Сыроватский Д.В.
специальность "Электрические системы и сети" (7.09.06.02)
автореферат магистерской выпускной работы
научный руководитель Кобазев В.П.

Донецк-2002

    В сложившихся условиях постоянно ухудшающегося технического состояния электрических сетей напряжением 10 кВ из-за хронического отсутствия средств на их своевременный и качественный ремонт на первый план выдвигается проблема поддержание этих сетей на достаточном уровне надежности электроснабжения потребителей

    Статистические данные указывают на то, что самым ненадёжным элементом электрической сети 10 кВ, состоящей из воздушных линий (ВЛ), являются изоляторы.. Известно, что однофазные замыкания на землю составляют примерно 28% от общего числа повреждений ВЛ. Такие замыкания вызывают разрушение железобетонных (ЖБ) опор, пожары и поражения электрическим током людей и животных.

    Анализ имеющихся в технической литературе экспериментальных данных, касающихся вопроса воздействия переменного тока на ЖБ опору, позволяет выбрать основные параметры, которые дают возможность судить о степени разрушения опоры при однофазном замыкании на землю. Такими параметрами являются: температура подземной части ЖБ опоры, развиваемая в результате тепловых потерь электроэнергии при протекании по опоре переменного тока; величина переходного сопротивления в месте однофазного замыкания на землю и значение тока, протекающего через ЖБ опору. Непосредственный контроль изменения основных параметров затруднён следующим. Неизвестным заранее местом замыкания и случайностью характеристик окружающего опору грунта. Несовпадением значений контролируемого параметра в разных точках сети для протекающих по электрической сети и через железобетонную опору токов при неполном замыкании фазы на землю. Поэтому судить об изменениях основных величин, влияющих на механическую прочность железобетонных опор при однофазном замыкании на землю, можно косвенно по одному из сетевых параметров: напряжению смещения нейтрали, напряжению на заземлённой фазе и току однофазного замыкания на землю.

    При решении задачи по определению критической продолжительности однофазного замыкания на землю в сети, состоящей из воздушных линий на ЖБ опорах может быть представлен следующими друг за другом стадиями: нагревание железобетонной опоры и близлежащего грунта; испарение влаги из бетона и почвы вокруг опоры; возникновение дуговых разрядов, зажигание электрической дуги, термическое разрушение стальной арматуры и бетона.

    Если ограничивать существование однофазного замыкания на землю первой стадией, то в этом случае дифференциальное уравнение теплового баланса имеет вид:

(1)

где Кi - коэффициент, учитывающий ту часть тока замыкания которая протекает через ЖБ опору при неполном однофазном замыкании на землю; Iз - ток однофазного замыкания, измеряемый на подстанции; Кu - коэффициент, учитывающий распределение напряжений на заземлённой фазе при возникшей полноты замыкания; Uфп - напряжение на повреждённой фазе; g - продолжительность однофазного замыкания на землю; СБgБ - отнесённая к объёму теплоёмкость бетона; VБ - объём подземной части ЖБ опоры; Сгgг - отнесённая к объёму теплоёмкость грунта; Vг - объём грунта, прилегающий к опоре и нагреваемый до такой же температуры, как и бетон опоры; Dq - разность между температурой, при которой начинается испарение влаги и начальной температурой подземной части ЖБ опоры.

    Уравнение (1) получено с учётом следующих допущений: на стадии нагревания железобетонной опоры до начала интенсивного испарения влаги передачей теплоты теплопроводностью из бетона в грунт и из грунта в бетон не учитывается, значение теплоёмкости бетона опоры и грунта в течении рассматриваемого периода не изменяется.

    Частное решение дифференциального уравнения (1) даёт следующее соотношение для определения критической продолжительности однофазного замыкания на землю:

(2)

где Хс - емкостное сопротивление сети относительно земли; Uн - напряжение смещения нейтрали.

    Анализируя значения полученные из (2) при Dq=80⁰С, С₀= 6,5 10^-3 ф/км; СБgБ= 2,1 10⁶ дж/гр м³; Сгgг= 1,75 10⁶ дж/гр м³ можно сделать вывод, что с точки зрения повышения экологической безопасности ВЛ на железобетонных опорах длительность существования полных однофазных замыканий на землю следует ограничивать продолжительностью поиска места повреждения.

    Для предупреждения разрушения ЖБ опоры при однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью следует ограничивать продолжительность режима неполного замыкания до значения, указанного в табл. 1.

Таблица1 - Критическое время замыкания

Напряжение на поврежденной фазе, кВ	Критическое время существования замыкания на землю для сетей различной протяжённости, час
	50 км	100 км	150 км	200 км
От 0 до 5,0	2,1	1,0	0,6	0,4
5,2	2,3	1,2	0,8	0,6
5,4	2,7	1,5	0,9	0,7
5,6	3,3	1,7	1,1	0,9
5,8	5,0	2,7	1,5	1,2

    Вопрос о мерах по ограничению режима должен решаться, исходя из конкретных условий, с учётом ответственности потребителей.

    Полученное выражение для определения критической продолжительности режима неполного однофазного замыкания на землю даёт возможность по измеренным электрическим параметрам оценить допустимую продолжительность поиска места повреждения для исключения случаев разрушения опор.

1. Жерве Г.К. "Промышленные испытания электрических машин." -Л.: Энергоатомиздат, 1984.-408с.
2. Казовский Е.Я. "Переходные процессы в электрических машинах переменного тока." -М.: Изд-во АН СССР, 1962.-624.
3. Рогозин Г.Г. "Определение электромагнитных параметров машин переменного тока." -К.: Техника, 1992.-168с.