Toggle Dropdown
Приложение 11
к приказу Министра энергетики
Республики Казахстан
от 30 декабря 2016 года № 580
Методические указания по проверке гибких проводников линий электропередачи и распределительных устройств
Редакция с изменениями и дополнениями по состоянию на 16.03.2025 г.
1. Настоящие Методические указания по проверке гибких проводников линий электропередачи и распределительных устройств (далее – Методические указания) разработаны в соответствии с подпунктом 323) пункта 15 Положения о Министерстве энергетики Республики Казахстан, утвержденного постановлением Правительства Республики Казахстан от 19 сентября 2014 года № 994, и применяются для использования при выполнении расчетов по определению опасного сближения или схлестывания гибких проводников линий электропередачи и распределительных устройств при коротком замыкании.
2. Методические указания распространяются на расчеты колебаний при коротких замыканиях (далее - КЗ) гибких проводников воздушных линий (далее - ВЛ) и распределительные устройств (далее - РУ) всех классов напряжений.
3. При проверке гибких проводников ВЛ и РУ на возможность их опасного сближения или схлестывания при КЗ необходимо правильно выбрать расчетные условия, то есть наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия, при которых возможно опасное сближение или схлестывание проводников. К расчетным условиям относятся:
2) расчетная продолжительность КЗ.
4. Расчетным видом КЗ является двухфазное КЗ согласно Правилам устройства электроустановок, утвержденным приказом Министра энергетики Республики Казахстан от 20 марта 2015 года № 230 (зарегистрирован в Реестре государственной регистрации нормативных правовых актов за № 10851) (далее - Правила). В качестве расчетной продолжительности КЗ является суммарное время действия основной защиты электроустановки с гибкими проводниками и полное время отключения выключателя и суммарное время действия резервной защиты и полное время отключения выключателя.
5. В настоящих Методических указаниях применяются следующие основные понятия и определения:
1) линия электропередач - один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока;
2) короткое замыкание - электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу;
3) воздушная линия электропередачи - устройство для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным с помощью изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам и стойкам на инженерных сооружениях (мостах, путепроводах и прочих).
Иные понятия и определения, используемые в настоящих Методических указаниях, применяются в соответствии с законодательством Республики Казахстан в области электроэнергетики.
Глава 2. Методика расчета по проверке гибких проводников линий электропередачи и распределительных устройств
6. Перед расчетом смещений гибких проводников при КЗ, вычисляется значение критерия, характеризующего степень опасности сближения проводников при КЗ. При значении этого критерия больше предельного, проводят расчет.
7. Расчет выполняется в два этапа. На первом этапе вычисляется энергия, которую накапливают проводники пролета за время КЗ. Эта энергия равна работе электродинамических сил. На втором этапе по найденной энергии вычисляются горизонтальные смещения проводников в середине пролета.
8. Если продолжительность КЗ меньше 0,6 периода малых собственных колебаний расчетного маятника, то работа электродинамических сил за время КЗ вычисляется с помощью кривых, полученных путем решения уравнения вынужденных нелинейных колебаний расчетного маятника. Если же продолжительность КЗ больше 0,6 периода малых собственных колебаний расчетного маятника, то работа электродинамических сил за время КЗ вычисляется с помощью других кривых, построенных путем использования закона постоянства полной энергии потенциальной системы.
9. При кратковременных КЗ, когда их расчетная продолжительность не превышает так называемую предельную, смещение проводников вычисляют, не определяя работу электродинамических сил.
10. Упомянутый выше критерий, характеризующий степень опасности сближения проводников при КЗ, - параметр р, кило Ампер в квадрате ∙ секунда/Ньютон (далее - кА²с/Н), определяется по формуле:
- начальное действующее значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ, кило Ампер (далее - кА);
tоткл - расчетная продолжительность КЗ, секунда (далее - с);
q = mпог g - погонная сила тяжести проводника, Ньютон на метр (далее - Н/м);
mпог - погонная масса проводника, килограмм на метр (далее - кг/м);
g - ускорение силы тяжести, метр в секунду в квадрате (далее - м/с²);
а - расстояние между осями проводников смежных фаз до КЗ, метр (далее - м)
- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей электродинамической силы (график для его определения приведен на рисунке 1 приложения 2 к настоящим Методическим указаниям, где Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с).
11. При р 0,4 кА²с/Н расчет смещений гибких проводников не нужен, так как опасности их чрезмерных сближений нет.
12. На рисунке 2 приложения 2 к настоящим Методическим указаниям приведен график, связывающий параметры формулы (1) при = 1. Кривые tоткл = f (І(2) по)) при aq = const ограничивают области параметров tоткл и , при которых расчет смещений проводников не нужен.
13. Если р > 0,4 кА ²с/Н, то сначала определяют предельную продолжительность КЗ - параметр tпред, с:
- частота малых собственных колебаний расчетного маятника, 1/с, где L = 2f/3, м;
L - расстояние от прямой, соединяющей точки крепления проводника одного пролета, до центра масс этого проводника (длина маятника), м;
f - стрела провеса проводника в середине пролета, м;
М = mпог l - масса проводника пролета, килограмм (далее - кг);
- расчетная электродинамическая сила при двухфазном КЗ, ньютон (далее - Н).
Последняя вычисляется по формуле:
- постоянная составляющая электродинамической нагрузки на проводник в пролете при двухфазном КЗ, Н;
µ - относительная магнитная проницаемость воздушной среды (для воздуха = 1), Генри /метр ( далее - Гн/м);
µ0 - магнитная проницаемость вакуума, Гн/м.
14. При tоткл ≤ tпред горизонтальное смещение проводника при КЗ - параметр s, м, вычисляется по формуле
15. Если вычисленное по формуле (4) значение s оказывается больше стрелы провеса проводника в середине пролета, принимают s = f.
16. При tпред < tоткл 0,6 ≤ (2π / Ѡ0) горизонтальное смещение проводника при КЗ, м, вычисляется по одной из формул:
где tпред - предельная продолжительность КЗ, с;
αmax - угол максимального отклонения проводника от вертикали, радианы (далее - рад):
- энергия, накопленная проводником пролета за время КЗ, Джоуль (далее - Дж), и определяемая с использованием характеристик ∆Wк/Mg L при двухфазном КЗ графиков согласно рисунку 3 приложения 2 к настоящим Методическим указаниям,
где Ʈоткл - относительная продолжительность КЗ в долях от периода собственных колебаний проводника в пролете:
Ʈоткл = Ʈоткл/T0 = Ʈоткл Ѡ 0/2π .
17. При tоткл > 0,6 (2π/Ѡ 0) горизонтальное смещение проводника вычисляется по формулам (5), однако входящая в формулы (5) и (6) энергия ∆Wк, Дж, приближенно оценивается по одной из формул:
где h - высота подъема проводника над его положением до КЗ, м, которая определяется с использованием характеристики h/a при двухфазном КЗ согласно рисунку 4 приложения 2 к настоящим Методическим указаниям.
18. Максимальное сближение проводников (минимальное расстояние между проводниками) вычисляется по формуле
где s - найденное максимальное горизонтальное смещение проводника в середине пролета от равновесного положения, а для расщепленных фаз - это горизонтальное смещение оси расчетного одиночного проводника с поперечным сечением, равным сумме сечений всех проводников фазы в середине пролета;
rр - радиус расщепления фазы, м.
19. Влияние гирлянд изоляторов учитывается увеличением погонного веса и стрелы провеса проводников путем замены в приведенных выше формулах массы проводника М «приведенной» массой Мпр
и стрелы провеса f «приведенной» стрелой провеса fпр
гдеɣ - коэффициент приведения массы (таблица 1 приложения 2 к настоящим Методическим указаниям);
lг - длина гирлянды изоляторов, м;
β- угол отклонения натяжных гирлянд от вертикали до КЗ, рад.
20. Наличие отводов приближенно учитывается увеличением массы проводников. При этом приведенную массу проводника оценивается по формуле:
где Мотв - масса отводов в пролете, кг.
Глава 3. Определение максимального смещения и максимального сближения проводников при КЗ
21. Максимальное смещение гибких проводников при их раскачивании в условиях двухфазного КЗ определяется по формуле:
Методика определения s дана выше.
22. Минимальное расстояние между гибкими проводниками при их сближении в условиях КЗ определяется по формуле:
23. Соблюдается условие amin > amin доп, где amin доп - минимально допустимое расстояние между проводниками фаз. amin доп при разных номинальных напряжениях Ином определяются согласно таблице 2 приложения 2 к настоящим Методическим указаниям и Правил.
24. При определении условий опасных сближений гибких проводников при КЗ сначала по формуле (1) вычисляют значение критерия р. Если р≤ 0,4 кА² с/Н, то проводники находятся в неопасной зоне и эксплуатируются; если же р > 0,4 кА² с/Н, то проводники находятся в опасной зоне, то есть возможны пробои изоляционных промежутков между ними и даже схлестывание. В этом случае производят детальный расчет качаний проводников и воздействуют на режимные параметры Іпо(2) и tоткл в отдельности или совместно.
Приложение 1 к Методическим
указаниям по проверке гибких
проводников линий электропередачи
и распределительных устройств
В итоге многолетних исследований электродинамической стойкости гибких проводников определились две расчетные модели таких проводников.
Одна из них представляет собой нерастяжимый стержень-маятник на жестком подвесе с массой, сосредоточенной в центре масс проводника в пролете. Вторая - гибкая нить с равномерно распределенной по длине массой, обладающая конечной жесткостью на растяжение, изгиб и кручение.
Расчетные модели, отличные от названных (как правило более сложные, чем схема-маятник), не нашли практического применения и далее подробно не рассматриваются.
Расчетные зоны динамики проводников
В период с момента возникновения КЗ и до его отключения расчетная модель гибкого проводника каждой фазы в виде жесткого стержня (рисунок 1) достаточно полно описывает его движение, и оценки смещений проводников на этом этапе движения оказываются весьма точными, что подтверждается опытными данными.
Рисунок 1. Расчетная модель двух гибких проводников
На рисунке 1 и далее приняты следующие обозначения:
а - расстояние между осями проводников смежных фаз до КЗ, м;
М - масса проводника расчетного пролета, кг;
f - стрела провеса проводника в середине пролета, м;
L - расстояние от прямой, соединяющей точки крепления проводника одного пролета, до центра масс этого проводника (длина маятника), м;
α- угол отклонения проводника от вертикали, рад;
Fэ - электродинамическая сила, Н;
g - ускорение силы тяжести, м/с²
После отключения КЗ проводники сначала движутся по инерции, преодолевая действие силы тяжести и сохраняя при этом в течение некоторого времени, пока имеет место натягивающая проводники сила, форму, близкую к форме плоской гибкой нити, загруженной собственным весом. На этом этапе движения проводников их поведение уже менее точно описывается принятой расчетной моделью, хотя и здесь оценки их смещения оказываются приемлемыми.
Тяжение в проводниках исчезает, когда центры масс проводников оказываются выше точек их крепления к опорам, и центробежные силы оказываются недостаточными для поддержания прежней формы проводников в виде гибкой натянутой нити. На этом этапе движения проводники подобны телам, падающим под действием инерционных сил и сил тяжести. Поэтому расчет смещений проводников с использованием модели в виде маятника здесь невозможен.
При КЗ проводники под действием электродинамических сил отталкиваются друг от друга, а их максимальное сближение имеет место после отключения КЗ, при колебаниях проводников вокруг исходного положения равновесия.
Баланс сил в расчетных зонах
При движении гибких проводников в результате возникшего на ВЛ или в РУ короткого замыкания расчетными нагрузками на расчетный маятник являются (рисунок 2):
α - траектории движения проводников (их центров масс) при большом кратковременном токе КЗ: АВ - участок траектории, который проходит проводник во время КЗ; ВС - участок траектории, который проходит проводник, натянутый действующими на него силами, после отключения тока КЗ; CD - участок траектории, где ненатянутый провод «падает» под действием силы тяжести и инерционных сил; б - траектории движения проводников при малом токе КЗ; Fцб - центробежная сила
Рисунок 2. Траектории движения проводников при КЗ и после него
1) сила тяжести Mg, направленная вертикально вниз и действующая постоянно на всех этапах движения проводников;
2) электродинамическая сила Fэ, которая при двухфазном КЗ на линиях с проводниками, закрепленными в одной горизонтальной плоскости, направлена горизонтально и действует до момента отключения тока КЗ;
3) инерционная сила Fин, направленная противоположно вектору окружного ускорения центра массы проводника в пролете и действующая в периоды, когда проводник натянут и его рассматривают как маятник;
4) инерционные силы, свойственные телам, которые после воздействия нескольких сил двигаются в пространстве в поле силы тяжести: это имеет место на этапе движения гибких проводников, когда они не натянуты.
Приложение 2 к Методическим
указаниям по проверке гибких
проводников линий электропередачи
и распределительных устройств
Рисунок 1. Зависимость коэффициента от tоткл/Та
Рисунок 2. Продолжительность КЗ, при которой р = 0,4
|
а) при 2L/a = 0,5;
|
б) при 2L/a = 1,1;
|
|
в) при 2L/a = 2,1;
|
г) при 2L/a = 3,1;
|
|
д) при 2L/a = 4,l;
|
е) при 2L/a = 5,1;
|
Рисунок 3. Характеристики Wк/Mg L при двухфазном КЗ
Рисунок 4. Характеристики h/a при двухфазном КЗ
Коэффициент приведения массы
|
fг/f
|
Значение коэффициента приведения массы при различных Мг/М
|
|
0,01
|
0,02
|
0,05
|
0,10
|
0,20
|
0,50
|
1,00
|
2,00
|
3,00
|
|
0,01
|
1,000
|
1,000
|
1,000
|
1,000
|
1,001
|
1,002
|
1,003
|
1,005
|
1,006
|
|
0,02
|
1,000
|
1,000
|
1,000
|
1,001
|
1,002
|
1,004
|
1,007
|
1,010
|
1,012
|
|
0,05
|
1,000
|
1,000
|
1,001
|
1,002
|
1,004
|
1,010
|
1,016
|
1,024
|
1,029
|
|
0,10
|
1,000
|
1,001
|
1,002
|
1,004
|
1,008
|
1,019
|
1,031
|
1,048
|
1,058
|
|
0,20
|
1,001
|
1,002
|
1,004
|
1,008
|
1,015
|
1,034
|
1,059
|
1,090
|
1,110
|
|
0,50
|
1,002
|
1,003
|
1,008
|
1,016
|
1,031
|
1,071
|
1,130
|
1,200
|
1,250
|
|
1,00
|
1,002
|
1,005
|
1,012
|
1,024
|
1,048
|
1,110
|
1,200
|
1,330
|
1,430
|
|
2,00
|
1,003
|
1,007
|
1,017
|
1,033
|
1,065
|
1,150
|
1,290
|
1,500
|
1,670
|
|
3,00
|
1,004
|
1,007
|
1,019
|
1,037
|
1,073
|
1,180
|
1,330
|
1,600
|
1,820
|
Примечание: Мг - масса гирлянд (суммарная масса двух натяжных гирлянд у двух опор проводников в пролете или масса одной гирлянды, если на опорах гирлянды подвесные); М - масса проводника в пролете; fг - провес гирлянд; f - стрела провеса проводника.
|
Ином, кВ
|
amin доп, м
|
|
35
|
0,2
|
|
110
|
0,45
|
|
150
|
0,6
|
|
220
|
0,95
|
|
330
|
1,4
|
|
500
|
2,0
|
|
750
|
3,3
|
|
1150
|
5,4
|
