СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, МОЛНИЕЗАЩИТА ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
REDUCTION OF POWER LOSSES, ELECTRIC LIGHTNING OF HIGH-VOLTAGE TRANSMISSION LINES

Область техники.
Изобретение направлено на снижение потерь электроэнергии высоковольтных линий электропередач ВЛЭП подтягиванием проводов и отключением троса грозозащиты от земли; повышение грозозащиты производится установкой стержневого молниеотвода на опору с подключением на него и трос грозозащиты переменного напряжения, ПУЭ 2009 г. /1/ сказано: - нужно снижать потери электроэнергии. Однако не указаны способы и методы экономии. В патенте /2/ приведен способ экономии электроэнергии подтягиванием проводов эллипсообразными плоскими пружинами. Недостатком является громоздкость устройства. В /3/ приведены способы улучшения грозозащиты двумя стержневыми молниеотводами для наземных сооружений. Недостатком является отсутствие способа защиты опор ВЛЭП. В /3, стр.408/ приведены зоны защиты ВЛЭП тросовых молниеотводов. Недостатком является малая вероятность защиты ВЛЭП. В /4, стр.408/ приведен физический смысл образования молнии - ее отрицательный заряд и положительный заряд (8), что повышает возможность в перспективе повысить грозозащиту. В молниеотводе /6/, корпус которого выполнен металлическим, установлен повышающий трансформатор и формирующий конденсатор. К недостатку следует отнести: 1 - сложность молниеотвода; 2 - через обмотки повышающего трансформатора молния замыкается в землю, что создает короткому импульсу молнии очень большое сопротивление, трансформатор может сгореть, либо ослабить ток заряда конденсатора 7 при срабатывании разрядника 8; 3 на молниеотвод не подается положительное напряжение, так как нет выпрямителя; 4 - перед грозой молниеотвод находится в "нулевом" состоянии и не защищает окружающие электроприборы, находящиеся под напряжением, при попадании лидера молнии возникает коронарный разряд стержня молниеприемника 2 и боковых стержней /6/, разрядники 8 будут блокированы и конденсаторы 7 не будут заряжаться /БЭС т.21, стр.432, 433, Разрядник/.
Шаровые молоточки /7/ не имеют аэродинамического сопротивления и ударяют электропровод только при колебании самого провода в сторону молоточка, что малоэффективно, это видно из диаграммы. Установка молоточка между двумя электропроводами повышает эффективность, но незначительно.
Известен молниеотвод /8/, содержащий центральный стержень молниеприемника, заземление, боковые стержни, трансформатор, конденсатор, генераторный разрядник. К недостатку можно отнести: 1 - сложность устройства; 2 - нет предварительной готовности к приему лидера молнии; 3 - при этом боковые стрежни за 150-200 м должны принять потенциал лидера молнии, зарядить конденсатор через обмотку трансформатора, имеющую большое сопротивление импульсу тока, чтобы сработал генераторный разрядник. За это время лидер молнии успеет разрядиться в ближайшую опору или трансформатор, наглухо заземленные как ВЛЭП. 4 - в (1) отсутствуют многосекционные и генераторные разрядники. Нет требований к току утечки, взрывоопасности и др., что противоречит ПУЭ, при формировании импульса высокого напряжения Um≈1000 кВ.
Раскрытие изобретения.
Повышение технологичности подтягивания проводов ВЛЭП на 1,1 м /2/ производится с помощью пружин растягивания /5/, которые выдерживают нагрузку 3-6 тонн /5, стр.169/ с минимальным температурным коэффициентом расширения. После подтягивания проводов с установкой пружин растягивания обеспечивается динамическая нагрузка ВЛЭП - при повышении температуры происходит подтягивание проводов, при понижении температуры и образовании наледи происходит растягивание пружины. На ФИГ.1 и ФИГ.2 изображены схемы установки пружин с вертикальной и горизонтальной подвеской гирлянд изоляторов соответственно. Внутри пружин растягивания устанавливаются серповидные молоточки 5 для стряхивания наледи при растяжении либо сжатии пружины. На этом же принципе устанавливается датчик обледенения /2/ /не показано/. Для повышения надежности защиты ВЛЭП от грозовых разрядов: 1) наверху опоры на изоляторах устанавливаются стержневые молниеотводы высотой 5-10 м; 2) тросы грозозащиты отключаются от земли; 3) первые и вторые подключаются к земле через трубчатые или стержневые разрядники; 4) на тросах грозозащиты - наводка конденсаторная - 50 Гц, величиной более 3000 В, к стержневому молниеотводу подключается переменное напряжение величиной ~1000÷3000 В, включаемое по команде грозоотметчика (ФИГ.3-9), либо подключен к тросу грозозащиты (не показано). Этим самым повышается соотношение зарядов, индуцируемых в защитном объеме и на молниеотводе при приближении канала лидера молнии положительного либо отрицательного (8) с окружающим объемным зарядом. Это может повысить грозозащиту ВЛЭП до 100%. Отключение тросов грозозащиты от земли и подключение их через трубчатые или стержневые разрядники снижает конденсаторные потери электроэнергии на 10-12%, а общая экономия электроэнергии с подтягиванием проводов достигает 15-25% в зависимости от осадков. Это повышает техническую применимость. Лидер молнии, ударяя в противоположный заряд стержневого громоотвода и в противоположный заряд троса грозозащиты, ток уходит через стержневые или трубчатые разрядники в землю, обходя индуктивность L1, создающую большое сопротивление мгновенному току, тем самым защищает схему подачи переменного напряжения - 1000÷3000 В от поражения, ФИГ.3-10.
Работа ВЛЭП при снижении потерь электроэнергии и ее грозозащите
Подтягивание проводов ВЛЭП пружинами растяжения с провисанием 1-3 м уменьшает коронарные потери электроэнергии на 10-15%. Пружины растяжения обеспечивают динамическую нагрузку, подтягивая провода при нагреве своим сжатием и растягиваясь при снижении температуры и образовании наледи, обеспечивая стряхивание льда серповидными молоточками на расстоянии 150 м от опоры в обе стороны. На ФИГ.1, ФИГ.2 показаны установки пружин растяжения, где: 1 - опора, 2 - гирлянда изоляторов, 3 - провод, 4 - пружина растяжения, 5 - серповидные молоточки. Использование троса грозозащиты и стержневого молниеотвода высотой 5-10 м, укрепленного на опоре на изоляторе /не показано/, подключенных к земле через трубчатые или вентильные разрядники, с подключением к стержневому молниеотводу переменного напряжения величиной ~1000÷3000 В /в зависимости от зон грозозащиты/ обеспечивает высокую надежность грозозащиты ~ до 100%, что обеспечивает высокую применимость. На ФИГ.3 приведена схема грозозащиты. Включение напряжения производит грозоотметчик 9, подключая реле Р1 на землю на трансформатор ТР1. Переменное напряжение переменное частотой 50 Гц и выше до 1000 Гц величиной ~1000÷3000 В подается непосредственно на стержневой молниеотвод 6, на тросе грозозащиты 7 переменное напряжение конденсаторной наводки выше 3000 В. увеличивает заряд, индуцируемый на вершине стержневого молниеотвода и тросах грозозащиты. При приближении канала лидера молнии происходит положительный либо отрицательный грозовой разряд на них, и ток разряда уходит в землю через разрядники 8, не затрагивая схему 10, так как индуктивность L1 представляет большое сопротивление для мгновенно нарастающего тока. Схему 10 можно устанавливать на ВЛЭП с промежутками 10-15 км и более, а также на стадионах, высотных домах и других объектах. При отключении троса грозозащиты от земли уменьшаются конденсаторные потери электроэнергии на 10-12%. Сумарное уменьшение потерь электроэнергии с подтягиванием проводов достигает 15-25%. Это повышает техническую применимость. Проведенные испытания с пружинами растяжения показали следующие результаты: при увеличении динамической нагрузки на линию пружина своим растяжением препятствует ее обрыву; продольные колебания от серповидных молоточков имеют недостаточную эффективность.
Источники информации
1. ЦУЭ-2009 и ПУЭ - 1986, Москва, Энергмашиздат, 2009 г. и 1986 г.
2. ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ, Под ред. Резервит Д.В., МОСКВА, Энергия, 1976 г.
4. БЭС Т.16 /СТР.468/ ИЗД. БЭС, г.МОСКВА, 1974 г.
5. БЭС Т.21 /СТР.169/ ИЗД. БЭС, г.МОСКВА, 1975 г.
6. МОЛНИЕОТВОД, RU 88862 U1, 20.11.2009, Реферат и фиг.
7. ШАРОВЫЕ МОЛОТОЧКИ, JP 0003143215, 18.06.1991, Реферат.
8. Молниетвод, RU 2101819 C1, 2.04.1993 г.