По допустимым на время плавки расстояниям между проводом и землей или пересекаемым объектом определяется стрела провеса, соответствующее ей механическое напряжение в проводе и допустимая температура нагрева провода.
2.4. При определении наибольших допустимых токов плавки температуру воздуха и скорость ветра принимают по наблюдениям метеорологических станций или гололедных постов на участках с гололедом или в местах, где он не образуется в момент проведения плавки гололеда.
Определение наибольших допустимых токов плавки может быть проведено по формуле:
(2.1)
(2.2)
где Iп - наибольший допустимый ток плавки, А;
R - сопротивление 1 м провода или троса при допустимой температуре провода, Ом (см. табл. П1.1);
d - диаметр провода или троса, см;
e - постоянная лучеиспускания (для медных и алюминиевых проводов имеет значение порядка 0,6, для стальных тросов - порядка 0,3);
tдоп - допустимая температура нагрева провода, °С;
t - температура воздуха, °С;
v - скорость ветра, м/с.
Первая формула применяется для погоды со скоростью ветра меньше 2,0 м/с; вторая - со скоростью ветра более 1,0 м/с. В табл. П1.2 приведены наибольшие токи плавки для характерных погодных условий.
2.5. Время плавки гололеда зависит от значения тока, размеров плотности гололедно-изморозевых образований, их формы, скорости ветра и температуры воздуха.
Расчет требуемого тока и времени плавки в длительном режиме может быть произведен по формуле:
(2.3)
Iп - ток плавки, А;
R - сопротивление 1 м провода или троса при 0 °С, Ом;
t - время плавки, ч;
Dt - разность между температурой провода и воздуха, °С;
??г - объемный вес гололеда, г/см3;
b - толщина стенки гололеда, см;
d - диаметр провода, см;
D - внешний диаметр провода с гололедом, см;
Rт0 - тепловое сопротивление 1 м гололедного цилиндра при переходе от внутренней к наружной поверхности, м×С/В
(2.4)
Rт1 - тепловое сопротивление при переходе с 1 м длины наружной поверхности обледенелого провода в воздухе, м×С/В
для гололеда, (2.5)
для изморози, (2.6)
l - коэффициент теплопроводности, для льда принимается равным 2,27??10-2, а для изморози подсчитывается по формуле
l = (2,1 + 42gг + 216??г3)10-4, Вт/см×°С, (2.7)
С - теплоемкость материала провода Втс/(г°С) для стали 0,462, для алюминия 0,92, для меди 0,38;
gп - объемный вес материала провода, г/см3;
S - сечение провода, см2.
В приложении 2 приведены графики зависимости тока и времени плавки гололеда, пользуясь которыми можно определить требуемые значения токов при различной длительности плавки для характеристик практических случаев.
2.6. Плавка гололеда токами, превосходящими длительно допустимые по условию нагрева проводов, может проводиться в повторно-кратковременном режиме. Методика расчета режима плавки в повторно кратковременном режиме КЗ приведена в приложении 3.
2.7. Учитывая возможное изменение погодных условий и погрешности в определении размеров, плотности гололеда и сопротивления проводов для обеспечения надежной плавки ее продолжительность следует увеличивать на 25 - 30 % по сравнению с расчетной.
2.8. Значения тока и времени плавки одностороннего гололеда с толщиной стенки 10 мм характерной для возникновения пляски примерно соответствует времени плавки цилиндрического гололеда с толщиной стенки 5 мм. В приложении 4 приведены значения требуемых токов и время плавки, полученные экспериментальным путем.
2.9. При профилактическом нагреве проводов повышают токовую нагрузку линии до значения, при котором отложение гололеда на провода не происходит. Для этого необходимо, чтобы температура провода при гололедообразовании была выше 0 °С. При температуре воздуха около нуля и ветрах со скоростью 1 - 2 м/с, характерных для целого ряда случаев обледенения, профилактический нагрев может применяться успешно. При скоростях ветра более 3 - 4 м/с и температурах ниже -5 С профилактический нагрев требует больших токов. Профилактический нагрев проводов применяется в случае, когда гололед захватывает ограниченную часть сети, где могут быть повышены токи до требуемого значения.
2.10. Ток профилактического нагрева может быть рассчитан по формулам, приведенным в п. 2.4, с учетом температуры провода, равной 1 С.
В приложении 2 приведены кривые токов для профилактического нагрева проводов при различных температурах воздуха и скоростях ветра.
3. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ПРИ ПЛАВКЕ ГОЛОЛЕДА ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ
Выбор источника питания схем плавки гололеда определяется протяженностью прогреваемых ВЛ, сечением их проводов, главной схемой соединения и мощностью оборудования электрических станций и подстанций, от которых проводится плавка.
Подстанции с регулированием напряжения посредством изменения коэффициента трансформации трансформаторов и автотрансформаторов
3.1. В качестве источника питания на подстанциях используются специально выделенный трансформатор или системы шин (СШ) 6 - 35 кВ, питающиеся от трансформатора Т, подключенного к СШ через выключатель 1В (рис. 1).
В схемах подстанций должна предусматриваться перемычка (П), подключаемая с одной стороны к линии или к обходной системе шин (ОСШ) через разъединитель РПГ соответствующего класса напряжения, а с другой стороны - через выключатель 2В к источнику питания.
3.2. Для сокращения времени сборки схем плавки гололеда и повышения надежности электроснабжения потребителей целесообразно автоматизировать процесс сборки схем плавки и ввода ВЛ в работу после окончания плавки.
Возможные варианты схемы подключения установки для плавки гололеда (УПГ) расположенной на подстанции с ОСШ приведены на рис. 2 и 3, которые обеспечивают автоматизацию плавки гололеда на ВЛ, соединяющей эту подстанцию с подстанцией без ОСШ. В этом случае подвод напряжения от УПГ к обогреваемой ВЛ необходимо производить через обходной выключатель ОВ (см. рис. 2). На противоположном конце ВЛ целесообразно предусмотреть короткозамыкатель и отделитель, соединенные по схеме рис. 3.
Схемы автоматизации приведены в приложении 6 (рис. П6.1, П6.2). При наличии в конце линии подстанции с входным выключателем схемы управления и автоматизации плавки гололеда могут быть выполнены без установки дополнительных коммутационных аппаратов.
Подстанции с регулированием напряжения посредством линейных регулировочных трансформаторов
3.3. Наличие на подстанции линейного регулировочного трансформатора (ЛРТ) позволяет использовать его в качестве источника плавки гололеда. Если уровень напряжения на шинах НН подстанции без ЛРТ допустим для местной нагрузки, рекомендуется всю нагрузку сети низкого напряжения подключить непосредственно к обмотке низкого напряжения автотрансформатора. Принципиальная схема приведена на рис. 4.
Подстанции с блоками автотрансформатор - вольтодобавочный трансформатор
3.4. Подстанции с блоками автотрансформатор - вольтодобавочный трансформатор (АТ-ВДТ) позволяют получить источник плавки гололеда с регулированием тока плавки от нуля до номинального значения, что существенно расширяет диапазон длин обогреваемых ВЛ. Для этого собирается схема (рис. 5), в которой возбуждающая обмотка (ВО) вольтодобавочного трансформатора, соединенная треугольником, отключена от ввода НН автотрансформатора и к ней присоединены провода обогреваемой ВЛ, закороченные на противоположном конце ВЛ. Регулировочная обмотка (РО) вольтодобавочного трансформатора остается подключенной и нейтральным выводам АТ. Отключение ВО вольтодобавочного трансформатора от ввода НВ автотрансформатора должно производиться только при нулевом напряжении на РО вольтодобавочного трансформатора. В такой схеме при введении в работу РО вольтодобавочного трансформатора и наличие перетока нагрузки через АТ от обмотки ВН к обмотке СН ток его общей обмотки протекает также через РО вольтодобавочного трансформатора и наводит ток в возбуждающей обмотке. Этот наведенный ток замыкается по проводам обогреваемой ВЛ. Поскольку выделяемая в проводах мощность, как правило, в несколько раз меньше мощности перетока через АТ, ток общей части обмотки АТ практически не зависит от сопротивления обогреваемой ВЛ. Таким образом вольтодобавочный трансформатор переводится в режим трансформатора тока. В схеме рис. 5 предусмотрены выключатель ТВ и быстродействующий дуговой высоковольтный короткозамыкатель (ВДВК), на включение которых действуют защиты вольтодобавочного трансформатора и обогреваемого контура при повреждениях во время плавки. Дуговой короткозамыкатель защищает также оборудование схемы от перенапряжений при обрывах в обогреваемой ВЛ, так как имеет регулируемые искровые промежутки.
3.5. Для плавки не допускается использование вольтодобавочного трансформатора в режиме регулировочного трансформатора при питании его ВО от шин НН автотрансформатора и подключении проводов обогреваемой ВЛ к РО вольтодобавочного трансформатора, отсоединенной от нейтральных выводов АТ. В этом случае любое КЗ в контуре плавки будет эквивалентно витковому замыканию вольтодобавочного трансформатора.
Выключатель 2В установки (см. рис. 5) обеспечивает также возможность вывода вольтодобавочного трансформатора в ремонт без отключения АТ.
Подстанции с шунтирующими реакторами
3.6. Для обогрева проводов и тросов могут использоваться шунтирующие реакторы.
4. СХЕМЫ, РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И ЗОНЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ НА ПРОВОДАХ
Плавка гололеда коротким замыканием
4.1. При плавке гололеда коротким замыканием обогреваемую линию следует закорачивать с одного конца, а с другого к ней необходимо подвести напряжение, достаточное, чтобы обеспечить протекание по проводам требуемого для плавки тока (рис. 6).
Плавка гололеда может проводиться путем:
трехфазного короткого замыкания;
двухфазного короткого замыкания;
однофазного короткого замыкания при последовательном соединении проводов всех фаз.
Ток плавки для вышеперечисленных схем соответственно определяется по формулам:
(4.1)
(4.2)
(4.3)
где Uл - линейное напряжение, кВ;
Z - сопротивление фазы обогреваемой линии, Ом/км;
Zo - сопротивление обогреваемой линии, провода которой собраны в «змейку», Ом/км;
Zc - сопротивление системы, приведенное к шинам НН питающего трансформатора, Ом;
l - длина линии, км;
Rзаз - сопротивление заземления, Ом.
, (4.4)
rп - сопротивление провода, Ом/км;
rз - сопротивление земли, принимается равным 0,05 Ом/км;
D - среднее геометрическое расстояние между осями проводов ВЛ, м;
r - расчетный диаметр провода, м;
Dз - глубина залегания обратного провода в земле 1000 м.
Метод трехфазного короткого замыкания является простым и удобным, поскольку плавка гололеда производится сразу на всех фазах.
4.2. При применении способа двухфазного короткого замыкания плавку гололеда на линии следует производить сначала на двух фазах, а затем на третьей в сочетании с одним из освободившихся от гололеда проводов. Схему «змейка» следует применять на коротких линиях, когда имеющиеся напряжения слишком велики для плавки по методу трехфазного короткого замыкания.
Если плавка производится от шин системы, то напряжение, а, следовательно, и длина обогреваемой линии могут изменяться в ограниченных пределах.
4.3. При плавке гололеда на ВЛ 35 - 110 кВ по методу трехфазного и двухфазного КЗ допускается закорачивание проводов заземляющими ножами, если их спуск к контуру заземления проверен на термическую устойчивость. Если допускает схема подстанции, целесообразно параллельное включение нескольких заземляющих ножей (например, заземляющих ножей линейного и обходного разъединителей).
4.4. Большие возможности регулирования режима плавки достигаются при выделении для плавки одного или нескольких генераторов.
При выделении для плавки отдельного трансформатора возможно произвести регулирование напряжения во всем диапазоне имеющихся ответвлений, т.е. в пределах ??2 2,5 % для обычных трансформаторов (автотрансформаторов) и 16 % для трансформаторов, снабженных устройствами для регулирования коэффициента трансформации под нагрузкой.
Области применения переменного тока для плавки гололеда по способу трехфазного короткого замыкания от трансформаторов различной мощности со стандартными напряжениями приведены на рис. 7. Максимальные длины обогреваемых участков определены при минимальном (часовом) токе плавки, минимальные - при максимально допустимом токе для проводов различных сечений. Расчетные условия приняты по IV климатическому району при температуре окружающего воздуха -5 °С и скорости ветра 5 м/с.
4.5. Для регулирования тока плавки можно включить последовательно с обогреваемой линией дополнительные участки линии (не требующие обогрева) или реакторы.
4.6. Для ВЛ с изолированными расцепленными проводами в фазе для снижения требуемой для плавки мощности целесообразны схемы плавки гололеда, в которых контур протекания тока плавки создается из проводов расщепленной фазы с помощью коммутационных аппаратов (рис. 8). Значения реактивных сопротивлений при плавке гололеда по схемам рис. 8 для ВЛ с изолированными расщепленными проводами в фазе при расстоянии между проводами 40 см приведены в табл. 4.1. Допустимые длины участков плавки и требуемые значения реактивной мощности при плавке гололеда по схемам рис. 8 (время плавки 1 ч, температура воздуха -5 °С, диаметр гололедной муфты - 5 см) приведены в табл. 4.2. При необходимости плавки гололеда на участках меньшей длины рабочее напряжение плавки должно быть снижено.
