Коронирование проводов

Корона на проводах и защита от нее

Коронный разряд − один из видов самостоятельного разряда в воздухе. Этот разряд возникает в условиях резко неоднородного электрического поля в ограниченном объеме воздуха, прилегающем к проводу, где напряженность электрического поля En достаточна для ударной ионизации. Во всем остальном объеме воздуха Е значительно ниже, чем в активной зоне, поэтому ударная ионизация здесь невозможна. Глубина активной зоны у проводов порядка 1 см.

Начальная напряженность коронного разряда определяется для проводов радиусом r по формуле :

,

где − плотность воздуха, m − коэффициент гладкости провода.

На линиях электропередач применяются провода, свитые из большого числа проволок. Для проводов различных марок коэффициент гладкости равен m= 0,82−0,94.

Корона бывает местной и общей. Местная корона возникает на неровностях провода ЛЭП, она допустима. А вот общая корона, которая возникает по всему периметру провода, недопустима по следующим причинам:

1. Она приводит к большим потерям.

2. Вызывает радиопомехи и акустический шум.

3. Приводит к коррозии провода.

Корона на проводе возникает, если радиус провода меньше минимально допустимого. Напряженность на проводе зависит от радиуса провода

где Со, U −емкость и напряжение провода по отношению к земле;

εо − диэлектрическая проницаемость вакуума.

Для ЛЭП–110 кВ минимальным сечением является АС–70, при меньшем сечении начинается корона. А для ЛЭП–220 кВ минимальным сечением является АС–260.

Для напряжения 330 кВ и выше по условию возникновения короны необходимы провода очень большого диаметра, значительно превышающий диаметр провода, выбранный из условия передачи по линии заданной мощности. Для этих напряжений можно применять расширенные провода. Они имеют очень большой диаметр, при котором обеспечивается необходимое снижение напряженности поля на их поверхности (ниже напряженности коронирования), а для сокращения площади поперечного сечения их делают полыми или со стеклопластиковой сердцевиной.

Другое решение, получившее в настоящее время широкое распространение, было предложено еще в 1910 году академиком В.Ф. Миткевичем и состоит в применении расщепленных проводов фаз. В этом случае каждая фаза линии состоит вместо одного провода большого диаметра из нескольких параллельных проводов относительно малого диаметра, расположенных на равных расстоянии по окружности (рис.3.1).

а) б)

Рис.3.1. Расщепление провода (а) и подвеска провода ЛЭП−500 кВ (б)

Cуществует оптимальное число фаз расщепления: на 330 кВ – 2 составляющих; на 500 кВ – 3 (рис.3.1б); на 750 кВ – 4; на 1150 кВ – 8.

Но наибольшее влияние на максимальную напряженность электрического поля провода оказывает диаметр расщепления (рис.3.2).

Рис. 3.2. Зависимость максимальной напряженности электрического поля провода от диаметра расщепления

На 500 кВ Dопт «30 см, а на 1150 кВ Dопт «80 см. Уменьшение диаметра менее Dопт приводит к резкому возрастанию Е и коронированию. А небольшое увеличение свыше Dопт существенно не увеличивает максимальной напряженности, но уменьшает индуктивность провода. Поэтому на 500 кВ обычно принимают D «40 см, а на 1150 кВ D «100 см.

При выборе проводов для линий электропередачи 500−1150 кВ переменного тока большой протяженности должны учитываться и другие негативные проявления короны, которые могут оказывать существенное влияние на окружающую среду.

Это: во-первых, характерное шипение и гул, создающие возрастающие с ростом числа составляющих акустические шумы, неприятно воспринимаемые населением, живущим вблизи линии, в особенности при слабом дожде, мокром снеге и конденсированной влаге, когда образуется общая корона на многочисленных каплях, осевших на проводах. Этот гул не должен превосходить нормированного уровня на краю регламентируемой полосы от крайних проводов.

Во-вторых, возникающие на положительном полупериоде напряжения многочисленные стримерные разряды длиной несколько сантиметров в местах концентрации напряженности электрического поля на проводе, порождают короткие импульсы тока (с фронтом 10−100 нс и хвостом волны порядка 100 нс), которые, в свою очередь, возбуждают синусоидальные высокочастотные токи в проводе. В силу этого воздушные линии электропередачи являются источником помех радиоприему. Чем выше напряженность Ео на поверхности провода, тем больше на нем источников стримерных разрядов и тем выше уровень радиопомех. Частотный спектр радиопомех в важном для радиоприема диапазоне (100 кГц−10 МГц) обнаруживает монотонное снижение уровня радиопомех с увеличением частоты. На одной и той же частоте уровень радиопомех быстро снижается по мере удаления от крайних проводов линии. Величина Еo на поверхности проводов воздушных линий 500 и 750 кВ должна быть выбрана так, чтобы за пределами нормированной зоны от крайних проводов был бы возможен устойчивый радиоприем в преобладающую часть года. Для уменьшения радиопомех требуется тщательно сконструированная и проверенная линейная арматура, исключающая общую корону на ее узлах.

Коронный разряд

У этого термина существуют и другие значения, см. Разряд. Коронный разряд на защитном кольце (экране) высоковольтной воздушной линии электропередачи напряжением 500 кВ Коронный разряд на зубцах металлической шестерни Коронный разряд на обмотке высоковольтной катушки

Коро́нный разря́д — это самостоятельный газовый разряд, возникающий в резко неоднородных полях у электродов с большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Зона вблизи такого электрода характеризуется значительно более высокими значениями напряженности поля по сравнению со средними значениями для всего промежутка. Когда напряжённость поля достигает предельного значения (для воздуха около 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид короны. При коронном разряде ионизационные процессы происходят только вблизи коронирующего электрода. Коронный разряд возникает при сравнительно высоком давлении воздуха (порядка атмосферного).

В природных условиях коронный разряд может возникать на верхушках деревьев, мачтах — так называемые огни святого Эльма.

Механизм коронного разряда

Электрон, возникший при случайной ионизации нейтральной молекулы, ускоряется в электрическом поле и приобретает энергию, достаточную для того, чтобы при столкновении со следующей молекулой ионизовать её. В результате происходит лавинное увеличение числа заряженных частиц.

Если коронирующее остриё является катодом, такую корону называют отрицательной. В отрицательной короне ионизационные лавины направлены от острия. Воспроизведение свободных электронов обеспечивается здесь за счёт термоэмиссии из коронирующего электрода. На некотором удалении от острия, там где электрическое поле является недостаточным, чтобы обеспечивать лавинную ионизацию, электроны рекомбинируют с нейтральными молекулами, образуя отрицательные ионы, которые и являются носителями тока во внешней области.

Если коронирующее остриё является анодом, такую корону называют положительной. В положительной короне электроны притягиваются к острию, а ионы отталкиваются от него. Воспроизведение электронов, запускающих ионизационную лавину, обеспечивают вторичные фотопроцессы в газе вблизи от острия. Вдали от коронирующего электрода электрическое поле является недостаточным, чтобы обеспечивать лавинную ионизацию. Носителями тока в этой области являются положительные ионы, движущиеся от острия к отрицательному электроду. В отличие от ровного свечения отрицательной короны, в положительной короне иногда наблюдаются разбегающиеся от острия стримеры, которые при увеличении напряжения превращаются в искровые каналы.

95.Схемы замещения линий электропередачи. Параметры схемы замещения.

В большинстве случаев можно полагать, что параметры линии электропередачи (активное и реактивное сопротивления, активная и емкостная проводимости) равномерно распределены по ее длине. Для линии сравнительно небольшой длины распределенность параметров можно не учитывать и использовать сосредоточенные параметры: активное и реактивное сопротивления линии и , активную и емкостную проводимости линии и . Воздушные линии электропередачи напряжением 110 кВ и выше длиной до 300- 400 км обычно представляются П-образной схемой замещения (рис. 2.1).

Рис. 2.1. П-образная схема за¬мещения воздушной линии электропередачи

Активное сопротивление определяется по формуле , (2.1)

где -удельное сопротивление, Ом/км, при температуре провода +20 °С; -длина линии, км.

Реактивное сопротивление определяется следующим об­разом:, (2.2)

где — удельное реактивное сопротивление, Ом/км.

Удельные индуктивные сопротивления фаз воздушной линии в общем случае различны. При расчетах симметрич­ных режимов используют средние значения .

, (2.3)

где -радиус провода, см; -среднегеометрическое расстояние между фазами, см, определяемое следующим выражением:, (2.4)

где -расстояние между проводами соответ­ственно фаз . Например, при расположении фаз по углам равностороннего треугольника (рис. 2.2, а) со сто­роной среднегеометрическое расстояние равно .

Активная проводимость линии соответствует двум ви­дам потерь активной мощности: от тока утечки через изо­ляторы и на корону.

Токи утечки через изоляторы малы, и потерями мощно­сти в изоляторах можно пренебречь. В воздушных линиях напряжением 110 кВ и выше при определенных условиях напряженность электрического поля на поверхности про­вода возрастает и становится больше критической. Воздух вокруг провода интенсивно ионизируется, образуя свече­ние — корону. Короне соответствуют потери активной мощ­ности. Наиболее радикальным средством снижения потерь мощности на корону является увеличение диаметра прово­да. В связи этим задаются наименьшие допустимые се­чения по короне: на 110 кВ-70 , 150 кВ-120 , 220кВ-240.

Емкостная проводимость линии обусловлена емко­стями между проводами разных фаз и емкостью провод- земля и определяется следующим образом:, (2.6)

где -удельная емкостная проводимость, См/км, которая может быть определена по справочным таблицам или по следующей формуле:. (2.7)

Для большинства расчетов в сетях 110-220 кВ линия электропередачи обычно представляется более простой схемой замещения (рис. 2.3,6). В этой схеме вместо ем­- костной проводимости (рис.2.3, а) учитывается реактивная мощность, генерируемая емкостью линий. Половина ем­- костной мощности линии, Мвар, равна , (2.8)

где и -фазное и междуфазное напряжение, кВ; — емкостный ток на землю, .

Рис. 2.3. Схемы замещения линий электропередачи:а ,б-воздушная линия 110-330 кВ с емкостной проводимостью и с реактивной мощностью, генерируемой емкостью линий; в-воздушная линия кВ; г-кабельная линия кВ

Из (2.8) следует, что мощность , генерируемая лини­ей, сильно зависит от напряжения. Чем выше напряжение, тем больше емкостная мощность.

Для воздушных линий напряжением 35 кВ и ниже ем­костную мощность можно не учитывать (рис. 2.3, б). Для линий кВ при длине более 300-400 км для оп­ределения параметров П-образной схемы замещения учи­тывают равномерное распределение сопротивлений и про­водимостей вдоль линии (гл. 7).

Кабельные линии электропередачи представляют такой же П-образной схемой замещения, что и воздушные ли­нии (рис. 2,1). Удельные активные и реактивные сопротив­ления определяют по справочным таблицам, так же как и для воздушных линий. Из (2.3), (2.7) видно, что уменьшается, а растет при сближении фазных прово­дов. Для кабельных линий расстояния между проводами значительно меньше, чем для воздушных, и очень мало. При расчетах режимов для кабельных сетей напряжением 10 кВ и ниже можно учитывать только активное сопротив­ление (рис. 2.3,г).

  1. Схемы замещения двухобмоточных трансформаторов. Параметры схемы замещения.

Двухобмоточный трансформатор (рис. 2.4, а) можно представить в виде Г-образной схемы замещения (рис. 2.4, б). Продольная часть схемы замещения содержит и -активное и реактивное сопротивления трансформа­тора.

Рис. 2.4. Двухобмоточный трансформатор

а-условное обозначение; б-Г-образная схема замещения; в-упрощенная схе­ма замещения

Поперечная ветвь схемы (ветвь намагничивания) со­стоит из активной и реактивной проводимостей и . Активная проводимость соответствует потерям активной мощности в стали трансформатора от тока намагничива­ния (рис. 2.4, б). Реактивная проводимость определяет­ся магнитным потоком взаимоиндукции в обмотках транс­форматора.

Для каждого трансформатора известны следующие параметры (каталожные данные): -номинальная мощность, МВ·А; -номинальные напряже­ния обмоток высшего и низшего напряжений, кВ; — активные потери холостого хода, кВт; % -ток холосто­го хода, % ; -потери короткого замыкания, кВт; % -напряжение короткого замыкания, % . По этим данным можно определить все параметры схемы замеще­ния трансформатора (сопротивления и проводимости), а также потери мощности в нем.

Проводимости ветви намагничивания определяются ре­зультатами опыта холостого хода.

АКТИВНАЯ И ЕМКОСТНАЯ ПРОВОДИМОСТИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

Под действием электростатического поля возникающего между фазовыми проводами линий, а также между этими проводами и землей, в диэлектрике, окружаю­щем токоведущие элементы воздушных или кабельных линий возникают токи смещения. В линиях переменного тока эти токи имеют синусоидальный характер.

Рис. 2.10. Схема замещения линии напряжением 6—35 кВ

Линии более высоких напряжений (110 кВ и выше, рис. 2.11) имеют, как правило, большую протяженность и обла­дают помимо активного и индуктивного сопротивлений еще и активной Gл и реактивной Вл проводимостями, которые необходимо учитывать при расчете этих линий.

Активная проводимость линии Gл обусловлена активны­ми потерями на корону. Коронирование проводов приводит к ряду нежелательных последствий: снижению к. п. д., усиленному окислению поверхности проводов, появлению радиопомех. Поэтому для сооружения воздушных линий применяют только такие провода, диа­метр которых при том или ином номинальном напряжении определяет меньшую напряженность поля, нежели это требуется для заметного развития короны. Увеличение внешнего
диаметра провода сверх предельных значений, позволяет не считаться с короной при расчетах электрических сетей и учитывать соответствующих потерь мощности в расчетных схемах. Одним из факторов, влияющих на уменьшение потерь от короны, является увеличение сечения провода воздуш­ной линии. Поэтому при выборе проводов воздушных линий напряжением 110 кВ и выше из условия допустимых по­терь на корону следует принимать сечения не ниже: АС70—110 кВ; АС120—154 кВ; АС240—220 кВ; АС600—330 кВ.

Приняв указанные минимальные сечения линии, при ко­торых потери на корону будут отсутствовать, т.е. Gл =0, Упрощаем П-образную схему замещения линии (см. рис.2.11б)

В воздушных линиях переменные токи смешения (зарядные токи линии) практически не имеют активной составляющей, так как потери, связан­ные с переориентацией диполей диэлектрика (в данном случае, воздуха), ничтожно малы. Величина зарядного тока опреде­ляется рабочей емкостью линии, которой отвечает емкостная проводимость b0 (1/Ом*км),которую можно рассматривать как конденсатор с соответствующей емкостью (рис. 2.12,а, б). Под действием приложенного к линии переменного напряжения в емкости линии возникает переменное электрическое полеи соответственно емкостный переменный ток, называется зарядным током линии IВ. Зарядный ток ца единицу длины линии при равномерно распределенной емкости (b0 =const) зависит от напряжения в каждой точке линии. Обычно принимают вдоль всей длины линии среднее напряжение, равное номинальному напряжению сети Uном.

Емкостный ток, как видно из рис. 2.13, изменяется вдоль линии пропорционально длине линии. Зарядный ток зави­сит от емкостной проводимости линии Вл.

В расчетах сетей рабочую емкость трехфазной воздушной линии, отнесенную к 1 км длины линии, Ф/км, можно определить:

где Dcp — среднее геометрическое расстояние между проводами, см;

r=d/2 — внешний радиус провода (кабеля),

Емкостная проводимость 1 км В Л и КЛ с учетом (2.42), См (сименс, обратная величина сопротивления)/км

Рис. 2.12. Емкостные проводимости трехфазных линий электропередачи: а —воздушные линии; б — кабельные линии

Рис. 2.13. Изменение емкостного тока по длине линии

Где ω= 2πf=314 Гц –угловая частота переменного тока.

Ёмкостная проводимость линии, См, длиной l, км,

ВЛ = b0 l

Зарядный ток линии, кА,

При П-образной схеме замещения линии (рис. 2.11, а и б) вся емкостная проводимость линии условно сосредото­чена по концам схемы и, следовательно, проводимость на концах схемы замещения равна ВЛ /2.

Емкостная (зарядная) мощность линии, Мвар, с уче­том (2.45)

где Uном — номинальное линейное напряжение линии, кВ. Зарядная мощность, Мвар, по концам П-образной схе­мы замещения линии

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *