CC BY
83
Апериодическая составляющая в сети 0,38 кВ зату- Токи нагрузки в неповрежденных фазах снижают хает настолько быстро, что не отражается на величине ток в нулевом проводе, что следует учитывать при вы-амплитуды тока ОКЗ. полнении релейных защит.
Литература.
1. Аварийные режимы в сетях 0,38 кВ в сетях 0,38 кВ с глухозаземленной нейтралью. - Кострома: изд. КГСХА, 2005. - 167с.
2. Ульянов С.И. Электромагнитные переходные процессы . - М.: Энергия, 1970. - 350 с.
3. Анализ управления магнитными пускателями, удаленными от постов управления - Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе: сборник статей 62-й международной научно-практической конференции: в 3т. - Кострома: ГСХА, 2011. Т.2: Архитектура и строительство. Механизация сельского хозяйства. Электрификация и автоматизация сельского хозяйства / под ред. И.А. Яцюка, А.С. Полозова, А.В. Рожнова. - Кострома: КГСХА, 2011. - 202с.
ELECTRIC NETWORKS, TRANSIENT PROCESS, PHASE COORDINATES, SINGLE-PHASE SHORT
CIRCUIT
N.M. Popov, I. A. Molodov
Summary. It is offered for reception of instant current value in three phase and neutral wires in network damaged mode of 0,38 kV using method of phase coordinates with presentation network element as 2K-pole elements.
Key words: electric networks, transient process, phase coordinates, single-phase short circuit
УДК: 621.37: 636.5
УСТРОЙСТВО для предотвращения гнездования ПТИЦ НА ПОРТАЛАХ ЭЛЕКТРОПОДСТАНЦИЙ
A.Г. ВОЗМИЛОВ, доктор технических наук, профессор
B.Г. УРМАНОВ, соискатель В.Ю. ВОЛЧКОВ, аспирант Челябинская ГАА
E-mail: [email protected]
Резюме. В статье рассмотрено негативное влияние гнездования птиц на электроподстанциях, предложено устройство для отпугивания птиц (электрошокер) и методика расчета его основных конструктивных и режимных параметров работы при условиях отсутствия коронирования электродной системы электрошокера и обеспечения искрового пробоя в портале при нахождении птицы.
Ключевые слова: электроподстанция, портал, электрошо-кер, электродная система, начальное напряжение, начальная напряженность, коронирование, напряжение пробоя.
Проблема защиты порталов электроподстанций от гнездования птиц - актуальная задача при их эксплуатации. Обустраивая свои гнезда на опорах ЛЭП и порталах электроподстанций, птицы зачастую используют не только материалы растительного происхождения (солома, трава, ветки), но и металл (алюминиевая, железная и медная проволока). Поэтому при определенных условиях (большое разветвленное гнездо с наличием металлической проволоки) появляется вероятность возникновения короткого замыкания.
Известны случаи короткого замыкания, сопровождающиеся повреждением элементов конструкции опор, изоляции кабельных линий на вводах и кабельных каналов (рис. 1) [1]. Кроме этого короткие замыкания могут приводить к пожарам на территории электроподстанции.
Для предотвращения гнездования птиц на порталах большой интерес представляет использование средств, разрабатываемых на основе электронно-
ионной технологии. По назначению они относятся к охранно-отпугивающим устройствам (по аналогии с электроизгородями) [2].
В связи с этим цель наших иследований - разработка и испытание устройства для предотвращения гнездования птиц на порталах электроподстанций.
Рис. 1. Последствия гнездования птиц на порталах подстанции: а) - короткое замыкание в кабельном канале; б) - короткое замыкание на металлических конструкциях подстанции.
Условия, материалы и методы. Анализ научнотехнической литературы показывает, что наибольший эффект в отпугивании птицы можно получить при комплексном подходе.
2гок
1
2
Рис. 3. Схема электро-шокера на портале электроподстанции: 1 - заземленный корпус портала; 2 - потенциальный электрод электрошо-кера, 2 Го - диаметр корони-рующего электрода.
(
■■30,3-8 ■
1 +
0,298
л
(1)
5 - от-
где г0 - радиус коронирующего электрода; носительная плотность воздуха;
5=289-10-5-р/ Т, (2)
где р - атмосферное давление; Т - температура воздуха (5=1 при р=1,013^105 Па и Т=293К).
Начальное напряжение коронного разряда [3] определяют из выражения:
ио=Ео■ Га- А, (3)
где А = (2h/г0) - функция геометрических параметров системы электродов.
Следовательно, напряжение на электрошокере необходимо выбирать из условия [3]:
иэ.ш = < ^о= Е0-г0-1п т/Го), (4)
где идш - напряжение электрошокера, при котором отсутствует коронный разряд, ио - начальное напряжение короны.
Расчетная схема электрошокера при наличии птицы в портале представлена на рис. 4.
Рис. 2. Экспериментальный стенд электрошокера для отпугивания птиц на порталах подстанции: 1 - корпус клетки; 2 - потенциальный электрод электрошокера; 3 - заземленный электрод электрошокера.
Для проведения исследований в лабораторных условиях был разработан экспериментальный стенд (рис. 2), который включал заземленный электрод 3, выполненный в виде металлического поддона и коро-нирующий электрод 2, закрепленный на расстоянии 165 мм от заземленного электрода. В качестве коронирующего электрода использовали медную проволоку диаметром 0 = 0,25 мм.
Одной из основных задач при конструировании электрошокера для защиты от гнездования птицы на электроподстанциях (рис. 3) было определение величины подаваемого на-
пряжения, которое нужно выбирать из условия отсутствия коронирования на конструкции порталов без птицы и обеспечения надежного искрового пробоя на птицу в момент ее появления внутри порталов.
Результаты и обсуждение. Важный параметр, который необходимо знать при выборе той или иной системы электродов применительно к конкретной установке - начальное напряжение или начальная напряженность поля коронного разряда. Превышение напряжения над начальным определяет интенсивность коронного разряда, а значит уровень необходимых рабочих напряжений электротехнологической установки [3].
Начальную напряженность коронного разряда Е0 рассчитывают по эмпирической формуле Пика [3]:
Рис.4. Расчетная схема электрошокера при наличии птицы в портале: И1 - межэлектродное расстояние от потенциального электрода до заземленного корпуса портала; И2 -высота птицы; Ай=(й1-й2) - расстояние между потенциальным электродом и птицей.
Разряд в газе начинается с того, что свободные электроны, всегда в некотором количестве имеющиеся в газе, под действием приложенного напряжения приобретают энергию достаточную для ударной ионизации. Если при столкновении электрона с нейтральной молекулой происходит ионизация, то образуется еще один электрон, который так же может ионизировать, в результате чего процесс приобретает лавинообразный характер [3].
Электроны уходят на анод, а положительные ионы, подходя к катоду, создают там новые электроны путем вторичной ионизации. Эти вторичные электроны также могут вызывать «лавинообразования». Если интенсивность вторичной ионизации слаба и для поддержания воспроизводства электронов требуется действие внешнего источника, то такой разряд называется несамостоятельным. В случае если ионизации развиваются и при прекращении действия внешнего ионизатора, то образуется самостоятельный разряд.
Условие перехода разряда в самостоятельный процесс носит название условия самостоятельности разряда Таунсенда [3].
Если коэффициент у (коэффициент Таунсенда) дает число электронов выбиваемых из катода одним положительным ионом, то величина у [ехр(аА^-1], где Аh - межэлектродное расстояние, обозначает число вторичных электронов образовавшихся в результате происхождения единичной первичной лавины.
Так как первичная лавина началась с одного электрона, то для воспроизводства лавин число вторичных электронов должно быть не меньше единицы. Таким образом, условие самостоятельности разряда имеет вид у [еxp(аАh)-1] > 1 (5)
Поскольку обычно у[ехр(аА^]>>1, то (6) можно упростить [3]:
у еxp(аАh) > 1 (6)
При у еxp(аАh) ионизация, вызываемая последовательными лавинами, носит нарастающий характер, ток возрастает, что приводит к образованию искро-
вого разряда, или искрового пробоя, при котором возникает тонкий проводящий канал, замыкающий промежуток. Напряжение, при котором для однородного поля выполняется условие (7), называется пробивным.Так кака/р и узависят от напряженности поля Е/р, которая определяется приложенными напряжением и и длиной разрывного промежутка Аh, то для однородного поля можно вывести уравнение зависимости пробивного напряжения от произведения pАh вида Uпр=f(Аh), которое носит название закона Пашена [3]:
В ль
(7)
\Ah Ini,
ln-
где ипр- пробивное напряжение; А и В - постоянные, характеризующие газ; р - давление газа, Аh=(h1-hг) - расстояние между потенциальным электродом и птицей.
При давлении, близком к атмосферному, уравнение (8) имеет более простую форму [3]:
ипр = pАh+6,4 (pАh)1/2, (8)
где ипр- пробивное напряжение; р- давление газа. Развитие разряда в резконеоднородных полях имеет определенные особенности. Такие поля характерны для промежутков, создаваемых электродами типа игла-плоскость, провод-плоскость и др. при малом радиусе закругления провода и большом расстоянии между электродами.
Особенность резконеоднородных полей - высокая напряженность поля у электрода с малым радиусом закругления даже при сравнительно небольшом напряжении на промежутке. Это означает, что в такой области может происходить ударная ионизация, возникать «лавины» электронов, а условие самостоятельности разряда выполняется, когда ток ионизации охватывает только малую часть промежутка [3].
При определенных условиях возникает стадия разряда, называемая стримерной, при которой образуются светящиеся каналы (стримеры). Известно, что стример представляет собой тонкий канал частично ионизированного газа, на переднем конце которого расположен избыточный разряд высокой концентрации. В поле этого заряда идет интенсивная ионизация, что обеспечивает образование нового избыточного заряда и продвижение стримера вглубь промежутка с направлением внешнего поля [3].
Для образования искры требуется повышение напряжения, чтобы хотя бы один из стримерных каналов превратился в искровой. В этой стадии происходит резкое увеличение тока, сопровождающееся выделением тепла, газ в канале разогревается и начинается термическая ионизация, что соответствует искровому пробою промежутка.
В общем случае поэтапное развитие разряда, начиная с электрода с малым радиусом кривизны, облегчает его продвижение, по сравнению с равномерным полем. Поэтому разрядное напряжение промежутков с резконеоднородным полем существенно меньше, чем при однородном поле. Средняя пробивная напряженность в этом случае составляет 5...7 кВ/см [3].
Перечисленные стадии разряда могут иметь место в промежутках небольшой длины (от 1 до 40.50 см) и при давлениях газа порядка атмосферного.
Особый случай для развития разряда представляет воздействие импульсного напряжения. Оно определяется ограниченным временем роста напряжения до максимального значения и коротким временем воздействия. Для пробоя промежутка при импульсном напряжении требуется более интенсивное развитие ионизационных процессов, которые обеспечили бы меньшее время развития разряда, чем время действия импульса. Время разряда, в свою очередь, складывается из времени его формирования от момента появления первых эффективных электронов, дающих начало образованию «лавин», до пробоя промежутка, и так называемого, статического времени ожидания эффективных электронов, если их начальная концентрация оказывается недостаточной для интенсивной ионизации.
Частота импульсов в пределах от промышленной частоты f=50 Гц до некоторой критической частоты, превышающей несколько килогерц, не влияет на значение пробивного напряжения [3].
При проведении эксперимента была установлена величина напряжения эффективного воздействия на птиц (25.30 кВ). Ее определяли экспериментальным путем при постепенном повышении напряжения подаваемых импульсов на электродную систему установки.
Предполагаемая экономическая эффективность от использования устройства для предотвращения гнездования птиц на порталах электроподстанций складывается из устранения ущерба от аварий, затрат на их очистку от гнезд и продуктов жизнедеятельности за вычетом эксплуатационных затрат на обслуживание устройства.
Выводы. Таким образом, для предотвращения гнездования птиц на порталах, большой интерес представляет использование устройства, разработанного на основе электронно-ионной технологии (электрошокер). Значение его геометрических и режимных параметров выбирается из условий отсутствия коронирования на конструкции порталов при отсутствии птицы (4) и обеспечения надежного искрового пробоя на птицу при ее появлении внутри порталов (8).
Литература.
1. По материалам сайта мму/. pestcontrol. ги.
2. П. 69707 Ш Устройство для отпугивания птиц / А.Г. Возмилов, В.Г. Урманов, А.В. Гультяев, А.П. Ракецкий - Заявка № 2007124144, Заявл. 26.06.2007. Опубл. 10.01.2008. Бюл. № 1.
3. Высоковольтные электротехнологии. Учебное пособие по курсу "Основы электротехнологии”/Под ред. И.П. Верещагина - М.: МЭИ,1999.
DEVICE FOR PREVENTING FROM BIRD NESTING AT THE PORTALS OF POWER STATIONS A.G. Vozmilov, V. G. Urmanov, V.Ju.Volchkov
Summary. The article deals with the negative effect of bird nesting at the power stations. The article dwells upon the device for frightening birds (electroshocker), the methods of basic design and regime parameters of the electroshocker operation under conditions of the absence of coronation of electrode system and provision of spark puncture when birds are at the power station.
Key words: power station, portal, electroshocker, electrode system, primary voltage, primary intensity, coronation, the voltage puncture.
