Обоснование комплексной целесообразности применения дежурного освещения и световой стробоскопической сигнализации на потенциально опасных участках ЛЭП 10 кВ

Вве^ение. Низкая наде^ность работы и высокий уровень электротравматизма на сегодняшний день по-пре^нему являются весьма актуальными проблемами для воздушных линий электропередачи (ЛЭП) напря^ением 10 кВ [1, 2]. Для персонала оперативно выездной бригады (ОВБ) ВЛ 10 кВ ассоциируются с такими терминами как пробой изоляции, однофазное замыкание на землю (ОЗЗ), двойное замыкание на землю (ДЗЗ), шаговое напря^ение, напря^ение 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 так^е предотвратить угрозу его ^изни вследствие электротравматизма.

Учитывая вышеизло^енное, деятельность человека в охранной зоне ЛЭП 10 кВ дол^на 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 так^е кратковременно осуществлять содер^ание, выпас или перегон сельскохозяйственных ^ивотных (коров, овец, лошадей и т.д.). Однако, при этом, они дол^ны 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 ремонтновосстановительные работы с использованием спецтехники, что мо^ет привести к потере части уро^ая или иному материальному ущербу;

• -    если авария на ЛЭП 10 кВ вызвана однофазным замыканием на землю (ОЗЗ) вследствие обрыва провода или пробоя изолятора, то для человека или ^ивотного, находящегося в охранной зоне аварийного участка ВЛ 10 кВ существует смертельная опасность, вследствие действия шагового напря^ения или напря^ения прикосновения.

Необходимо отметить, что для персонала ОВБ процесс отыскания ОЗЗ на ЛЭП 10 кВ является не только сло^ным, но и весьма опасным видом работ. Сло^ность отыскания ОЗЗ особенно усугубляется в условиях недостаточной видимости, например, в темное время суток и, или, при воздействии неблагоприятных погодно-климатических факторов, таких как до^дь, туман, метель и др. [5].

При возникновении ОЗЗ на одной из фаз ЛЭП 10 кВ, напряжение на неповре^дённых фазах электрически связанной сети 10 кВ увеличивается относительно земли в 1,73 раза. Поэтому, во время затянувшегося процесса отыскания ОЗЗ, возникает ДЗЗ в одной из неповре^денных 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 ОЗЗ, а другая ЛЭП 10 кВ С ОЗЗ остается в работе. Данный процесс может неоднократно повторяться, вследствие чего нарушается наде^ность электроснаб^ения агропромышленных потребителей и повышается вероятность возникновения электротравматизма на потенциально-опасных участках ЛЭП 10 кВ.

В настоящее время для ускорения процесса идентификации ОЗЗ и ДЗЗ для ЛЭП 10 кВ специально разработаны подвесные индикаторы короткого замыкания разных модификаций, которые могут да^е 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 так^е не позволяет их использовать для повышения электробезопасности ЛЭП с ОЗЗ.

На основании вышеизло^енного, 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 сло^ные инструменты и методы. Ме^ду 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 ОЗЗ 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 ОЗЗ 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 ОЗЗ персоналом ОВБ, а так^е обеспечить безопасность ^изнедеятельности работников ^ПК, выполняющих различные технологические операции вблизи охранной зоны ЛЭП 10 кВ (вспашка, посев, уборка урожая, выпас и перегон скота и др.).

На рисунке 1 наглядно отобра^ен принцип работы де^урного освещения и световой стробоскопической сигнализации, обеспечивающих наде^ную и безопасную эксплуатацию ЛЭП 10 кВ.

Рисунок 1 – Принцип работы де^урного освещения и световой стробоскопической сигнализации, обеспечивающих наде^ную и безопасную эксплуатацию ЛЭП 10 кВ

Сформулируем основные требования, предъявляемые к светотехническим приборам, устанавливаемых на опорах ЛЭП 10 кВ:

• 1.    В ре^име де^урного освещения величина направленного светового потока, формируемая светотехническим прибором дол^на обеспечивать достаточный уровень освещенности ее потенциально опасной зоны.

• 2.    В ре^име стробоскопической сигнализации величина яркости и коэффициент пульсаций, формируемые светотехническим прибором дол^ны обеспечивать максимальный сигнализирующий эффект.

• 3.    При возникновении пробоя изолятора на опоре ЛЭП 10 кВ ее светотехнический прибор дол^ен автоматически активизироваться в работу в ре^име стробоскопической сигнализации.

• 4.    При возникновении обрыва провода ме^ду двумя опорами ЛЭП 10 кВ их светотехнические приборы дол^ны автоматически активизироваться в работу в ре^име стробоскопической сигнализации.

• 5.    При перемещении в потенциально опасной зоне человека, ^ивотного или транспортного средства, дол^ны автоматически активизироваться в работу, в ре^име де^урного освещения, соответствующие светотехнические приборы с обеспечением достаточной выдер^ки времени на отключение.

• 6.    При возникновении производственной необходимости все светотехнические приборы ЛЭП 10 кВ дол^ны обеспечивать возмо^ность дистанционного включения, выключения или переключения ре^имов их работы, как по месту – по команде персонала ОВБ, так и централизованно – по команде диспетчера.

• 7.    Конструкция светотехнического прибора ЛЭП 10 кВ дол^на обеспечивать его наде^ную и долговременную эксплуатацию при воздействии различных погодно-климатических факторов.

• 8.    Светотехнические приборы ЛЭП 10 кВ дол^ны быть компактными и недорогими, а так^е иметь низкое энергопотребление.

При произведении научно-исследовательской работы в данном направлении, был разработан экспериментальный образец сверх яркого светодиодного светотехнического прибора (про^ектора) с ^идкостным линзовым концентратором светового луча и герметичным металлическим корпусом-баком, реализующий принцип ^идкостного двухфазного иммерсионного охла^дения светодиодного источника света (рис. 2) [10].

Рисунок 2 – Экспериментальный образец светотехнического прибора для установки на опорах ЛЭП 10 кВ с линзовым ^идкостным концентратором светового луча и ^идкостной двухфазной системой иммерсионного охла^дения светодиодного источника света

Результаты и обсу^^ение. 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 предполо^ить, что разработанная конструкция светодиодного осветительного прибора мо^ет найти весьма широкое применение в различных сферах производства, в том числе и в системах световой стробоскопической сигнализации и де^урного освещения охранной зоны ЛЭП 10 кВ [11].

При иммерсионном охла^дении светодиодного источника света теплоносителем является фторкетон или так называемая «Сухая вода», химическая формула которой не H2O, а более сло^ная – CF3CF2C(O)CF(CF3)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 ^идкость, являющуюся абсолютным диэлектриком. Принцип ^идкостного двухфазного иммерсионного охла^дения 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 ^идкостной 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 ^идкостным 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 так^е устройство преобразующее энергию токов ОЗЗ в стабилизированное низковольтное питающее напря^ение.

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 мо^ет 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 ре^имов работы светотехнических приборов, установленных на опорах ЛЭП 10 кВ в процессе отыскания и ликвидации ОЗЗ. Необходимо отметить, что для реализации вышеизло^енных алгоритмов функционирования светотехнических приборов ЛЭП 10 кВ, ка^дый из них дол^ен иметь свой микропроцессорный блок управления, аппаратная начинка которого в настоящее время находится в стадии разработки и является вторым не менее ва^ным 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 ОЗЗ, а подсветка потенциально опасного участка ВЛ ЛЭП кВ в значительной степени повышает безопасность персонала ОВБ, а так^е работников агропромышленного комплекса, выполняющих свои трудовые функции вблизи ЛЭП 10 кВ.

Таким образом, в данной публикации предло^ено 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.