Исследование причин отключения высоковольтных линий электропередач

Аннотация. В данной статье рассмотрены основные причины отключения линий электропередач. Дано определение линии электропередачи. Перечислены основные факторы, которые приводят к повреждениям и отключению линий электропередач. Полноценным образом изучена характеристика и сущность каждой причины отключения электроэнергии. В заключении описаны самые распространённые причины отключения линий электропередач.
Ключевые слова: линия электропередачи, электричество, изоляция, провода, напряжение.
Abstract. This article discusses the main reasons for disconnecting power lines. The definition of a power line. The main factors that lead to damage and disconnection of power lines are listed. The characteristic and essence of each cause of a power outage has been fully studied. In conclusion, the most common causes of power line outages are described.
Keywords: power line, electricity, insulation, wires, voltage.
В современное время электричество является одним из самых необходимых человечеству ресурсов. Оно в значительной степени упрощает жизнедеятельность человека, делая её более интересной и полезной. Однако зачастую линии электропередачи подвергаются отключению, вследствие чего могут возникнуть негативные последствия. Такие отключения определены причинами различного характера и проблемами, связанными непосредственно с повреждениями линий электропередач.
Собственно линия электропередачи (ЛЭП) представляет собой один из элементов электрической сети, систему энергетического оборудования, которая предназначена непосредственно для передачи электроэнергии при помощи электрического тока.
Высоковольтные линии электропередач могут отключаться вследствие различных причин. По большей части причины отключения линий электропередач определяются именно повреждениями на этих линиях, что обусловлено разными факторами, основными из которых являются следующие:
- изменение температуры окружающей среды;
- вибрация;
- гололедные образования на проводах;
- «пляска» проводов;
- действие ветра;
- перенапряжение (атмосферные и коммутационные);
- загрязнение воздуха [1, с. 48].
Вышеперечисленные факторы оказывают негативное воздействие на линии электропередач, в результате чего они сильно повреждаются и практически во всех случаях отключаются. Все эти причины отключения линий электропередач являются довольно распространёнными и могут возникать в любой местности. Самыми часто встречающимися причинами являются природные явления и атмосферные перенапряжения, в особенности воздействие ветра и гололедные образования.
Одной из основных причин отключения линий электропередач являются перенапряжения, связанные с атмосферными воздействиями, которые появляются вследствие такого природного явления, как гроза. Данный вид перенапряжения имеет кратковременное действие. Именно вследствие данного воздействия могут появиться пробои в изоляции, а также проблемы в перекрытии линий электропередач, в более редких случаях могут возникнуть проблемы серьёзного повреждения или полного разрушения изоляции. Перекрытие изоляции сопровождается непосредственно появлением электрической дуги, действие которой может продолжаться и после возникновения перенапряжения, то есть при рабочем напряжении. Появление дуги определяет короткое замыкание, вследствие чего крайне важно иметь налаженную автоматическую систему отключения линии электропередач в местах повреждения.
Во время включения или соответственно отключения выключателей могут появиться так называемые коммутационные (иначе говоря, внутренние) перенапряжения. Их действие на изоляцию устройств сети является таким же, как и на изоляцию вследствие перенапряжений атмосферного характера. Само место перекрытия требует срочного отключения в автоматическом режиме.
Стоит отметить, что для сетей, обладающих напряжением до 220 кВ, считаются наиболее опасными перенапряжения атмосферного характера. В свою очередь коммутационные перенапряжения несут опасность для сетей, имеющим напряжение от 330 кВ и выше [4, с. 13].
Ещё одним фактором, который может оказать негативное воздействие на линии электропередач, является изменение температуры окружающей среды. Стоит отметить, что температура может изменяться в диапазоне от -40° до +40°. Собственно течение тока в проводах имеет температуру на 2-5°С выше, чем температура воздуха. Если температура воздуха будет снижаться, то значительным образом будет увеличиваться допустимое плюсовое значение температуры в проводах, вследствие чего они могут подвергаться очень сильному нагреву. В том случае, если температура будет снижаться вместе с увеличением допустимого предела нагрева температуры в проводах, их длина будет уменьшаться. Это обуславливает повышение напряжения механического характера. Результатом повышения температуры проводов может стать их полный отжиг или снижение самой прочности проводов. Также при повышении температуры провода начинают значительно удлиняться и увеличиваться стрелы провеса. Вследствие этого могут существенно нарушаться изоляционные расстояния, а также границы воздушной линии, то есть будет серьёзным образом снижена безопасность и надежность работы линии электропередачи [2, с. 69]. Таким образом, изменение температуры вызывает отключение линий электропередач в результате появляющихся повреждений.
Ветер также задает негативное влияние на воздушные линии и может стать фактором их отключения. Данная причина отключения линии электропередачи является самой распространённой и часто встречающейся, поскольку явление ветра происходит в любое время года. Достаточно сильный ветер приводит к появлению давления на провода, тросы и опоры. Во время действия сильных порывов ветра возникают сильные влияния изгибающего характера на опоры. Такое сильное давление может вызвать серьёзную поломку или даже падение опор с вырыванием фундаментной основы из грунта. При этом провода и тросы начинают утяжеляться, возникают напряжения механического характера их материала. При особо сильных порывах ветра могут подвергаться повреждениям сразу несколько опор линий электропередач.
Вследствие попадания каких-либо осадков на провода появляются гололедные покрытия на них. Данные явления приводят к появлению существенной дополнительной нагрузки, а также к понижению прочности проводов, различных опор линий электропередач. На некоторых пролетах может возникнуть изменение стрелы провеса проводов, сокращение изоляционных расстояний. Следствием образования гололедного покрытия являются срывы проводов и разлом опор. Провода могут сильно сближаться и путаться между собой, перекрывая тем самым промежутки в изоляции. Таким образом, гололедные покрытия на проводах вызывают существенную нагрузку на них, вследствие чего может произойти отключение электроэнергии.
Следующей причиной отключения линий электропередач является вибрация. Собственно вибрация проводов представляет собой их колебания с достаточно высокой частотой (5-50 Гц), малой длиной волны (2-10 м) и малой амплитудой (2-3 диаметра провода). Наиболее подвержены вибрации такие провода, которые располагаются на открытой местности, когда равномерное движение ветра не нарушается сооружениями и рельефом. Опасностью вибрации является так называемая «усталость» материала проводов, а также разрывы некоторых закрепляющих проволочек в определенных местах, находящихся непосредственно рядом с зажимами у опор. Это может приводить не только к снижению прочности проводов, но и иногда к их обрыву.
К причинам отключения линий электропередач относится также так называемая «пляска» проводов. Данное явление представляет собой колебания провода с малой частотой (0,2-0,4 Гц), большой длиной волны и большой амплитудой колебания (0,5-5 м и более). Их длительность зачастую является небольшой, но в некоторых моментах она может превышать несколько дней. «Пляска» проводов может происходить при сильных порывах ветра, зачастую на проводах, обладающих большим сечением. Такое явление может спровоцировать схлестывание проводов, вызывать серьёзные динамические усилия в линейной арматуре опор и траверсах, возможны появления повреждений изоляторов, а также заброс гирлянд изоляторов на траверсу. «Пляска» проводов может являться причиной длительного выхода из работы линий электропередач. При этом очень сокращаются расстояния в изоляции, из-за большой амплитуды колебаний провода могут подвергаться сильному схлестыванию между собой, вследствие чего возможны появления перекрытий при рабочем напряжении линии [3, с. 112]. Кроме того, «пляска» проводов зачастую сопровождается сильными порывами ветра. Тем самым, данное явление в большинстве случаев приводит к отключению линии электропередачи.
Существенно опасным влиянием для работы линий электропередач может стать загрязнение воздуха. Оно может быть обусловлено присутствием мелких частиц пыли, каких-либо химических соединений и др. В том случае, если данные части будут осаждаться на проводах, в особенности на влажных, то это приведёт к сильному ослаблению изоляции проводов. Вследствие этого может появиться значительное перенапряжение линий электропередач. По большей части данная причина отключения линий электропередач распространена в летнее время, когда пыль с дорог посредством ветра или движения транспортных средств может подниматься до уровня проводов.
Значительный вред на воздушные линии электропередач оказывает также и загнивание древесины в деревянных опорах. Это происходит вследствие попаданий молнии на опоры, где в итоге появляется так называемый раскол тела опор. Кроме того, на работу воздушных линий электропередач оказывают негативное воздействие свойства грунта. Также негативное влияние на работу линий электропередач могут оказать птицы, которые имеют возможность оборвать провода, запутаться в них и т.д. Это может привести к отключению линии электропередачи. Тем самым, множество различных факторов окружающей среды могут оказывать отрицательное влияние на качественную работу линий электропередач. Зачастую данные факторы приводят к негативным последствиям и могут спровоцировать отключение линии электропередачи.
Таким образом, линии электропередач подвержены воздействию самых различных факторов, которые оказывают какое-либо действие на них. Многие факторы несут угрозу отключения линии электропередач. Зачастую при негативном воздействии всех рассмотренных причин происходит обрыв или сильное повреждение проводов. Основными причинами аварийных отключений воздушных линий являются атмосферные воздействия и физические явления (например, вибрация). Самыми распространёнными причинами отключения электроэнергии считаются метеорологические условия (действие ветра, грозы, молнии), обрыв и схлестывание проводов, повреждение изоляторов и т.д.
Список использованной литературы:
Комолов, A.A. Совершенствование методов контроля технического состояния внешней изоляции системы тягового электроснабжения по току утечки: дис. канд. тех. наук: 05.14.12 / A.A. Комолов. – Томск. - 2013. – 189 с.
Пименов, П.В. Исследование работы высоковольтной изоляции в условиях атмосферных увлажнений / П.В. Пименов /Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. - Новосибирск - 1989. - 168 с.
Правила устройства электроустановок, 7-е изд. Раздел 1. Глава 1.9 «Изоляция электроустановок». - М.: НЦ ЭНАС- 2002. – 20 с.
Техника высоких напряжений: учебник для ВУЗов / И.М. Богатенков, Ю.Н. Бочаров и др.; Под ред. Г.С. Кучинского. - СПб.: Энергоатомиздат, Санкт-Петербургское отд-ние.- 2003. - 608 с.