В и 300 В.
Для расчета воспользуемся формулами табл. 1. Полученные результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты расчета характеристик наведенного напряжения
Вариант Ци, В Vз2, В ^ь км !02, км V км ^ км АД км 4,1, В 4,2, В
Вариант 1 40 70 36,4 63,6 13,7 40,9 45,4 18 37
Вариант 2 30 60 33,4 66,7 5,5 38,9 55,6 12 33
Вариант 2
Измеряются напряжения на заземляющих устройствах подстанций в начале и конце линии, то есть Цз1 и и32. Для этой цепи используется потенциальный электрод, расположенный вне зоны стекания тока с заземляющего устройства, то есть на расстоянии 20-25 метров. Дополнительно измерив ток, стекающий через заземляющее устройство (¡3), можно рассчитать сопротивление заземляющих устройств подстанций: Rзl = Цз1//з; Rз2 = ^2/^. Это упрощает определение Б^ и Б^, поскольку в этом случае нет необходимости устанавливать токовый электрод, что связано с трудностями его размещения в условиях расположения металлических коммуникаций в земле, и также при плотной застройке подстанций.
Далее по измеренным значениям Цз1 и Цз2 рассчитываются значения наведенного напряжения на месте проведения работ (табл. 1). По мере накопления результатов измерений наведенного напряжения на подстанциях и рабочих местах следует осуществлять корректировку формул статистическими методами.
Таким образом, по результатам измерений на подстанциях, на этапе подготовки можно провести оценку наведенного напряжения на месте проведения работ и выбрать технологию их проведения. В дальнейшем следует переходить к созданию автоматизированной системы контроля и управления наведенным напряжением с помощью регулируемых резисторов в цепи «отключенный провод - заземляющее устройство подстанции» [4].
Пример
Необходимо определить по результатам измерений наведенного напряжения на сопротивлениях заземляющих устройств подстанций наведенное напряжение на рабочих местах, находящихся по обе стороны точки нулевого потенциала, и протяженность участка провода с наведенным напряжением, не превышающим допустимое. Исходные данные:
Как видно из результатов расчета, допустимый интервал наведенного напряжения зависит от соотношения между Цз1 и Цз2 и смещается в сторону подстанции с меньшим сопротивлением заземляющего устройства.
В ряде случаев при проведении работ с заземлением провода только на рабочем месте, при разделении ВЛ на отдельные участки и др. требуется оценить влияние емкостной составляющей наведенного напряжения на напряжения прикосновения. Такая оценка может быть выполнена при заземлении отключенного провода только на одной подстанции [1].
В этом случае ток, стекающий через заземляющее устройство (¡зс), будет обусловлен емкостью (Сво) влияющего и отключенного проводов. Тогда значение погонной емкости, Ф/км, может быть определено по формуле:
Сво = ¡зс/®иф1, (7)
где Цф - фазное напряжение влияющей линии.
Методика измерения емкостного тока приведена в [5]. Напряжение прикосновения при заземлении в одной точке определяется по формуле [3]:
ипр = ифСВо^р (8)
При заземлении отключенного провода в нескольких точках ток (¡зс) распределяется между заземлениями в соответствии с их сопротивлениями. В этом случае емкостная составляющая напряжения прикосновения равна ¡зрRзр, где ¡Зр - часть емкостного тока, стекающего через заземлитель на рабочем месте. Для дальнейшего развития методики прогнозирования могут быть использованы более сложные способы прогнозирования параметров отключенной линии, например импульсные измерители неоднородностей линии. С помощью таких приборов может уточняться длина линии до заземленного участка, влияние точек транспозиции и ответвлений.
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ I www.endi.nl
№ 4(70) 2016, июль-август
Рассмотренная возможность использования результатов измерений наведенного напряжения и тока на заземляющих устройствах подстанций в начале и конце линии полезна для прогнозирования условий работы на отключенном проводе и обеспечения электробезопасности. Приведенные расчетные формулы для определения положения точки нулевого потенциала, напряжений на рабочих местах и протяженности участка провода с наведенным напряжением не выше допустимого, а
также емкости проводов влияющей и отключенной воздушных линий, по мере накопления результатов измерений следует корректировать статистическими методами.
Также предлагается ввести постоянно действующую систему автоматизированного контроля напряжений на заземляющих устройствах подстанций, что позволит отказаться от проведения специальных измерений при составлении перечня линий, находящихся под наведенным напряжением.
Литература
1. Целебровский Ю. В. Безопасность работ на ВЛ, находящихся под наведенным напряжением. Реальные опасности методики измерения напряжений / / Новости электротехники. - 2009. - № 1(55). - С. 54-57.
2. Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок. - М.: ЭНАС, 2014. - 168 с.
3. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М.: Знак, 2000. - 435 с.
4. Монахов А. Ф., Дегтяренко Е. А. О возможности снижения наведенного напряжения на месте проведения ремонтных работ / / Электрические станции. - 2016. - № 3. - С. 44-46.
5. Ластовкин В. Диагностика ВЛ 110-220 кВ под рабочим напряжением. Определение мест обрыва фазы / / Новости электротехники. - 2010. - № 2.
The induced voltage estimation method for overhead power lines
A. F. Monakhov,
Moscow Power Engineering Institute, PhD, associate professor
A. N. Zhurin,
Moscow Power Engineering Institute
Electrical safety in working under induced voltage is extremely important. In order to predict induced voltage we suggest the way based on induced voltage and current measurement on grounding units of substation in two end points of a disconnected power line. We also composed equations for zero potential point calculation as well as calculation of a permissible voltage line duration and wires capacitance.
Keywords: induced voltage, forecast, substation grounding, electrical safety.
