CC BY
95
Электротехнические комплексы и системы
8. Basov A.M. Trebovanija k vozdushnym fil'tram dlja ptichnikov [Tekst] / A.M. Basov, A.G. Vozmilov // Pticevodstvo. - 1975. - № 2. - S. 32-33.
9. Vozmilov A.G. Rezul'taty proizvodstvennyh ispytanij mokrogo jelektrofil'tra [Tekst] / A.G. Vozmilov, L.N. Andreev, D.V. Astafev, B.V. Zherebcov, A.A. Dmitriev // Vestnik Krasnojarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2013. - № 8. - S. 185-191.
10. Vozmilov A.G. Jelektroochistka i jelektro-obezzarazhivanie vozduha v tehnologicheskih processah APK [Tekst] / A.G. Vozmilov, O.V. Zvezdakova // Vestnik ChGAA. - 2013. - T. 66. - S. 14-24.
11. Vlasov M.V Ochistka vytjazhnogo vozduha v promyshlennom pticevodstve [Tekst] / M.V. Vlasov, A.G. Vozmilov // Vestnik ChGAA. - 2010. - T. 56. -S. 29-31.
12. Patent № 2343362 Rossijskaja Federacija MPK7 F24F3/16. Mokryj odnozonnyj jelektrofil'tr [Tekst] / A.G. Vozmilov, V.N. Mishagin, L.N. Andreev, D.V. Astafev; Federal'noe gosudarstvennoe obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego professional'nogo obrazovanija «Cheljabinskij gosudarstvennyj agroinzhenernyj uni-versitet» (RU). - № 2007124044/06; zajavl. 26.06.2007; opubl. 10.01.2009. - Bjul. № 1.
13. Vozmilov A.G. Rezul'taty issledovanij mokrogo odnozonnogo jelektrofil'tra [Tekst] / A.G. Vozmilov, V.N. Mishagin, L.N. Andreev //Tehnika v sel'skom hozjajstve. - 2009. - № 3. - S. 20-22.
14. Vozmilov A.G. Raschet osnovnyh parametrov osaditel'nyh jelektrodov mokrogo jelektrofil'tra [Tekst] / A.G. Vozmilov, L.N. Andreev, V.N. Mishagin // Tehnika v sel'skom hozjajstve. - 2010. - № 4. - S. 19-22.
15. Vozmilov A.G. Razrabotka polnoj metodiki rascheta jeffektivnosti ochistki vozduha ot pyli, mikroorganizmov i vrednyh gazov s pomoshh'ju dvuhstupenchatogo mokrogo jelektrofil'tra [Tekst] / A.G. Vozmilov, L.N. Andreev, A.A. Dmitriev, B.V. Zherebcov // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. - 2013. - T. 9. - № 4. - S. 60-65.
16. Mishagin V^.Metodika opredelenija jeffektivnosti sistem ochistki vozduha ot mikroorganizmov [Tekst] / V.N. Mishagin, L.N. Andreev, I.E. Syromjatov, S.D. Matveev // Mehanizacija i jelektrifikacija sel'skogo hozjajstva. - 2008. - № 5. -S.39-40.
17. Vozmilov A.G. Ochistka vozduha v pomeshhenijah dlja svinej [Tekst] / A.G. Vozmilov // Dostizhenija nauki i tehniki v APK. - 1991. - S. 48-55.
Кабашов В.Ю.
Kabashov V.Yu.
доктор технических наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и экологии» ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет», Россия, г. Уфа
УДК 621.315.1
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЛЕТА НА АВАРИЙНЫЕ ОТКЛЮЧЕНИЯ СЕЛЬСКИХ ВЛ 6-10 кВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВЕТРА
В статье представлены результаты исследований влияния стрел провеса, длины пролета на сближения проводов при воздействии ветра, вызывающие аварийные отключения сельских ВЛ 6-10 кВ. Получено кубическое уравнение и его решение для определения коэффициента разрегулировки стрел провеса проводов в зависимости от длины пролета и величины удлинения провода в пролете. На основе выполненных расчетов получены зависимости коэффициента разрегулировки стрел провеса проводов от величины их удлинения в пролетах длиной 40...120 м. Показано, что даже небольшая разница в длинах фазных проводов ведет к существенной разрегулировке их стрел провеса. При одинаковом удлинении провода коэффициент разрегулировки резко увеличивается с уменьшением длины пролета, чем объясняется высокая подверженность ВЛ 6-10 кВ с пролетами 40.60 м опасным сближениям и схлестываниям проводов при воздействии ветра. Экспериментально установлено, что при скоростях ветра 16,5.18,5 м/с расстояния между проводами при их максимальных сближениях в пролете длиной 50 м в 1,21.1,28 раза меньше, чем в пролете длиной 100 м. Увеличение коэффициента разрегулировки стрел провеса на 0,1 вызывает умень-
52
Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 4, т. 10, 2014
Electrical facilities and systems
шение расстояния между проводами при их максимальных сближениях в среднем на 0,05...0,15 м. Изменение направления ветра к оси пролета в пределах 40.90° практически не влияет на величину взаимных сближений проводов, а при углах менее 40° вызывает их существенное уменьшение. Для предотвращения опасных сближений проводов ВЛ 6-10 кВ при воздействии ветра разработан и внедрен в производство гаситель маятниковых колебаний проводов, работоспособность которого доказана экспериментально. Результаты измерений, проведенных в двух пролетах ВЛ 10 кВ, показали, что при скоростях ветра 10.18 м/с расстояния между проводами при их максимальных сближениях в пролете с гасителями в 1,35.1,53 раза больше, чем в пролете без гасителей.
Ключевые слова: воздушная линия электропередачи, стрела провеса провода, длина пролета, ветер, сближение проводов.
INFLUENCE OF PARAMETER OF SPAN ON THE EMERGENCY SHUT-OFF RURAL OVERHEAD LINES 6-10 kV AT IMPACT OF WIND
The article presents the results of researches the influence of sag wires, length of span on rapprochement of wires at impact of wind, defiant emergency shut-off rural overhead lines 6-10 kV. The obtained cubic equation and its solution for determining the coefficient disajustment sag of the wires depending on the length of the span and the value of elongation of the wire in the span. On the basis of the calculation obtained dependences of the coefficient disajustment of sag of the wires from the value of their elongation in the span length of 40.120 m. It is shown that even a small difference in the lengths of the phase wires of leads to significant disajustment of their arrows sag of wires. At the same elongation of the wire coefficient disajustment increases sharply with decreasing length of the span which explains the high susceptibility overhead lines 6-10 kV with length of spans.
40.60 m dangerous rapprochement and touching wires when exposed to wind. It was established experimentally that at wind speeds 16,5.18,5 m/s the distance between the wires at their maximum rapprochement in the span length of 50 m to 1,21.1,28 times less than in the span length of 100 m. The increasing coefficient disajustment sag of the wires on 0,1 causes a decrease of the distance between the wires at their maximum rapprochement on average on 0,05.0,15 m. The change in the wind direction to the axis of the span within 40.90° practically does not effect the value of mutual rapprochements of the wires, and when the angles of less than 40° causes their significant decreasing. To prevent dangerous rapprochement wires overhead lines 6-10 kV at impact of wind is developed and introduced into production the damper pendulum fluctuation of wires the operability of which proved experimentally. The results of the measurements carried out in two spans of overhead lines 10 kV showed that at wind speeds of 10.18 m/s the distance between the wires at their maximum rapprochement in span with dampers in 1,35.1,53 times more than in span without dampers.
Key words: air-line of an electricity transmission, sag of wire, length of span, wind, rapprochement wires.
При эксплуатации сельских воздушных линий электропередачи (ВЛ) 6-10 кВ раскачивания проводов под действием порывистого ветра вызывают их взаимные сближения на опасные в изоляционном отношении расстояния и схлестывания [1]. При этом токи короткого замыкания ведут к пережогу и обрыву проводов, что приводит к аварийным отключениям ВЛ и нарушению электроснабжения сельских потребителей. Многочисленные наблюдения показали, что несинхронные маятниковые колебания проводов ВЛ 6-10 кВ, вызывающие их опасные сближения, часто наблюдаются в пролетах с разными стрелами провеса.
Для исследований введем величину относительной разрегулировки (коэффициент разрегулировки) стрел провеса фазных проводов 5,:
s hzA, (1)
' /,
Electrical and data processing facilities and systems. № 4, v.
где f1, f - стрелы провеса соответственно первого и второго проводов (/1 > f).
C учетом коэффициента разрегулировки стрелы провеса фазных проводов в пролете ВЛ будут связаны следующим соотношением:
f=/1 (1 + 5). (2)
Разрегулировка проводов в процессе эксплуатации возникает из-за недостаточной прочности крепления провода к изолятору. При ослабленном креплении разница в гололедно-ветровых нагрузках на провода соседних пролетов (например, при неравных длинах, неравномерности покрытия проводов гололедом и т.д.) приводит к перемещению (проскальзыванию) провода через крепление и его удлинению в одном из смежных пролетов.
В связи с тем, что при увеличении длины провода в пролете уменьшается и тяжение в нем, одно-
10, 2014 --- 53
Электротехнические комплексы и системы
временно происходит сокращение провода за счет упругих свойств его материала. Общее увеличение длины провода в пролете AL описывается следующим выражением [2]:
AL
3-lUl } 8 -Е
(
/2 I.
(3)
где l - длина пролета, м; ух - удельная нагрузка от массы провода, Н/(м-мм2); E - модуль упругости провода, H/мм2.
Выражение (3) после подстановки соотношения (2) приведем к следующему виду:
&L = f-f2-(S2f +2-Sf) + 3-1
?-n-Sf
%'E-fi -(1 + ^/)
. (4)
После выполнения соответствующих алгебраических преобразований из выражения (4) получим кубическое уравнение:
где а = 3; Ъ =2 +
дъ / + а • д2 / +Ъ-8^ +с = О, 3-/4 -Xi 3-/-AL
(5)
с = —
64-E-f? S-f2 ’
3-l-AL S-f2 ‘
Подстановкой 8f= y — 1 уравнение (5) приводится к «неполному» виду:
где р — Ъ — 3
y3+p-y+q = о,
3-l-AL
64-E-f3 S-f2
(6)
q = 2-b + c = - 3‘/4‘Г1з .
64 • • /j3
Дискриминант «неполного» кубического уравнения (6) определяется следующим образом [3]:
е=
A„Y> fq\2 + ’
Р
v3y
(7)
Если Q > 0, то действительный корень уравнения (6) равен:
у-П+^+П-^.
Если Q < 0, то
где cosa =
_ р а у = 2-^--СО&-
Ч
(8)
(9)
(р)*
Ь)
На основе выполненных расчетов получены зависимости относительной разрегулировки стрел провеса проводов от величины их удлинения в пролетах длиной 40...120 м (рис. 1).
Проведенные исследования показали, что даже небольшая разница в длинах фазных проводов AL ведет к существенной разрегулировке их стрел провеса Sf. Для III ветрового и гололедного района в пролете длиной 40 м (провод АС-35/6,2) уже при AL = 0,01 м коэффициент разрегулировки составляет 0,44. Согласно данным, приведенным в работе [4], опасные сближения и схлестывания фазных проводов возникали в пролетах ВЛ 6-10 кВ с разрегулировкой их стрел провеса от 0,2 до 0,6.
Рис. 1. Зависимость коэффициента разрегулировки стрел провеса проводов от величины их удлинения AL в пролетах разной длины:
----для III ветрового, III гололедного районов, провода АС-35/6,2;
----для IV ветрового, III гололедного районов, провода АС-50/ 8,0
54
Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 4, т. 10, 2014
Electrical facilities and systems
При одинаковом удлинении провода AL относительная разрегулировка резко увеличивается с уменьшением длины пролета. Расчеты показали, что при AL = 0,02 м коэффициент разрегулировки стрел провеса проводов в пролете длиной 60 м в 5,71 раза больше, чем в пролете длиной 100 м и в 10,53 раза - в пролете длиной 120 м. Этим объясняется высокая подверженность ВЛ 6-10 кВ с пролетами 40.. .60 м опасным сближениям и схлестываниям проводов при воздействии ветра.
С целью оценки влияния длины пролета измерения сближения проводов были выполнены на комплексе экспериментальных линий [4] в натурных пролетах длиной 50, 75 и 100 м. Измерения проводились в середине пролета с помощью специально раз-
работанного для этих целей устройства [5]. Предложенная конструкция удобна в эксплуатации, так как позволяет производить необходимые измерения и настройку прибора непосредственно на земле, без подъема персонала на высоту подвеса проводов, где устанавливается само устройство. Траверсы, установленные на опорах, снабжены натяжными устройствами для изменения величины стрел провеса проводов. Измерения проводились при скоростях ветра 6,5.18,5 м/с. Угол между направлением ветра и осью пролета составлял 90 ± 25°, коэффициент разрегулировки стрел провеса проводов - 0,2.
Результаты измерений расстояний между проводами при их максимальных сближениях представлены в таблице.
Минимальные расстояния между проводами в пролетах разной длины
Скорость ветра, м/с Минимальные расстояния между проводами (м) в пролетах длиной, м
50 75 100
6,5 1,08 1,09 1,10
7,2 1,07 1,08 1,09
8,0 1,06 1,07 1,08
9,2 1,03 1,05 1,06
10,0 1,01 1,03 1,05
11,2 0,96 0,99 1,02
12,5 0,93 0,96 1,00
14,0 0,87 0,92 0,98
15,2 0,83 0,89 0,95
16,5 0,77 0,85 0,93
17,4 0,74 0,82 0,91
18,5 0,69 0,78 0,88
Анализ полученных результатов показал, что с уменьшением длины пролета расстояния между проводами при их максимальных сближениях снижаются. Чем выше скорость ветра, тем более существенным оказывается влияние длины пролета. При скоростях ветра 16,5.18,5 м/с эти расстояния в пролете длиной 50 м в 1,21.1,28 раза меньше, чем в пролете длиной 100 м.
Измерения расстояний между проводами при их сближениях под действием ветра в пролете длиной 50 м показали, что увеличение коэффициента разрегулировки стрел провеса 5^. на 0,1 вызывает уменьшение расстояния между проводами при их макси-
мальных сближениях в среднем на 0,05.0,15 м.
Были выполнены исследования влияния на перемещения проводов направления ветра. Для этого данные наблюдений группировались по различным направлениям скорости ветра к оси пролета: 20.40°, 40.60°, 60.80°, 80.100°.
В диапазоне углов 40.90° максимальные перемещения проводов отличаются незначительно (0,04.0,06 м), т. е. изменение направления ветра в этих пределах практически не влияет на величину перемещений и расстояния между проводами при их колебаниях под действием ветра. При углах менее 40° величина перемещения проводов резко снижает-
Electrical and data processing facilities and systems. № 4, v. 10, 2014
55
Электротехнические комплексы и системы
ся (при скорости ветра 18.. .20 м/с величина сближения не превышает 0,23 м) и возникновение опасных сближений проводов при таких направлениях ветра исключается.
Для предотвращения опасных сближений и схлестываний проводов ВЛ 6-10 кВ при воздействии ветра разработан гаситель маятниковых колебаний проводов (рис. 2) [6].
Гаситель выполнен в виде колец 1, жестко закрепленных на проводе 2. В кольцах 1 расположен груз в виде стержня 3, снабженного ограничителями продольного перемещения 4. Перемещения стержня внутри колец синхронизируются с раскачиванием провода, а периодическая реакция, создаваемая движущимся элементом, противодействует колебаниям провода, уменьшая их амплитуды.
Л \1_ м
Рис. 2. Гаситель маятниковых колебаний проводов
Для сельских ВЛ 6-10 кВ с длиной пролета 50.60 м масса стержня гасителя составляет 7,35.8,35 Н при диаметре колец 0,12.0,15 м [7]. Длина гасителя выбирается в пределах 0,30.0,40 м.
Гасители монтируют с телескопической вышки на каждом проводе в зоне 1/2 длины пролета. При установке гасителей на двух проводах в пролете необходимо обеспечивать смещение между ними с целью уменьшения сближения гасителей при маятниковых колебаниях проводов.
Сравнительные измерения сближения двух горизонтально расположенных проводов с гасителями и без них были выполнены в течение трех лет в двух натурных пролетах. Длина каждого пролета составляла 50 м, расположение проводов треугольником, расстояние между проводами по горизонтали - 1,2 м, стрела провеса - 0,6 м, провод марки АС-50/8,0. Гасители маятниковых колебаний с расчетными параметрами монтировали на двух проводах в середине первого пролета со смещением 0,7.0,8 м. Во втором пролете гасители не устанавливались. Замеры проводились при скоростях ветра 10.18 м/с, направлениях под углом 90° к оси пролета, коэффициентах разрегулировки стрел провеса проводов - 0,2.. .0,5.
Результаты проведенных измерений показали, что расстояния между проводами при их максимальных сближениях в пролете с гасителями в 1,35.1,53 раза больше, чем в пролете без гасителей.
Таким образом, одной из причин аварийных отключений сельских ВЛ 6-10 кВ является разрегулировка стрел провеса проводов в пролете, возникающая из-за недостаточной прочности или повреждения крепления провода к изолятору и его удлинения в одном из смежных пролетов. При одинаковом удлинении провода коэффициент разрегулировки стрел провеса проводов резко увеличивается с уменьшением длины пролета. Экспериментально установлено, что расстояния между проводами при их максимальных сближениях под действием ветра уменьшаются с увеличением коэффициента разрегулировки и уменьшением длины пролета. Для снижения аварийных отключений ВЛ 6-10 кВ предложена конструкция гасителя, снижающего амплитуды маятниковых колебаний проводов при воздействии ветра, работоспособность которого доказана экспериментально в натурных пролетах. Гаситель колебаний проводов внедрен на предприятии Северных электросетей «Карагандаэнерго», на Калушском ПО «Хлорвинил» (Ивано-Франковская обл., Украина) и трех предприятиях Министерства гражданской авиации.
Список литературы
1. Кабашов В.Ю. Исследование условий возможного схлестывания проводов сельских ВЛ 6-10 кВ [Текст] / В.Ю. Кабашов // Электротехнические и
56
Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 4, т. 10, 2014
Electrical facilities and systems
информационные комплексы и системы. - 2013. -Т 9. - № 2. - С. 9-12.
2. Андриевский В.Н. Эксплуатация воздушных линий электропередачи [Текст] / В.Н. Андриевский,
A. Т Голованов, А.С. Зеличенко. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1976. - 616 с.
3. Справочник машиностроителя [Текст]: в 6 т. -3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машгиз, 1963. - Т
1. - 592 с.
4. Кабашов В.Ю. Повышение надежности сельских воздушных линий 6-10 кВ в условиях воздействия ветровых нагрузок: монография [Текст] / В.Ю. Кабашов. - Уфа: Изд-во «Здравоохранение Башкортостана», 2009. - 140 с.
5. А. с. 834386 СССР, МКИ3 G01B5/10. Устрой-
ство для измерения сближения проводов при ветре [Текст] / В.Ю. Кабашов, Р.З. Шайхитдинов (СССР). - 2815621/25-28 ; заявл. 07.09.79 ; опубл. 30.05.81,
Бюл. № 20.
6. А. с. 712884 СССР, МКИ2 H02G7/14. Гаситель колебаний проводов [Текст] / В.Ю. Кабашов, Ю.Ж. Байрамгулов. - № 2639599/24-07; заявл. 03.07.78; опубл. 30.01.80, Бюл. № 4.
7. Кабашов В.Ю. Предотвращение опасных сближений проводов сельских ВЛ 6-10 кВ [Текст] /
B. Ю. Кабашов, М.З. Нафиков // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1989. - № 1. - С. 41-42.
References
1. Kabashov V.Ju. Issledovanie uslovij vozmozhnogo shlestyvanija provodov sel'skih VL 610 kV [Tekst] / V.Ju. Kabashov // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. - 2013. - T. 9.
- № 2. - S. 9-12.
2. Andrievskij V.N. Jekspluatacija vozdushnyh linij jelektroperedachi [Tekst] / V.N. Andrievskij, A.T. Golovanov, A.S. Zelichenko. - 3-e izd., pererab. i dop.
- M.: Jenergija, 1976. - 616 s.
3. Spravochnik mashinostroitelja [Tekst]: v 6 t. -3-e izd., pererab. i dop. - M.: Mashgiz, 1963. - T. 1.
- 592 s.
4. Kabashov V.Ju. Povyshenie nadezhnosti sel'skih vozdushnyh linij 6-10 kV v uslovijah vozdejstvija vetrovyh nagruzok: monografija [Tekst] / V.Ju. Kabashov. - Ufa: Izd-vo «Zdravoohranenie Bashkortostana», 2009. - 140 s.
5. A. s. 834386 SSSR, MKI3 G01V5/10. Ustrojstvo dlja izmerenija sblizhenija provodov pri vetre [Tekst] / V.Ju. Kabashov, R.Z. Shajhitdinov (SSSR). -№ 2815621/25-28; zajavl. 07.09.79; opubl. 30.05.81, Bjul. № 20.
6. A. s. 712884 SSSR, MKI2 H02G7/14. Gasitel' kolebanij provodov [Tekst] / V.Ju. Kabashov, Ju.Zh. Bajramgulov. - № 2639599/24-07; zajavl. 03.07.78; opubl. 30.01.80, Bjul. № 4.
7. Kabashov V.Ju. Predotvrashhenie opasnyh sblizhenij provodov sel'skih VL 6-10 kV [Tekst] / V.Ju. Kabashov, M.Z. Nafikov // Mehanizacija i jelektrifikacija sel'skogo hozjajstva. - 1989. - № 1. - S. 41-42.
Electrical and data processing facilities and systems. № 4, v. 10, 2014
57
