УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАВКИ ГОЛОЛЕДА ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована для защиты проводов линий электропередачи от гололеда в циклон осенне-зимней непогоды.
Известно устройство для плавки гололеда переменным током, содержащее фазные провода отходящих от питающей подстанции обогреваемых линий электропередачи, соединенные со стороны приемных подстанций с контактами закорачивающих разъединителей, вторые контакты которых соединены между собой и заземлены, а также размещенный на питающей подстанции источник питания для плавки гололеда, в качестве которого используются обмотки более низкого напряжения, чем напряжение обогреваемых линий электропередачи, при этом источник питания для плавки гололеда соединен с обходной системой шин через последовательно соединенные первый разъединитель, выключатель, второй разъединитель, а обходная система шин соединена с фазными проводами каждой из обогреваемых линий электропередачи через соответствующие линейные разъединители (Методические указания по плавке гололеда переменным током. РД 34.20.511, МУ 34-70-027-82. М.: Союзтехэнерго, 1983 г.).
Основным недостатком известного устройства является то, что напряжение источника питания для плавки гололеда нередко оказывается недостаточным для создания требуемых токов плавки гололеда. Данная проблема связана с тем, что на линиях электропередачи напряжением 110 кВ и выше продольное индуктивное сопротивление фазного провода обогреваемого участка линии электропередачи значительно и существенным образом ограничивает значение тока плавки гололеда на промышленной частоте. Переменный ток плавки гололеда необходимой величины в известном устройстве может быть создан за счет уменьшения расстояния от питающей трансформаторной подстанции до места установки закорачивающего разъединителя, путем размещения его на участке между питающей и приемной подстанциями, например, на одной из опор вдоль линии электропередачи. Однако это приводит к снижению возможности охвата гололедоопасного участка и увеличению времени, требуемого для осуществления необходимых переключений с выездом на место установки закорачивающего разъединителя.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для плавки гололеда переменным током, содержащее фазные провода отходящих от питающей подстанции обогреваемых линий электропередачи, соединенные со стороны приемных подстанций с контактами закорачивающих разъединителей, вторые контакты которых соединены между собой и заземлены, а также размещенный на питающей подстанции источник питания для плавки гололеда, в качестве которого используются обмотки более низкого напряжения, чем напряжение обогреваемых линий электропередачи, при этом источник питания для плавки гололеда соединен с обходной системой шин через последовательно соединенные первый разъединитель, выключатель, второй разъединитель, а обходная система шин соединена с фазными проводами каждой из обогреваемых линий электропередачи через соответствующие линейные разъединители, причем на питающей подстанции между выключателем и вторым разъединителем размещены три фазные конденсаторные установки, каждая из которых состоит из последовательно соединенных блоков конденсаторов с выведенными клеммами, при этом соответствующие клеммы блоков конденсаторов фазных конденсаторных установок соединены с контактами отдельных разъединителей, вторые контакты которых соединены с обходной системой шин (Патент РФ на полезную модель №119951 «Устройство для плавки гололеда», H02G 7/16, опубл. в БИ 27.08.2012 г.).
Основным недостатком известного устройства является то, что в нем максимальная величина тока плавки гололеда ограничена отношением фазного напряжения источника питания для плавки гололеда к активному сопротивлению фазного провода обогреваемого участка линии электропередачи. В итоге в ряде случаев ток плавки гололеда, к примеру, создаваемый на распространенном напряжении источника питания 6-10 кВ, может оказаться недостаточным для расплавления гололеда на сравнительно длинных участках обогреваемых линий электропередачи 110 кВ и выше, несмотря на достижение в известной полезной модели эффекта, сопоставимого с эффектом плавки гололеда постоянным током, за счет полной компенсации индуктивного сопротивления провода емкостным сопротивлением конденсаторной установки.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по созданию требуемых токов промышленной частоты с помощью сравнительно недорогих коммутационных аппаратов, состоящих из однополюсных разъединителей, при использовании которых, к проводу обогреваемого участка линии электропередачи вместо фазного напряжения оказывается приложенным линейное напряжение трехфазного источника питания для плавки гололеда.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эффективности работы устройства за счет решения вышеуказанной задачи.
Указанный технический результат достигается тем, что усовершенствовано устройство для плавки гололеда переменным током, содержащее фазные провода отходящих от питающей подстанции обогреваемых линий электропередачи, соединенные со стороны приемных подстанций с контактами закорачивающих разъединителей, вторые контакты которых соединены между собой и заземлены, а также размещенный на питающей подстанции источник питания для плавки гололеда, в качестве которого используются обмотки более низкого напряжения, чем напряжение обогреваемых линий электропередачи, при этом источник питания для плавки гололеда соединен с обходной системой шин через последовательно соединенные первый разъединитель, выключатель, второй разъединитель, а обходная система шин соединена с фазными проводами каждой из обогреваемых линий электропередачи через соответствующие линейные разъединители, причем на питающей подстанции между выключателем и вторым разъединителем размещены три фазные конденсаторные установки, каждая из которых состоит из последовательно соединенных блоков конденсаторов с выведенными клеммами, при этом соответствующие клеммы блоков конденсаторов фазных конденсаторных установок соединены с контактами отдельных разъединителей, вторые контакты которых соединены с обходной системой шин, в которое введены третий, четвертый и пятый разъединители, которые размещены на питающей подстанции, при этом третий разъединитель продольно включен между выключателем и фазными конденсаторными установками, контакты четвертого разъединителя соединены с фазами трехфазной цепи между третьим разъединителем и фазными конденсаторными установками, а вторые контакты четвертого разъединителя соединены между собой, причем контакты пятого разъединителя соединены с фазами трехфазной цепи между выключателем и третьим разъединителем, а вторые контакты пятого разъединителя соединены между собой и заземлены, при этом каждая фаза первого, третьего, четвертого и пятого разъединителей выполнена в виде отдельно переключаемого однополюсного разъединителя.
Эта совокупность признаков позволяет решить поставленную задачу.
На фигуре 1 в качестве примера представлена структурная схема устройства для плавки гололеда переменным током, предназначенного для плавки гололеда на фазных проводах A, B, C трех отходящих линий электропередачи 1-3, с использованием конденсаторной установки, каждая фаза которой состоит из трех блоков конденсаторов 4-6. Для удобства, на фигуре упрощенно представлены лишь элементы устройства для плавки гололеда переменным током без изображения системных шин, основного коммутационного и другого оборудования трансформаторной подстанции.
При возникновении необходимости плавки гололеда, фазные провода соответствующей линии электропередачи, например, линии электропередачи 1, после отключения от сети, переводятся в режим плавки гололеда. Для этого вдоль данной линии электропередачи 1 со стороны приемной трансформаторной подстанции включается закорачивающий разъединитель 7, вторые контакты которого соединены между собой и заземлены, а на питающей трансформаторной подстанции включаются: отдельно переключаемые однополюсные разъединители фаз A и B в составе первого разъединителя 8, однополюсный разъединитель фазы A в составе третьего разъединителя 9, однополюсный разъединитель фазы B в составе пятого разъединителя 10, а также второй разъединитель 11 и линейный разъединитель 12.
В результате произведенных переключений, на питающей подстанций фаза В источника питания для плавки гололеда 13 замыкается на землю, а линейное напряжение между фазами A и B данного источника оказывается приложенным к цепи «провод-земля» на обогреваемом участке линии электропередачи 1 с проводом фазы A через три блока конденсаторов 4-6 и обходную систему шин 14. При этом плавка гололеда и ее завершение производятся с помощью автоматического выключателя 15. На проводах других фаз плавка гололеда осуществляется аналогичным образом. При достаточности мощности источника питания для плавки гололеда 13, плавка гололеда в заявляемой полезной модели может быть произведена в один этап, с включением четвертого разъединителя 16, в результате которого токи плавки потекут одновременно по всем трем фазам.
Действующее значение тока плавки гололеда в рассматриваемой схеме определяется по формуле, при пренебрежении значительно низким сопротивлением заземлителей и других элементов схемы:
,
где Uл и Uф - действующие значения линейного и фазного напряжений источника питания для плавки гололеда 13; R - активное сопротивление фазного провода и земли на обогреваемом участке линии электропередачи 1; Xпр - индуктивное сопротивление фазного провода на обогреваемом участке линии электропередачи 1; Xс - сопротивление используемой части фазной конденсаторной установки с блоками конденсаторов 4-6.
Удельное сопротивление земли 0,05 Ом/км значительно ниже удельного активного сопротивления провода, к примеру, удельное активное сопротивление провода АС-70/72 на ВЛ 110 кВ при температуре провода 80°C на порядок выше удельного сопротивления земли и составляет 0,513 Ом/км (см. Методические указания по плавке гололеда переменным током. РД 34.20.511, МУ 34-70-027-82. М.: Союзтехэнерго, 1983 г.). В связи с этим в рассматриваемой схеме величина сопротивления К приблизительно равна активному сопротивлению обогреваемого участка провода.
С учетом данного факта, величина тока плавки гололеда в заявляемой полезной модели до  раз больше, чем значение тока плавки гололеда в известном устройстве, при прочих равных условиях. Как было указано выше, при достаточности мощности источника, плавка гололеда в данном устройстве может быть произведена в один этап по схеме «три провода-земля», где величина тока плавки гололеда в каждом проводе будет приблизительно равна току плавки гололеда по схеме «провод-земля».
На линиях электропередачи 2 и 3 плавка гололеда производится аналогичным образом, где на приемных подстанциях провода соединяются между собой и заземляются с помощью закорачивающих разъединителей 17 и 18, а фазные провода указанных линий электропередачи к обходной системе шин 14 подключаются через линейные разъединители 19 и 20 соответственно. Отдельные разъединители 21 и 22, соединяющие с обходной системой шин выведенные клеммы блоков конденсаторов фазных конденсаторных установок, используются для регулирования величины токов плавки гололеда, с одновременным подключением блоков конденсаторов 4, 5 или 4 соответственно.
Схемы плавки гололеда «провод-земля» известны и находят широкое применение на практике, где обычно на приемной подстанции заземляется провод, а на питающей подстанции заземляется нейтраль вторичных обмоток силового трансформатора, соединенных в звезду. Однако, при этом токи плавки создаются под действием лишь фазного напряжения источника, а также ограничиваются из-за отрицательного влияния индуктивного сопротивления провода.
В заявляемой полезной модели цепь плавки гололеда состоит из последовательно соединенной фазной конденсаторной установки, фазного провода обогреваемого участка линии электропередачи и земли, где к цепи плавки гололеда приложено линейное напряжение источника питания для плавки гололеда, путем заземления провода на приемной подстанции и замыкания на землю одной из фаз источника на питающей подстанции.
Совокупность вышеуказанных признаков, а именно, обеспечение однофазного замыкания на землю и приложение линейного напряжения источника к цепи плавки гололеда, в которой индуктивное сопротивление провода компенсируется емкостным сопротивлением конденсаторной установки, позволяет решить поставленную задачу и создать требуемые токи плавки гололеда переменным током.
Кроме того, рассматриваемое устройство для плавки гололеда переменным током позволяет производить плавку гололеда в два этапа по схемам: с использованием земли «два провода-земля» и с третьим проводом «провод-земля», без использования земли «провод-два провода» и с двумя последними проводами «провод-провод», а также по другим схемам путем переключений трехфазных и отдельно переключаемых однополюсных коммутационных аппаратов, на линейном напряжении источника с компенсацией реактивного сопротивления провода. Расчеты показывают, что при плавке гололеда без использования земли по схеме «провод-два провода», переменный ток плавки гололеда в заявляемой полезной модели увеличивается до  раз по сравнению с током плавки в известном устройстве.