СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ НАВЕДЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА МЕСТЕ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ НА ОТКЛЮЧЕННОЙ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
METHOD FOR ON-SITE COMPENSATION OF INDUCED VOLTAGE AT CUT OFF OVERHEAD TRANSMISSION LINE

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для обеспечения мер безопасности во время работ на отключенных воздушных линиях электропередачи, на которых наводится дополнительное напряжение от соседних работающих линий.
Заявляемое изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения тепла и электроэнергии» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - с.97].
Правилами устройства электроустановок [ПУЭ, Утверждено Министерством энергетики Российской Федерации, приказ от 8 июля 2002 г. №204] при эксплуатации электроустановок определены меры безопасности во время работ на воздушных линиях электропередачи, на которых наводится дополнительное напряжение от соседних работающих линий. Отдельно выделены меры безопасности при работах на таких линиях, когда заземление их в соответствии с общими требованиями правил не позволяет снизить уровень наводящегося на отключенных проводах потенциала ниже 25 В. В соответствии с правилами формируется перечень линий, которые после отключения находятся под наведенным напряжением. В перечень вносятся воздушные линии (их участки), значение наведенного напряжения на которых превышает 25 В, а также воздушные линии, сооруженные на двухцепных (многоцепных) опорах. Значения наведенного напряжения получают при помощи упрощенной методики расчета или измерений на линии.
Известно, что на любой воздушной линии, проходящей параллельно с другими воздушными линиями, непрерывно наводится сторонний потенциал, обусловленный взаимным влиянием электромагнитных полей этих линий друг на друга. Значение потенциала зависит от рабочего напряжения, токов нагрузки, расстояния между фазными проводами линий и длины участка параллельного их расположения. Наведенный на каждой из таких линий потенциал (наведенное напряжение) можно условно представить в виде суммы двух составляющих: электростатической и электромагнитной.
Известен способ снижения индуктивного влияния сетей переменного тока на проводные коммуникации связи (патент RU №2298487, МПК В60М 1/06, В60М 3/00 (2006.01), опубл. 10.05.2007), в котором используют дополнительный регулируемый источник компенсирующего напряжения, находящегося в противофазе к питающему (к наведенному) напряжению. Дополнительный регулируемый источник компенсирующего напряжения подключают к дополнительному проводу, расположенному параллельно проводам связи, заземленному с одной стороны. В результате сложения электрических полей питающего (наведенного) напряжения и источника компенсирующего напряжения снижается практически до нуля электрическое влияние сети на смежные проводные линии связи.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, является подключение регулируемого источника компенсирующего напряжения к контуру заземления через дополнительный провод, расположенный параллельно проводам связи.
В данном способе компенсируется только электрическая составляющая наведенного напряжения и не затрагивается электромагнитная составляющая, что не исключает появление наведенного напряжения от электромагнитной составляющей.
Известен способ снижения электромагнитных влияний электрических сетей железных дорог на каналы проводной связи (авт. св-во №1400922 от 12.12.1988 г., МПК В60М 1/06, бюл. №35 от 23.09.1991 г.). В этом способе получаемый сигнал тягового тока сдвигается по фазе на 180° электрических, усиливается до необходимого уровня и через источник тока подается в защитный провод.
В данном способе компенсируется только электромагнитная составляющая наведенного напряжения и не затрагивается электрическая составляющая, что не исключает появление наведенного напряжения от электростатической составляющей.
Общеизвестен способ уменьшения наведенного напряжения путем заземления проводов фаз отключенной линии на месте производства работ, принятый за прототип [ПУЭ, Утверждено Министерством энергетики Российской Федерации, приказ от 8 июля 2002 г. №204]. Электростатическая составляющая наведенного напряжения на проводах отключенной воздушной линии обусловлена воздействием на них электрического поля остающейся в работе соседней (влияющей) линии и зависит только от уровня напряжения влияющей линии. Значение этой составляющей одинаково по всей длине отключенной воздушной линии. Электростатическая составляющая наведенного напряжения снижается до безопасного уровня по всей длине линии при заземлении ее в любой, хотя бы одной точке. Следовательно, воздействие этой составляющей полностью устраняется при заземлении отключенной воздушной линии по концам (на подстанциях) и на месте производства работ. Электромагнитная составляющая наведенного напряжения обусловлена суммарным влиянием магнитных полей, создаваемых токами фазных проводов влияющей линии. Особенностью проявления электромагнитной составляющей наведенного напряжения является неизменность ее значения независимо от того, изолирован провод от земли или заземлен в одном или даже в нескольких местах.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, является заземление проводов фаз отключенной линии на месте производства работ.
Однако заземления проводов фаз отключенной линии на месте производства работ не всегда позволяют снизить наведенное напряжение до требуемых 25 В, что снижает безопасность работ.
Изобретение направлено на решение задачи повышения безопасности работ в электроустановках.
Технический результат изобретения заключается в снижении наведенного напряжения на месте производства работ до величин, меньших 25 В, требуемых по правилам техники безопасности.
Технический результат достигается тем, что в способе компенсации наведенного напряжения на отключенной воздушной линии электропередачи, в котором соединяют заземляющими проводами фазные провода отключенной линии с контуром заземления опоры линии в месте производства работ, согласно изобретению предварительно определяют мощность источника наведенного напряжения, формируют автономный источник мощности с возможностью регулирования величины и фазы компенсирующего напряжения, измеряют с помощью вольтметра величину наведенного напряжения на месте производства работ, подключают между контуром заземления опоры линии и заземляющими проводами регулируемый источник мощности, на котором устанавливают напряжение, равное по величине и находящееся в противофазе к измеренному наведенному напряжению, и контролируют по показаниям вольтметра величину остаточного наведенного напряжения, не превышающую 25 В.
Отличия от прототипа доказывают новизну технического решения, охарактеризованного в формуле изобретения.
Новый подход позволяет повысить безопасность работ в электроустановках за счет снижения наведенного напряжения на месте производства работ до величин, меньших требуемых по правилам техники безопасности (25 В), что подтверждает соответствие заявляемых технических решений условию патентоспособности «промышленная применимость».
Из уровня техники неизвестны отличительные существенные признаки заявляемого способа, охарактеризованного в формуле изобретения, что подтверждает их соответствие условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежом, где:
на фиг.1 представлена схема двухцепной воздушной линии с заземлением проводов трех фаз отключенной линии на месте производства работ и с подключенным регулируемым источником мощности;
на фиг.2 представлена схема замещения линии на фиг.1 для расчета по программе в фазных координатах на компьютере;
на фиг.3 представлена схема одного участка схемы замещения линии на фиг.2 с учитываемыми в расчете параметрами линии.
На фиг.1 показана воздушная линия 1, включенная между подстанциями 2 и 3, питающимися от систем 4 и 5, и воздушная линия 6, отключенная от подстанций 2 и 3 выключателями 7 и 8. Провода фаз отключенной линии 6 заземляющими проводами 9 соединены с заземляющим контуром 10 опоры линии. Средняя точка заземляющих проводов 9 через источник мощности 11 соединена с выносным заземлителем 12 и через вольтметр 13 с другим выносным заземлителем 14.
На фиг.2 показана схема замещения воздушных линий 1 и 6 в трехфазном виде для расчета на компьютере по программе в фазных координатах. Питающие системы показаны в виде трех ЭДС 15, одинаковой величины и сдвинутых относительно друг друга на угол 120 градусов. Средняя точка ЭДС 15 через сопротивление заземлителя 16 соединена с точкой нулевого потенциала. Линии разбиты на участки, ограниченные точками 17 (узлами). Каждому узлу присвоен номер. Между каждыми двумя узлами проводов расположены связи, носящие активно-индуктивный характер 18. Средняя точка заземляющих проводов 9 соединена через сопротивление 19 заземляющего контура опоры 10 с точкой нулевого потенциала. Источник мощности 11 соединен через сопротивление 20 заземлителя 12 с точкой нулевого потенциала. Вольтметр 13 соединен через сопротивление 21 заземлителя 14 с точкой нулевого потенциала.
На фиг.3 показана схема замещения одного из участков схемы замещения воздушных линий 1 и 6 в трехфазном виде для расчета на компьютере по программе в фазных координатах. Здесь между узлами проводов линии показаны полные сопротивления проводов 22. Между проводами показаны емкостные сопротивления 23 и емкостные сопротивления «на землю» 24 каждого провода. Между проводами показаны сопротивления взаимоиндукции 25.
Значения комплексных сопротивлений проводов фаз линии и междуфазных комплексных сопротивлений (соответственно, собственных и взаимных сопротивлений) определяются по общеизвестным выражениям (например, Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в энергетических системах, изд-во Энергия, 1970 г., с.293, 294):
где:
п
R - активное сопротивление провода (Ом);
з
R=0,05 - сопротивление земли (величина учитывающая потери активной мощности при прохождении тока через землю) (Ом);
з
D - глубина протекания эквивалентного тока в земле (выбирается для каждой территории в отдельности) (м);
пэ
п
r=0,95*r - эквивалентный радиус провода (0,95 для сталеалюминиевых проводов, 0,85 - для алюминиевых проводов) (м);
п
r - радиус провода (м);
взаимн
AB
D - расстояние между каждыми двумя проводами линии, например между проводами фаз А и В - D (м).
Значения емкостных проводимостей фаз на «землю» и взаимных емкостных проводимостей между фаз определяются по общеизвестным выражениям (например, Висящев А.Н. Приборы и методы определения места повреждения на линиях электропередачи. Иркутск, уч. пособие, изд-во ИрГТУ, 2001 г., с.27-29):
где:
где:
<mrow><msup><mi>Y</mi><mi>m</mi></msup><msub><mrow /><mrow><mi>Q</mi><mi>i</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mrow>
<mrow><msup><mi>Y</mi><mi>m</mi></msup><msub><mrow /><mrow><mi>Q</mi><mi>j</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mrow>
,
- значения емкостных проводимостей фаз на «землю» (См);
<mrow><msup><mi>Y</mi><mi>m</mi></msup><msub><mrow /><mrow><mi>Q</mi><mi>i</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mrow>
- значения взаимных емкостных проводимостей между фаз (См);
α - потенциальные коэффициенты (м/Ф);
Q, Р - фазы А, В, С;
π - коэффициент, равный 3,1416;
f - частота тока сети, равная 50 Гц;
ε - относительная диэлектрическая проницаемость (для воздуха ε=1);
0
-12
ε - электрическая постоянная 8,85*10 (Ф/м)
пэ
п
r=0,95*r - эквивалентный радиус провода (0,95 для сталеалюминиевых проводов, 0,85 - для алюминиевых проводов) (м);
п
r - радиус провода (м);
QQ
H - расстояние от Q-ного провода до своего зеркального изображения (м);
QP
H - расстояние от Q-ного провода до зеркального изображения Р-ного провода (м);
QP
D - расстояние между Q-ным и Р-ным проводами (м).
Сопротивления получают как величины обратные проводимостям.
Для двухцепной линии на фиг.1 по схеме замещения на фиг.2 с учетом фиг.3 при отключенном источнике мощности 11 были проведены серии расчетов по программе в фазных координатах. При этом заземление на отключенной линии выполняли только в месте производства работ, перемещали точку заземления проводов отключенной линии вдоль линии и изменяли мощность (ток) по включенной лини от нуля до номинальной.
Полученные результаты позволили определить расчетную мощность источника наведенного напряжения и показали, что во всех режимах для рассматриваемого случая (двухцепная линия 220 кВ длиной 200 км) наведенное напряжение превышает нормируемое (25 В) и мало изменяется по величине и углу (таблица 1). В таблице 1 столбцы (каждые три) соответствуют величине мощности (тока) относительно номинального значения, протекающей по включенной линии, а строки соответствуют расстоянию (относительно полной длины линии) от начала линии до места установки заземлений.
Таблица 1
L<sub>*</sub>
Iном
0,75 Iном
0,5 Iном
0,25 Iном
0,1 Iном
I<sub>ш</sub>, А
U, B
угол
I<sub>ш</sub>, А
U, B
угол
I<sub>ш</sub>, А
U, B
угол
I<sub>ш</sub>, А
U, B
угол
I<sub>ш</sub>, А
U, B
угол
0
4.62
46.22
77.39
4.70
47.00
80.28
4.83
48.31
82.78
5.11
51.12
84.46
6.204
62.04
82.99
0,25
4.73
47.37
81.92
4.79
47.98
83.27
4.89
48.99
84.39
5.13
51.39
84.93
6.206
62.06
82.87
0,5
4.86
48.69
86.45
4.90
49.00
86.36
4.96
49.64
86.17
5.16
51.65
85.60
6.209
62.09
82.94
0,75
5.01
50.18
90.94
5.00
50.06
89.53
5.02
50.26
88.12
5.18
51.89
86.47
6.214
62.14
83.22
1
5.18
51.84
95.35
5.11
51.17
92.78
5.08
50.88
90.24
5.21
52.12
87.54
6.221
62.21
83.71
Если мощность, передаваемая по включенной линии, может изменяться от нуля до номинальной, тогда из результатов расчетов следует, что можно установить напряжение на компенсирующем источнике мощности 11, равное средней величине наведенного напряжения между вариантами минимальной и максимальной мощности, в противофазе к наведенному напряжению. В этом случае наведенное напряжение при любом нормальном значении мощности, передаваемой по включенной линии, не будет превышать нормируемые 25 В (таблица 2).
Таблица 2
0,5 Iном
0,1 Iном
Относительное расстояние
Uост, B
Угол (гр)
I, A
Uост, B
Угол (гр)
I, A
0
2,96
339,5
0,29
6,75
59,15
0,68
0,25
2,22
343,5
0,22
6,79
58,43
0,68
0,5
1,41
349,8
0,14
6,78
58,80
0,68
0,75
0,57
10,23
0,058
6,74
60,07
0,689
1
0,55
131,2
0,059
6,68
62,28
0,67
Для условий таблицы 2 воздушная линия 220 кВ, длиной 200 км, заземлена только в месте проведения работ, напряжение компенсации, установленное на автономном компенсирующем устройстве: Uk.ср.=50 В, Угол=270.
Для двухцепной линии на фиг.1 по схеме замещения на фиг.2 с учетом фиг.3 при включенном источнике мощности 11, создающем напряжение в противофазе к наведенному напряжению, были проведены серии расчетов по программе в фазных координатах. При этом заземление на отключенной линии выполняли только в месте производства работ, перемещали точку заземления проводов отключенной линии вдоль линии и изменяли мощность (ток) по включенной лини от нуля до номинальной. Для каждой точки в источнике мощности 11 устанавливали свое компенсирующее напряжение.
В таблице 2 столбцы (каждые три) соответствуют величине мощности (относительно номинальной) (тока) протекающей по включенной линии, а строки соответствуют расстоянию (относительно полной длины линии) от начала линии до места установки заземлений. Из таблицы 2 видно, что остаточное напряжение при компенсирующем напряжении 50 В не превышает 7 В.
Для реализации способа предварительно определяют расчетным путем или измерениями мощность источника наведенного напряжения. Для полученной величины мощности формируют автономный генератор мощности с возможностью регулирования угла компенсирующего напряжения. Это может быть обычный бытовой бензиновый генератор, для приведенного примера мощностью не более 500 ватт. На отключенной воздушной линии электропередачи соединяют заземляющими проводами фазные провода с контуром заземления опоры линии в месте производства работ, измеряют с помощью вольтметра величину наведенного напряжения, подключают между контуром заземления опоры и заземляющими проводами регулируемый источник мощности с напряжением, равным по величине и находящимся в противофазе к наведенному напряжению. Контролируют по показаниям вольтметра величину остаточного наведенного напряжения.
При этом отсутствует необходимость автоматического слежения за величиной остаточного наведенного напряжения, хотя следует установить звуковую сигнализацию превышения остаточным напряжение величины 25 В.