Исследование динамического поведения проводов сельских Вл 6-10 кВ в режимах воздействия ветровых нагрузок

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №02-1/2017 ISSN 2410-6070

Анализ просмотренных изобретений показал, что большинство изделий (80 %) могут быть использованы только в строительстве, в основном для крепления теплоизоляционного материала и плит к стенам зданий и сооружений, остальные 20 % могут использоваться и в машиностроении. Лишь 28 % являются одноэлементными металлическими изделиями, а остальные - являются составными (изготовлены из композиционных, полимерных материалов и стали). Необходимо отметить, что в рассмотренных патентах техническая проблема заключается в повышении надежности крепежных изделий и упрощении монтажа.

Список использованной литературы: 1. Елесина В.В., Пыхтунова С.В. Аналитический обзор крепежных изделий на основе патентного поиска (изобретения РФ) / Международный научный журнал «Символ науки». №10. 2016. Ч. 2. С. 29-31.

© Елесина В.В., Пыхтунова С.В., 2017

УДК 621.315.1

В.Ю. Кабашов

д.т.н., профессор

Башкирский государственный аграрный университет г. Уфа, Российская Федерация

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ПРОВОДОВ СЕЛЬСКИХ ВЛ 6-10 КВ В РЕЖИМАХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЕТРОВЫХ НАГРУЗОК

Аннотация

В статье на основе экспериментальных исследований установлено, что расстояния между проводами при их максимальных сближениях уменьшаются с увеличением скорости ветра, разницы в стрелах провеса проводов, уменьшением длины пролета. Показано, что изменение направления ветра к оси пролета в пределах 40... 90° практически не влияет на величину взаимных сближений проводов, а при углах менее 40° вызывает их существенное уменьшение. Установлено, что гололедные отложения на проводах размерами более 20 мм при скорости ветра 12 м/с приводят к уменьшению расстояний между проводами на 25. 32%.

Ключевые слова

Воздушная линия электропередачи, длина пролета, стрела провеса провода, ветер, маятниковые колебания, сближение проводов, гололедные отложения.

Современное высокомеханизированное и электрифицированное сельское хозяйство предъявляет повышенные требования к надежности и бесперебойности электроснабжения. Недоотпуск электроэнергии, перерывы в электроснабжении предприятий агропромышленного комплекса влекут за собой как прямой экономический ущерб, связанный с его восстановлением, так и технологический, обусловленный порчей сельхозпродукции.

Надежность электроснабжения сельскохозяйственных потребителей непосредственно связана с аварийными отключениями воздушных линий электропередачи напряжением 6-10 кВ (ВЛ 6-10 кВ), вызванных динамическим поведением проводов при воздействии ветровых и гололедно-ветровых нагрузок. Так, 30 декабря 2016 г. из-за сильного ветра произошли массовые отключения в распределительных сетях 6-10 кВ ГУП РК «Крымэнерго». Были отключены 67 ВЛ 6-10 кВ, 558 подстанций. Без электроснабжения остались 27,8 тыс. человек в городах Судак и Джанкой, 88 населенных пунктах Симферопольского, Красно-Перекопского, Феодосийского, Керчинского, Евпаторийского и Первомайского районов. К аварийно-восстановительным работам было привлечено 138 бригад в составе 492 человека и 149 единиц специальной техники.

В процессе эксплуатации сельских ВЛ 6-10 кВ раскачивания проводов под действием порывистого ветра вызывают при определенных условиях их сближения на опасные в изоляционном отношении

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №02-1/2017 ISSN 2410-6070_

расстояния и схлестывания. При этом токи короткого замыкания ведут к пережогу и обрыву проводов в пролетах воздушных линий электропередачи, что приводит к нарушению электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. Так, в Башкирской энергосистеме отключения ВЛ 6-10 кВ из-за обрывов и схлестываний проводов составляют соответственно 24,9 и 17% их общего числа [1, с. 57].

Высокая повреждаемость сельских ВЛ 6-10 кВ по сравнению с ВЛ 35 кВ и выше объясняется их конструктивными особенностями: короткие пролеты, малые сечения проводов и стрелы их провеса, незначительные межфазные расстояния между проводами, малая крутильная жесткость проводов, большая разрегулировка их стрел провеса в пролете, возникающая в процессе эксплуатации [2, с. 13].

Многочисленные наблюдения на действующих ВЛ 6-10 кВ показали, что несинхронные колебания проводов, вызывающие их опасные сближения, часто наблюдаются в пролетах с разрегулировкой их стрел провеса, которая возникает из-за недостаточной прочности крепления провода к изолятору, неидентичности вытяжки от гололедно-изморозевых отложений. При ослабленном креплении разница в гололедно-ветровых нагрузках на провода соседних пролетов (например, при неравных длинах, неравномерности покрытия проводов гололедом и т.д.) приводит к перемещению (проскальзыванию) провода через крепление и его удлинению в одном из смежных пролетов [3, с. 25; 4, с. 29-30].

В работе [5, с. 32] показано, что при одинаковом удлинении провода AL относительная разрегулировка стрел провеса проводов резко увеличивается с уменьшением длины пролета. Расчеты показали, что при AL = 0,02 м коэффициент разрегулировки в пролете длиной 60 м в 5,71 раза больше, чем в пролете длиной 100 м и в 10,53 раза - в пролете 120 м [6, с. 55]. Этим объясняется высокая подверженность ВЛ 6-10 кВ с пролетами 40.. .60 м опасным сближениям и схлестываниям проводов при воздействии ветра.

Проведенные нами исследования показали, что опасные сближения и схлестывания проводов при эксплуатации ВЛ 6-10 кВ возникают в пролетах с относительной разрегулировкой стрел провеса 0,2.0,6 [7, с. 23]. При этом изменение частоты маятниковых колебаний проводов составляет 9.21%, а логарифмического декремента внутреннего трения - 7,8.23,4%, что существенно усиливает несинхронность их маятниковых колебаний при воздействии ветра [8, с. 9].

С учетом сложного характера взаимодействия нестационарного ветрового потока с проводами малых сечений основой для оценки их возможных сближений могут служить результаты экспериментальных исследований, проведенных непосредственно в натурных пролетах ВЛ 6-10 кВ. В связи с этим на комплексе экспериментальных линий 10 кВ (р. п. Аксаково, Республика Башкортостан) [2, с. 23-24] в течение десяти лет проводились измерения максимальных сближений проводов при разных скоростях и направлениях ветра, коэффициентах разрегулировки стрел провеса проводов, длинах пролета, размерах гололедных и гололедно-изморозевых отложений на проводах.

Измерения проводились в середине пролета с помощью специально разработанного для этих целей устройства [9]. Траверсы, установленные на опорах, снабжены натяжными устройствами для изменения величины стрел провеса проводов в пролете. Для измерения скорости и направления ветра использовались анемометры МС-13, М 61, флюгер Вильда. Длина экспериментального пролета составляла 50 м, расстояние между проводами по горизонтали - 1,2 м, стрела провеса проводов - 0,7 м. Марка провода -АС-50/8,0. Измерения были выполнены при скоростях ветра от 4 до 22 м/с и разных коэффициентах разрегулировки стрел провеса проводов

8j : 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5.

Анализ результатов измерений показывает, что максимальные сближения проводов в зависимости от скорости ветра характеризуются довольно значительным разбросом. Тем не менее, общая тенденция увеличения сближения проводов с ростом скорости ветра проявляется достаточно четко. Наблюдающийся разброс опытных данных объясняется случайным характером ветрового воздействия и не дает основания для установления жесткой связи между исследуемыми величинами. По-видимому, более целесообразно полученные результаты измерений представлять в виде ограниченной области значений возможных сближений проводов при разных уровнях скорости ветра. Путем обработки опытных данных получены уравнения регрессии для верхней и нижней границ области возможных расстояний между проводами D

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №02-1/2017 ISSN 2410-6070_

при их максимальных сближениях под действием ветра со скоростью V :

4 -10-4 - V2 - 0,033 • V +1,282 < Dmn < 8 -10-5 - V2 - 0,013 - V +1,242

и

-2-10-5 -V2 -0,042-V+1,322 < Dmin < 2-10-4 -V2 -0,028-V +1,341 (при £f = 0,2).

Были выполнены исследования влияния на перемещения проводов направления ветра. Для этого данные измерений группировались по различным направлениям скорости ветра к оси пролета: 20.40°, 40.60°, 60.80°, 80.100°. В диапазоне углов 40.90° максимальные перемещения проводов отличаются незначительно (0,04.0,06 м), т.е. изменение направления ветра в этих пределах практически не влияет на величину перемещений и расстояния между проводами при их колебаниях под действием ветра. При углах менее 40° величина перемещения проводов резко снижается (при скорости ветра 18.20 м/с величина сближения не превышает 0,23 м) и возникновение опасных сближений проводов при таких направлениях ветра исключается.

С целью оценки влияния длины пролета на перемещение проводов экспериментальные исследования проводились в пролетах длиной 50, 75 и 100 м при скоростях ветра 6,5.18,5 м/с. Угол между направлением ветра и осью пролета составлял 90 + 25°, коэффициент разрегулировки стрел провеса проводов - 0,2. Измерения показали, что с уменьшением длины пролета расстояния между проводами при их максимальных сближениях снижаются. Чем выше скорость ветра, тем более существенным оказывается влияние длины пролета. При скоростях ветра 16,5 .18,5 м/с расстояния между проводами в пролете длиной 50 м в 1,21.1,28 раза ниже, чем в пролете 100 м.

Исследованиями установлено, что в пролетах с разными стрелами провеса, ввиду различного закручивания проводов в процессе гололедообразования, отложения гололеда будут неидентичными по форме, размерам и массе [10, с. 82], показано, что масса и размеры эксцентричных гололедных отложений существенно влияют на частоту маятниковых колебаний проводов [11, с. 80]. Поэтому неидентичность покрытия гололедом проводов в пролетах с разрегулировкой их стрел провеса, будет усиливать несинхронность их взаимных перемещений при ветре и уменьшать расстояния между проводами при их взаимных сближениях.

Для подтверждения полученных результатов исследований были выполнены измерения сближений проводов, покрытых отложениями разного вида и разных размеров при их маятниковых колебаниях под действием ветра. Формы и размеры гололедных отложений на проводах в пролете были определены при помощи специально разработанного устройства, позволяющего копировать в плоскости спиливания поперечное сечение гололедных отложений в натуральную величину [12, с. 261]. Опыты проводились в пролете длиной 50 м, при коэффициентах разрегулировки стрел провеса проводов 0,2.0,3. Замеры проводились при направлениях ветра под углом 90 + 25 ° к оси пролета, при этом скорость ветра составляла 6.16 м/с. Величины сближений проводов, покрытых отложениями, сравнивались с величинами сближений чистых проводов при одинаковых значениях скорости и направления ветра.

Анализ полученных данных показал, что гололедно-изморозевые отложения размерами более 20 мм приводят к существенному уменьшению расстояний между проводами: при скорости ветра 12 м/с гололедно-изморозевые отложения с размерами 60*42 мм уменьшают расстояния между проводами на 25%, а с размерами 80*54 мм - на 32%.

Результаты исследований могут быть использованы при проектировании ВЛ 10 кВ для выбора горизонтальных расстояний между проводами, исключающих их опасные сближения в пролете при воздействии ветра.

Список использованной литературы:

1. Усманов, Ф.Х. Анализ отключений сельских ВЛ 6-10 кВ / Ф.Х. Усманов, В.Ю. Кабашов, В.А. Максимов // Электрические станции. - 1980. - №8. - С. 56-58.

2. Кабашов, В.Ю. Повышение надежности сельских воздушных линий 6-10 кВ в условиях воздействия ветровых нагрузок: монография / В.Ю. Кабашов. - Уфа: Изд-во

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №02-1/2017 ISSN 2410-6070_

«Здравоохранение Башкортостана», 2009. - 140 с.

3. Кабашов, В.Ю. Совершенствование конструкции крепления проводов к штыревым изоляторам на сельских ВЛ 6-10 кВ / В.Ю. Кабашов, Ф.Х. Усманов // Энергетик. - 2006. - № 3. - С. 25-26.

4. Кабашов, В.Ю. Повышение надежности крепления провода к штыревому изолятору на ВЛ 6-10 кВ / В.Ю. Кабашов // Электрификация сельского хозяйства: межвузовский научный сборник / Башкирский ГАУ. - Уфа, 2008. - Вып. 5. - С. 29-32.

5. Усманов, Ф.Х. О схлестывании проводов сельских линий 6-10 кВ / Ф.Х. Усманов, В.Ю. Кабашов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1981. - № 6. - С. 31-32.

6. Кабашов, В.Ю. Влияние параметров пролета на аварийные отключения сельских ВЛ 6-10 кВ при воздействии ветра / В.Ю. Кабашов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2014. - № 4, Т. 10. - С. 52-57.

7. Усманов, Ф.Х. О расстоянии между фазными проводами сельских ВЛ 10 кВ / Ф.Х. Усманов, М.Т. Сулейманов, В.Ю. Кабашов // Энергетик. - 1989. - № 6. - С. 22-23.

8. Кабашов, В.Ю. Исследование условий возможного схлестывания проводов сельских ВЛ 6-10 кВ / В.Ю. Кабашов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2013. - № 2, Т. 9. - С. 9-12.

9. А. с. 834386 СССР, МКИ3 G01В5/10. Устройство для измерения сближения проводов при ветре / В.Ю. Кабашов, Р.З. Шайхитдинов (СССР). - № 2815621/25-28; заявл. 07.09.79; опубл. 30.05.81, Бюл. № 20.

10. Кабашов, В.Ю. Экспериментальные исследования крутильных деформаций проводов малых сечений при гололеде / В.Ю. Кабашов, И.В. Вавилова, П.А. Грахов // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. - 2013. - № 2 (26). - С. 79-82.

11. Кабашов, В.Ю. Исследование маятниковых колебаний проводов, покрытых гололедными отложениями, при воздействии ветра / В.Ю. Кабашов, М.З. Нафиков // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. - 2015. - № 1. - С. 79-82.

12. Кабашов, В.Ю. Определение формы и размеров гололедных отложений на проводах воздушных линий электропередачи / В.Ю. Кабашов // Научное обеспечение устойчивого функционирования и развития АПК: материалы всероссийской научно-практической конференции (3-5 марта 2009 г.). Часть 1. - Уфа: ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ», 2009. - С. 261-262.

© Кабашов В.Ю., 2017

УДК 004.94

А.С. Иванов

к.т.н., доцент ФГБОУ ВО СибГИУ И.Ю. Каланчин

аспирант ФГБОУ ВО СибГИУ г. Новокузнецк, Российская Федерация

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАКТИВНОЙ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Аннотация

Реактивные вентильно-индукторные электрические машины нуждаются в более детальном изучении. Современное развитие компьютерной техники позволяет с помощью специального набора программного обеспечения создавать компьютерные модели объектов и систем управления для их исследования при проектировании. Используя данные программные продукты можно изучить основные переходные процессы и характеристики веетильно-реактивных машин еще на стадии разработки, не прибегая к созданию опытного