Методика расчета ЛЭП постоянного тока

Расчёт электрических напряженностей

Общий подход к расчету. Расчет электрических Е напряженностей ЭМП, созданного ЛЭП в воздушной среде, осуществляется с использованием метода зеркальных отображений, который для проводов с токами, находящихся под напряжением, подробно описан в опубликованной литературе (см., например, [4.4, 4.10]).

Система уравнений, из которой можно определить электрические потенциалы в воздушной среде около проводов (рис. 4.1) записывается в виде:

Система проводов под напряжением
 или в общем виде для к -го члена

Рис. 4.1. Система проводов под напряжением или в общем виде для к -го члена:

где к - напряжение к -го провода относительно земли, В; - линейная плотность заряда /-го провода, Кл/м; aki- потенциальные коэффициенты, В м/А с.

При решении задачи приняты допущения: а) диаметры проводов малы по сравнению с другими геометрическими размерами системы (длиной провода, расстоянием между проводами и т.д.); б) - длина проводов предполагается столь большой, поэтому поле можно считать плоскопараллельным.

При таких допущениях проще всего определяются потенциальные коэффициенты . Для определения коэффициентов

достаточно положить При

этом ни один провод не должен быть заземлен. Уравнения приобретают вид

Поле заряженного первого провода будет таким же, как и от одного провода, протянутого над поверхностью земли (рис. 4.2), так как искажением поля вследствие существования других проводов можно пренебречь ввиду малости их сечений. При таком условии коэффициент ап является величиной, обратной емкости провода по отношению к земле и записывается в виде

Аналогично находятся и другие коэффициенты:

где - радиусы проводов.

Коэффициент а нетрудно определить, если заметить, что незаряженные провода, ввиду малости их сечений, принимают в поле заряженного провода те потенциалы, которые получаются в местах их расположения и при отсутствии их. Найдем, пользуясь уравнением (уравнение любой линии равного потенциала [4.4,

с.222]), потенциал на оси второго провода, определяемый зарядами первого провода и его зеркального изображения в поверхности земли. Постоянная С2 в данном случае равна нулю, так как для точек на поверхности земли расстояния гх и г2 до провода и его зеркального изображения равны между собой и, кроме того, для этих точек О-

ЭП одиночного заряженного провода

Рис. 4.2. ЭП одиночного заряженного провода

Замечая, что для точки, лежащей на оси второго провода, необходимо положить г, г12 и г2 гх 2 (рис. 4.3), получаем:

Следовательно

и

Так как гр, грк (рис. 4.1), то акр арк.

В уравнениях (4.3)-(4.4): /г* - высота провода над землей (эквивалентная, на опоре или минимальная в пролете); г к - расстояние между к-м и /-м проводами; гР'к - расстояние между к-м проводом и зеркальным отображением /-го провода в плоскости земли;

эквивалентный радиус провода [4.4]; п- число составляющих расщепленного полюса (если провод состоит из нескольких проводников); го - радиус составляющих расщепленного провода; гь - радиус расщепленного провода, определяется по формуле , d - шаг расщепления проводов фазы (обычно d 0,4 м).

Решая систему уравнений (4.2), получим

где j3ki- коэффициенты электростатической индукции, имеющие размер емкости, А с/В м. Матрицу коэффициентов (5ki можно получить путем обращения матрицы коэффициентов акг Коэффициенты J3ki можно также вычислить по формуле

где А - определитель системы уравнений (4.1); Мjk - минор, полученный из определителя А при вычеркивании z-ой строки и к-то столбца.

Полученные значения комплексных зарядов используются для расчета вертикальной Е. и горизонтальной Еу составляющих напряженности ЭП вблизи воздушной ЛЭП в точке Р у, z :

где

Ось z в системе координат y,z (поперечное сечение ЛЭП) выбирается по центру опоры, на которой подвешены провода ЛЭП, ось у

- горизонтально поверхности земли.

Расчет ведется применительно к двум воздушным ЛЭП, изображенным на рис. 4.3 и рис. 4.4.

Биполярная ЛЭП постоянного тока. Токи ионов

Рис. 4.3. Биполярная ЛЭП постоянного тока. Токи ионов: между полюсами - биполярный (/й) и униполярные от полюсов на землю (1у+ и 1у').

Квадруполярная опора для воздушной ЛЭП постоянного тока

Рис. 4.4. Квадруполярная опора для воздушной ЛЭП постоянного тока

Квадруполярная воздушная ЛЭП, представленная на рис. 4.4, содержит четыре полюса (расщепленных провода), расположенных в два яруса, и два грозозащитных троса. При этом для радикального улучшения экологических характеристик линии по концентрации положительных ионов у земли на полюса нижнего яруса подается одноименный отрицательный потенциал, а на полюса верхнего яруса - положительный. Такая конструкция линии исключает негативное влияние на человека положительных ионов путем заполнения пространства между нижними коронирующими полюсами отрицательной полярности и землей дрейфующими отрицательными ионами, полезными для дыхания человека (по проф. Чижевскому).

По измерениям, проведенным на опытном пролете квадруполяр- ной ЛЭП НИИПТ, концентрация ионов у земли пропорциональна

^imin (где ^lmin - минимальный габарит полюсов нижнего яруса до земли), что позволяет «регулировать» униполярный ток путем выбора величины Hulin. Кроме того, сближая полюса разной полярности (т.е.

уменьшая расстояние АН между ними) можно ответвлять основную часть тока короны от полюсов нижнего яруса вверх на полюса положительной полярности. Таким образом, согласовывая между собой величины АН и Ни1т и оптимизируя выбор конструкции полюсов линии,

можно обеспечить уменьшение концентрации ионов под полюсами с одновременным снижением высоты квадруполярной опоры. Если исходить из заданного превышения концентрации отрицательных ионов над положительными, то для определения геометрических размеров промежуточной квадруполярной опоры можно предложить следующее неравенство:

где Н _ высота подвески полюсов нижнего яруса на опоре; АН - расстояние между полюсами верхнего и нижнего ярусов по вертикали; Аb - то же, но по горизонтали; /? - отношение концентраций отрицательных и положительных ионов у земли под нижним полюсом; для практических целей можно принять J3 10.

Высокая эксплуатационная надежность квадруполярной линии достигается специальным расположением полюсов и грозозащитных тросов на опоре и в пролете, исключающем КЗ между ними при «пляске» полюсов и тросов и обеспечивающем малую вероятность прорыва молнии на положительные полюса линии.

Таким образом, квадруполярная линия обеспечит снижение экологического влияния на человека повышенной концентрации ионов при значительном сокращении минимального габарита от нижних отрицательных полюсов до земли и экономию за счет этого стали на опоры.

Исследовались также вопросы влияния ЛЭП постоянного тока на радиоприем и каналы связи по проводам. Радиопомехи, создаваемые воздушными ЛЭП, обусловлены стримерным коронным разрядом на проводах и образуются только на положительном полюсе. Поэтому, если на ЛЭП переменного тока помехи создаются проводами всех трех фаз, то на ЛЭП постоянного тока - только проводами положительной полярности. При одинаковых проводах и максимальной напряженности поля на поверхности проводов уровни радиопомех на линии постоянного тока меньше, чем на линии переменного тока (на 6-8 дБ) [4.4]. Уровень радиопомех от ЛЭП постоянного тока ±500 кВ на расстоянии 50 м от положительного полюса составляет 30-31 дБ (при нормируемом уровне, равным 37 дБ по зарубежным нормам).

Квадруполярные воздушные ЛЭП постоянного тока, особенность экологического влияния которых связана с протеканием униполярных токов короны от полюсов к земле, не оказывают неблагоприятного воздействия на человека и окружающую среду.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >