Влияние климатических факторов на провод воздушной линии электропередачи

Воздушной линией электропередачи (ЛЭП) называется устройство для передачи и распределения электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным к опорным конструкциям с помощью изоляторов и арматуры. [1]

ЛЭП подвержены влиянию большого количества внешних воздействий из-за своей протяженности. Причинами повреждаемости воздушных линий электропередачи в основном являются следующие факторы:

• •    старение оборудования (изменение свойств материалов);

• •   недостатки проектирования;

• •   дефекты конструкции и изготовления;

• •   дефекты монтажа;

• •   недостатки эксплуатации;

• •   посторонние воздействия;

• •    климатические воздействия (атмосферные перенапряжения, изменения температуры окружающей среды, действие ветра, гололедные образования на проводах, вибрации и «пляска» проводов, загрязнение воздуха, влияние геомагнитных бурь). [2]

Отказы, вызванные влиянием климатических воздействий, составляют порядка 40 %. Самыми тяжелыми являются гололёдно-ветровые воздействия [3]. Из основных элементов ЛЭП провода стоят на первом месте по количеству причин отказов воздушных линий [2].

Для математического описания кривой провисания провода воздушной линии в пролете используется уравнение цепной линии. В [4] цепной линией называется линия равновесия абсолютно гибкой и нерастяжимой однородной нити, находящейся в поле силы тяжести.

Уравнение цепной линии имеет следующий вид:

y = a(ch^-1),                         (1)

где a – параметр, зависящий от физических данных подвешенного провода.

Параметр a отвечает за форму цепной линии (рис. 5) и определяется как

a = —,                               (2)

w где H – это горизонтальная составляющая натяжения провода,Н; w – вес единицы длины нити.

Длина цепной линии (м) определяется по следующей формуле:

L = a (sh— + sh—-—^). \   a         a /

Соотношение между ветровой нагрузкой (Па) на провода ЛЭП и скоростью ветра (— ) определяется следующим уравнением:

Pw = 0,1197 -V^

Для вычисления нагрузки ветра на единицу длины провода ( Н )

м используется следующее выражение:

^Ww = ^Pw

•

(£c+2t) 4,7244 ,

где D c – это диаметр провода, м;

t – толщина льда, если он имеется, м.

Формула для вычисления нагрузки льда на единицу длины провода (Н) м выглядит следующим образом:

Wt = 3,15976 • t • (Dc + t).

Результирующая нагрузка ветра и льда на единицу длины провода (Н) м вычисляется по следующей формуле:

Ww+t = 7(9,806652 *y + Wi)2 + (^w)2, где y - удельный вес провода, (кг).

Пример: дан провод АС-95, длина пролета ( S ) 100 м, стрела провеса провода ( D ) 15 м, точки подвеса на одном уровне. Время года – зима, толщина льда на проводе 0,5 см. Скорость ветра 2,5 м/с, параметр а равен 86,21. Найти длину провода в пролете ( L ) и результирующую нагрузку ветра и льда на единицу длины провода ( W_w+i ).

Решение.

По формуле (3) вычисляется значение длины провода в пролете:

L = 86,21 (sh

100-50

86,21+ sh  86,21

■) = 105,7 (м)

По формулам (4) и (5) определяется значение нагрузки ветра на единицу длины провода:

Pw = 0,1197 • 2,52 = 0,7481 (Па)

Ww = 0,7481 •

(0,0135 + 2 • 0,005)

= 0,001465 (Н) м

По формулам (6) и (7) определяется значение нагрузки льда и результирующая нагрузка на единицу длины провода:

W = 3,15976 • 0,005 • (0,0135 + 0,005) = 0,000292(Н) м

Ww+i = V((9,806652 * 0,385 + 0,000292)2 + (0,001465)2) = 3,77585(Н) м

Выше приведенный пример далее реализован в программе Matlab/Simulink (рис. 1). В процессе моделирования были использованы блоки из библиотек Commonly Used Blocks (Constant), Math Operations (Product, Divide, Add,Trigonometric Function), Sinks (Display).

Рисунок 1 – Модель примера в пакете Matlab/Simulink

Воздушные линии электропередачи – это основное оборудование для передачи электроэнергии до потребителя. От их технического состояния зависит надежность и качество энергоснабжения. Факторы, влияющие на состояние проводов, многочисленны и невозможно все из них предотвратить или предугадать, чтобы принять какие-то меры, поэтому необходим постоянный мониторинг за состоянием проводов.

Для анализа полученных данных от мониторинга и упрощения вычислений могут быть использованы математические модели, созданные в пакете Matlab/Simulink.