зачем расщепляют фазы в лэп
Расщепленная фаза в линиях электропередач сверхвысокого напряжения
К линиям сверхвысокого напряжения (СВН) следует относить линии, работающие под напряжением от 330 до 1150 кВ, такие линии, как правило, называют системообразующими. Совокупность межсистемных линий сверхвысокого напряжения представляет собой Единую Энергосистему страны, а также связь с энергосистемами сопредельных государств.
Необходимость применения высоких уровней напряжения обусловлена необходимостью снижения потерь, которые находятся в обратно пропорциональной зависимости от величины напряжения. Линии СВН рассчитаны на передачу значительных величин мощностей, поэтому выход из строя хотя бы одной системообразующей линии, приводит к тяжелым авариям в энергосистеме.
Из вышесказанного следует, что к надежности таких линий предъявляются самые высокие требования. Некоторые конструкционные решения позволяют повысить надежность и экономическую эффективность линий сверхвысоких напряжений.
Одной из отличительных особенностей линий СВН является применение расщепленной фазы. Каждая фаза представляет собой конструкцию, состоящую из нескольких проводов, расположенных в пространстве по вершинам правильных многоугольников.
На протяжении пролета фазного провода между опорами правильное расположение проводов в пространстве достигается установкой металлических распорок.
Количество проводов в фазе определяется расчетным путем, на основании сравнения нескольких вариантов. Исходя из опыта, установлено оптимальное количество проводов для линий СВН: 330 кВ – 2, 500 кВ – 3, 750 кВ – 4, 1150 кВ – 8.
Причины использования расщепленной фазы. Применение обусловлено здесь несколькими факторами: увеличением пропускной способности, снижением потерь на «корону», снижением напряженности и как следствие уменьшением генерации помех для высокочастотной связи.
При проектировании и строительстве межсистемных линий сверхвысоких напряжений их экономическую эффективность рассчитывают из условия передачи больших токовых нагрузок, так, например, для линий 500 кВ порядка 1000 – 1200 А, 750 кВ от 2000 до 2500 А, 1150 до 5000 А. Для перетоков такой величины сечение одинарного провода должно быть в пределах от 1000 мм2 до 4000 мм2.
Изготовление такого провода, требует специальной технологии. К тому же, транспортировка и монтаж провода такого сечения, представляется весьма не удобным и затратным. Ко всему выше сказанному можно добавить, что применение одного провода большого сечения крайне не эффективно из-за поверхностного эффекта.
Это означает, что плотность тока будет смещена к поверхности провода, а средняя часть сечения использоваться не будет. Применяя технологию расщепленной фазы, общее сечение набирают суммированием сечений отдельных проводов.
Второй причиной применения технологии расщепленной фазы является необходимость снижения напряженности, которая в свою очередь приводит к дополнительным потерям на «корону», и генерации радиопомех для высокочастотной связи.
Сверхвысокие уровни напряжений в системообразующих линиях электропередач приводят к образованию вокруг проводов электрического поля высокой напряженности, при которой возникает коронный разряд на проводах, находящийся в прямой пропорциональной зависимости от диаметра фазного провода.
Чем выше показатель уровня напряженности, при которой начинается коронный разряд, тем меньше потери на корону. Если одиночные провода небольшого сечения разместить в вершинах правильного многоугольника, то такую систему можно рассматривать как один эквивалентный провод.
При определении количества проводов в расщепленной фазе должны быть учтены и механические показатели фазного провода. По механической прочности, должны быть соблюдены нижние возможные границы диапазона суммарного сечения проводов фазы: для ВЛ 330 кВ – не менее 500 мм2, 500 кВ – 900 мм2, 750 кВ – 1200 мм2, 1150 кВ – 4000 мм2. Верхняя граница диапазона суммарного сечения фазы для 750 кВ – 2400 мм2, для ВЛ-1150 – 4000 мм2.
Однако, расчет количества проводов в фазе не сводится только к условиям коронного разряда и снижения радиопомех. При расчетах должны учитываться такие факторы, как: увеличение емкости линии, при увеличении сечения фазного провода, увеличение затрат на компенсацию реактивной мощности.
При увеличении емкости фазы возрастает и напряженность электрического поля под проводами ВЛ, а значит для снижения влияния этого поля на окружающую среду, необходимо увеличить габариты линии, за счет увеличения высоты опор, что также влияет на капиталовложения в строительство ЛЭП.
Следует учитывать, что с ростом уровней напряжения, появляется расхождение расчетов сечения по экономической плотности тока и по условиям короны. Применение расщепленной фазы является лишь одной из особенностей, отличающей линии СВН от линий с более низкими уровнями напряжений.
Для чего на линиях электропередач сверхвысокого напряжения расщепляют фазу
А вы знаете по какой причине на линиях сверхвысокого напряжения (СВН) применяют не один провод в фазе, а сразу два, четыре и даже сразу восемь проводников? Сейчас я все подробно расскажу.
Что такое СВН линии
Но для лучшего понимания вкратце расскажу, что такое СВН. К линиям сверхвысокого напряжения причисляют такие высоковольтные линии, класс напряжения оных равен: 330 кВ, 500 кВ, 750 кВ и 1150 кВ.
Линии такого напряжения также называют системообразующими, так как с помощью них происходит объединение всей энергетической системы нашей страны. Кроме этого, по таким линиям также выполняется энергосвязь с системами других стран.
Предназначение таких линий заключено в передаче больших мощностей с минимальными потерями. Из всего вышесказанного следует, что поломка одной подобной линии окажется довольно чувствительным ударом для всей энергосистемы страны.
Внешний вид линии сверхвысокого напряжения
Именно по этой причине к надежности подобных линий предъявляются достаточно строгие требования. И одним из необычных конструктивных решений, которое призвано предоставить максимально возможную надежность и решить целый комплекс серьезных проблем – это разделение одного фазного проводника на несколько отдельных.
Для чего вообще расщепляют фазу
Конструктивно расщепленная фаза – это конструкция из нескольких проводников, которые закреплены таким образом, что каждый из проводов является вершиной правильного многоугольника.
Чтобы определить, на сколько проводов нужно разделить фазу, выполняется целый комплекс расчетов. Конечно, уже давно все рассчитано, и чтобы не писать здесь кучу страшных формул, скажу, что фазы СВН в зависимости от напряжения расщепляют следующим образом:
Зачем вообще нужно расщепление
Итак, за счет расщепления фазы на несколько проводников решаются следующие задачи:
А сейчас давайте поговорим о причинах более подробно
Итак, уже ясно, что данные линии нужны для перетока огромной мощности. Так расчетная токовая нагрузка на линию 500 кВ лежит в пределах 1000-1200 А, для СВН 750 кВ уже в пределах 200-2500 А, а для самой мощной линии в 1150кВ токовая нагрузка может достигать 5000 А.
Ну а теперь на минутку вообразите, какое должно быть сечение у провода, чтобы выдержать такие огромные токи.
Согласно ему, ток будет протекать по внешнему радиусу проводника и получается, что центральная часть окажется просто не задействована.
Кроме этого, из-за повышенного напряжения вокруг такого единичного проводника будет сформировано электрическое поле высокой мощности, и это станет причиной появления коронных разрядов на проводнике.
Причем разряд имеет также прямо пропорциональную зависимость от диаметра фазного проводника.
Но, как оказалось, если расположить провода одной фазы в вершинах правильного многоугольника, то полученную таким нехитрым способом систему вполне допустимо представить как единый проводник.
Кроме этого, чем больше показатель напряженности, при котором зарождается коронный разряд, тем ниже потери на корону.
Безусловно, во время проведения подсчетов учитывается огромное количество факторов и именно по этой причине СВН уникальны в своем виде и так кардинально отличаются от привычных для многих линий 6/10/34/110/220 кВ.
Статья оказалась для вас полезной и интересной? Тогда подпишитесь на канал и оцените его. Спасибо за ваше внимание!
Расщепленные провода, их преимущества и область применения.
Появление коронного разряда на проводах линий электропередачи сопровождается потерями энергии и радиопомехами. Необходимость ограничения до приемлемых значений уровня потерь энергии и радиопомех приводит к тому, что рациональная конструкция проводов и арматуры линий электропередачи в значительной мере определяется коронным разрядом, особенно при сверхвысоких номинальных напряжениях.
Из электростатики известно, что при некотором напряжении U напряжённость поля на поверхности провода радиусом г0 при расстоянии S между проводами может быть рассчитана по формуле
Теперь можно определить напряжение, при котором возникает корона на проводе, приняв в последнем выражении Е = Екр, учтя коэффициент m получим
Таким образом, основной мерой борьбы с короной является увеличение радиуса провода. При очень высоких номинальных напряжениях пришлось бы применять провода чрезмерно большого сечения, даже если передаваемая мощность невелика. Для уменьшения потерь на корону вместо одного провода в фазе можно применить пучок проводников, находящихся друг от друга на расстоянии нескольких десятков сантиметров. Такой пучок параллельно соединенных проводников называется расщепленным проводом.
Провода расщепленной фазы располагаются в вершинах правильного многоугольника с радиусом описанной окружности гр, который называется радиусом расщепления. В этом случае эквивалентный радиус расщепленного провода может вычисляться по формуле
14. Распределение напряжения между элементами гирлянды изоляторов и способы его выравнивания.( см. МУ к лаб. раб. № 5)
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Расщепление проводов не является единственным техническим решением для снижения градиентов при заданном сечении проводов в фазе. Можно также применять провода достаточно большого диаметра, причем для сохранения заданного сечения такие провода должны быть полыми или заполненными нейтральной массой. [4]
Расщепление проводов состоит в том, что в каждой фазе подвешивают не один, а несколько проводов, суммарное сечение которых выбирают по экономической плотности тока. В СССР для дальних электропередач напряжением 500 кв применяют расщепление на три параллельных провода, расположенных в вершинах равностороннего треугольника, отстоящих друг от друга на 400 мм; индуктивное сопротивление при этом снижается на 28 % по сравнению с тем, которое было бы в линии с одним проводом в фазе. Расщепление проводов, кроме того, существенно снижает потери энергии на корону. [5]
Расщепление проводов состоит в том, что в каждой фазе подвешивают не один, а несколько проводов, суммарное сечение которых выбирают по экономической плотности тока. [6]
Расщепление проводов как бы увеличивает диаметр провода и дает возможность создать общее электрическое поле на проводах фазы, вследствие чего снижается напряженность поля у поверхности проводов и уменьшаются потери на корону и радиопомехи. [10]
Расщепление проводов на два или на три приводит к существенному усложнению расчета, так как суммарное число проводов в системе возрастает во столько же раз. Практически решение можно упростить, если внести некоторые допущения, почти не влияющие на результаты расчета. [11]
Расщепление проводов эквивалентно увеличению диаметра провода. Поэтому в случае применения расщепленных проводов емкость линии увеличивается, а индуктивность уменьшается, следовательно, волновое сопротивление линии с расщеплением фаз снижается, а натуральная мощность увеличивается. [12]
Расщепление проводов является весьма эффективным мероприятием для снижения уровня радиопомех. Оно обеспечивает возможность применения на линиях сверхвысокого напряжения конструкции фазы, состоящей из нескольких проводов относительно небольшого диаметра, которые при одинаковой напряженности электрического поля слабее генерируют радиопомехи, чем линии с толстыми проводами. [13]
Расщепление проводов позволяет значительно уменьшить индуктивное сопротивление линии. Для линии 400 кв при расщеплении каждой фазы на три провода индуктивное сопротивление 1 км ее длины уменьшается с 0 4 до 0 29 ом / км. [15]
81. С какой целью осуществляется расщепление фазы воздушных линий электропередачи сверхвысокого и ультравысокого классов напряжений?
В воздушных линиях сверхвысокого напряжения присутствуют потери активной мощности на корону (коронный разряд). Эти потери зависят во многом от погодных условий (в сухую погоду потери меньше, соответственно в дождь, изморось, снег эти потери возрастают) и расщепления провода в фазах линии. Потери на корону для линий различных напряжений имеют свои значения (для линии ВЛ 500кВ среднегодовые потери на корону составляют около ΔР=9÷11 кВт/км). Так как коронный разряд зависит от напряжённости на поверхности провода, то для уменьшения этой напряжённости в воздушных линиях сверхвысокого напряжения применяют расщепление фаз. То есть вместо одного провода применяют два и более проводов в фазе. Располагаются эти провода на равном расстоянии друг от друга. Получается эквивалентный радиус расщеплённой фазы, этим уменьшается напряжённость на отдельном проводе, что в свою очередь уменьшает потери на корону. Это уменьшает потери активной мощности! Расщепление фазы на 2, 3 и 4 провода для ВЛ 330, 500 и 750 кВ позволяет уменьшить индуктивное сопротивление фазы на 19, 28 и 33% соответственно тем самым увеличивая величину передаваемой по линии мощности.
82. На какое число составляющих обычно расщепляются фазы воздушных линий электропередачи напряжением 330–1150 кВ?
Каждая фаза ВЛ может состоять из одного провода или из нескольких проводов
(расщепленная фаза). Диаметр используемых проводов находится, как правило, в пределах
от 1,5 до 3,5 см. Расщепление фазы осуществляют на линиях напряжением 330 кВ и выше.
Это делается для уменьшения напряженности электрического поля на поверхности
проводов, составляющих фазу ВЛ, и снижения до допустимых пределов эффектов короны
(частичных разрядов в воздухе вблизи поверхности проводов), определяющих потери
мощности и радиопомехи. Примеры конструкции фазы, расщепленной на два провода (ВЛ
330 кВ) и на три провода (ВЛ 500 кВ), на четыре провода (ВЛ 750 кВ) показаны на рис.
83. Каким механическим и атмосферным воздействиям должны противостоять элементы конструкции воздушных линий электропередачи?
При проектировании конструктивной части ВЛ, сооружаемых на унифицированных и типовых опорах, выбираются конкретные конструкции опор всех необходимых типов, осуществляется их расстановка по трассе и проверка на прочность в расчетных режимах. Дополнительно проводится проверка проводов и грозозащитных тросов по условиям механической прочности. При этом определяются:
механические нагрузки и силы, действующие на провода и тросы;
механические напряжения проводов и тросов в различных точках и
наибольшие стрелы провеса.
Повреждаемость ВЛ в основном объясняются следующими климатическими причинами.
Атмосферные перенапряжения на линиях возникают из-за грозовых явлений. При таких кратковременных перенапряжениях часто возникают пробои изоляционных промежутков и в частности перекрытие изоляции, а иногда и ее разрушение или повреждение. Перекрытие изоляции обычно сопровождается возникновением дуги, которая поддерживается и после перенапряжения, т.е. при рабочем напряжении. Образование дуги означает короткое замыкание, поэтому место повреждения надо автоматически отключать. Атмосферные перенапряжения, определяющие уровень изоляции в сетях до 220 кВ обычно более опасны, чем коммутационные.
Изменения температуры воздуха достаточно велики, интервал может быть от —40 до +40 °С, кроме того, провод ВЛ нагревается током и при экономически целесообразной мощности температура провода на 2..5° выше, чем воздуха. Понижение температуры воздуха увеличивает допустимую по нагреву температуру и ток провода. Одновременно с этим при понижении температуры уменьшается длина провода, что при фиксированных точках закрепления повышает механические напряжения.
Повышение температуры проводов приводит к их отжигу и снижению механической прочности. Кроме того, при повышении температуры провода удлиняются и увеличиваются стрелы провеса. В результате могут быть нарушены габариты и изоляционные расстояния, т. е. снижены надежность и безопасность работы ВЛ.
Действие ветра приводит к появлению дополнительной горизонтальной силы, следовательно, к дополнительной механической нагрузке на провода, тросы и опоры. При этом увеличиваются тяжения проводов и тросов и механические напряжения их материала. Появляются также дополнительные изгибающие усилия на опоры. При сильных ветрах возможны случаи одновременной поломки ряда опор линии.
Гололедные образования на проводах возникают в результате попадания капель дождя и тумана, а также снега, изморози и других переохлажденных частиц. Гололедные образования приводят к появлению значительной механической нагрузки на провода, тросы и опоры в виде дополнительных вертикальных сил. Это снижает запас прочности проводов, тросов и опор линий. На отдельных пролетах изменяются стрелы провеса проводов, провода сближаются, сокращаются изоляционные расстояния. В результате гололедных образований возникают обрывы проводов и поломки опор, сближения и схлестывания проводов с перекрытием изоляционных промежутков не только при перенапряжениях, но и при нормальном рабочем напряжении.
Вибрация — колебания проводов с высокой частотой (5+50 Гц), малой длиной волны (2..10 м) и незначительной амплитудой (2..3 диаметра провода). Эти колебания происходят почти постоянно и вызываются слабым ветром, из-за чего появляются завихрения потока, обтекающего поверхность провода воздуха. Из-за вибраций наступает «усталость» материала проводов и происходят разрывы отдельных проволочек около мест закрепления провода близко к зажимам, около опор. Это приводит к ослаблению сечения проводов, а иногда и к их обрыву.
«Пляска» проводов — это их колебания с малой частотой (0,2..0,4 Гц), большой длиной волны (порядка одно го-двух пролетов) и значительной амплитудой (0,5..5 м и более). Длительность этих колебаний, как правило, невелика, но иногда достигает нескольких суток. Пляска проводов обычно наблюдается при сравнительно сильном ветре и гололеде, чаще на проводах больших сечений. При пляске проводов возникают большие механические усилия, действующие на провода и опоры и часто вызывающие обрывы проводов, а иногда и поломку опор. При пляске проводов сокращаются изоляционные расстояния, из-за большой амплитуды колебаний в некоторых случаях провода схлестываются, из-за чего возможны перекрытия при рабочем напряжении линии. Пляска проводов наблюдается сравнительно редко, но приводит к наиболее тяжелым авариям ВЛ.
Загрязнение воздуха. Опасное для работы ВЛ загрязнение воздуха вызвано присутствием частичек золы, цементной пыли, химических соединений (солей) и т. п. Осаждение этих частиц на влажной поверхности изоляции линии и электротехнического оборудования приводит к появлению проводящих каналов и к ослаблению изоляции с возможностью ее перекрытия не только при перенапряжениях, но и при нормальном рабочем напряжении.
Загрязнение из-за большого наличия солей в воздухе на побережье моря может привести к активному окислению алюминия и нарушению механической прочности проводов.