Разработано Московским энергетическим институтом (техническим университетом)

Исполнители проф., д.т.н. Б.И. НЕКЛЕПАЕВ; проф., к.т.н. КП. КРЮЧКОВ; проф., д.т.н. Е.П. КУДРЯВЦЕВ; вед. инж. М.В. ПИРАТОРОВ

Утверждено Департаментом научно-технической политики и развития РАО ^МЕЭС России” 16.09.2002 г.

Начальник    Ю.Н. КУЧЕРОВ

РД издан по лицензионному договору с РАО "ЕЭС России"

Срок первой проверки настоящего РД - 2008 г., периодичность проверки - один раз в 5 лет.

Ключевые слова: короткие замыкания, электродинамические силы, гибкие проводники, качания проводников, опасное сближение, схлестывание, смещение, угол отклонения, стрела провеса, воздушные линии, распределительные устройства, расчетная модель.

© СПО ОРГРЭС, 2003

Максимальное сближение проводников (минимальное расстояние между проводниками) вычисляется по формуле

^amm = a - 2 (S + г_р).    (8)

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;

г_р — радиус расщепления фазы, м.

Влияние гирлянд изоляторов можно приближенно учесть увеличением погонного веса и стрелы провеса проводников путем замены в приведенных выше формулах массы

15

проводника М "приведенной" массой М_пр = Му и стрелы провеса / "приведенной" стрелой провеса /_пр =/+ /_г cos р, где Y — коэффициент приведения массы (см. таблицу 1); /_г — длина гирлянды изоляторов, м; — угол отклонения натяж-ных гирлянд от вертикали до КЗ рад.

Наличие отводов приближенно может также учитывать-ся увеличением массы проводников. При этом приведенную массу проводника можно оценить по формуле

м„р * Му + м_отв.

где М_отв — масса отводов в пролете, кг.

Т а б л и ц а 1 - Коэффициент приведения массы у

/г// Значение коэффициента приведения мёссы у при различных ЩМ 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 1.0Q6 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 0,016 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 - Д - 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; /г - провес гирлянд;/- стрела провеса проводника. _

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО СМЕЩЕНИЯ И МАКСИМАЛЬНОГО СБЛИЖЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ ПРИ КЗ

Максимальное смещение гибких проводников при их раскачивании в условиях двухфазного КЗ определяется по выражению:

Ушах -*•

Методика определения s дана выше.

16

Минимальное расстояние между гибкими проводниками при их сближении в условиях КЗ определяется по выражению:

а . = а - 2 у

mm    /max

Необходимо соблюдать условие a_min > _доп, где a_{min доп} -минимально допустимое расстояние между проводниками фаз. Согласно ПУЭ (гл. 5) и исследованиям, проведенным в МЭИ, a_{mjn доо} при разных номинальных напряжениях Ц,_ом составляют:

- _
35	0,2
110	0,45
150	0.6
220	0,95
330	1.4
500	2.0
750	3.3
1150	5.4

Обоснования указанных соотношений даны в настоящих Методических указаниях.

6 РЕКОМЕНДАЦИИ

При определении условий опасных сближений гибких проводников при КЗ сначала следует по формуле (1) вычислить значение критерия р. Если р s 0,4 кА² • с/Н, то проводники находятся в неопасной зоне и могут нормально эксплуатироваться; если же р > 0,4 кА² * с/Н, то проводники находятся в опасной зоне, т.е. возможны пробои изоляционных промежутков между ними и даже схлестывание. В этом случае необходимо производить детальный расчет качаний проводников и воздействовать на режимные параметры /|^и t_mKA ^в отдельности или совместно.

17

БАЗА Таблица А.1 - Параметры и характеристики элементов ВЛ

S3 Шифр опоры <3 к | Расстояние между проводами разных фаз на опоре, м | |! li i А- 8 в-с С~А с ^ 1 2 3 4 5 б 7 8 35 П35-1 1 Сталь 3,27 -5.22 -4,94 АС70/11-150/24 П35-2 2 Сталь 3,27 3,27 е АС70/1М50/24 ПБ35-1 1 Железобетон 3,35 -3,42 -3,56 АС95/16-150/24 ПБ35-2 2 Железобетон 3,09 3,09 6 АС95/16450/24 ПД35-1 3 Дерево Л О 3 6 АС50/8-120/19 ПД35-3 3 Дерево 3 3 6 АС 150/24 ПД35-5 3 Дррево 3 3 6 АС50/8-150/24 110 П110-1 1 Сталь 4,52 -6,02 -5,6 АС70/11-95/16 niio^P 1 Сталь 4,52 -6,22 -5,74 АС120/19-240/32 mio-2 2 Сталь 4,52 4.52 8 АС70/11 ппо-4 2 Сталь 4,52 4,52 8 АС120/19-240/32 ПБ1Ю 1 1 Железобетон 3,35 -5,42 -4,94 АС70/1М 50/24 ПБ110*3 1 Железобетон 3,35 -5,42 -4,94 АС 185/29; 240/32 ПБ110-? 2 Жйгвзсбето?*. п ос 3,35 6 АС70/ Л-120/19 netio-4 2 Железобетон 3,35 3,35 6 АС185/29; 240/32

18

ДАННЫХ ВЛ

И. 8<| g ^ * о & it Тип изолятора р « U ао |1§ й I si Длина гирлянды изоляторов с арматурой, и Масса изоляторов с арматурой кг | Расстояние от по-1 верхности земли до ближайшего 1 провода в месте I его крепления, м 9 10 11 12 13 14 15 1:319-350; 276-559 ПФ70-В 3 0,69 19 14,31 11:250-310 ПС70-Б 0,68 16 14,32 1:295-335; 276-559 ПФ70-В 3 0*69 19 13,31 11:235-290 ПС70-Б 0,68 16 13,32 1:390-375; 335-559 ПФ70-В 3 0,69 19 14,81 11:280-330 ПС70-Б 0,68 16 14,32 1:275-265; 385-559 ПФ70-В 3 0,69 19 11.81 11:230-255 ПС70-Б 0,68 16 11,82 1:240-275; 195-471 71Ф70-В 2 0,56 13 12,34 11:180-240 ПС70-Б 2 0,55 12 12,35 1:275 559 ПФ70-В 2 0,56 13 12,34 11:265 ПС70-Б 2 0,55 12 12,35 1:245-280; 195-559 ПФ70-В 2 0.56 13 12,59 11:190-270 ПС70-Б 2 0,55 12 12,50 1:386-375; 276-385 ПФ70-Б 7 1,25 38 18,75 11:300-305 ПС 70-Б 8 1,35 36 17,65 1:435-445-435; 471-921 ПФ70-Б 7 1,25 38 17,75 11:365-380 ПС70-Б 8 1,35 36 17,65 1:380; 276 ПФ70-Б 7 1,25 1 38 17,75 11:300 ПС70-Б 8 1,35 36 17,65 1:435-445-435; 471-921 ПФ70-Б 7 1.25 38 17,75 11:365-380 ПС70-Б 8 1,35 36 17,65 1:295-330; 276-959 ПФ70-Б 7 1,25 38 13,25 11:235-300 ПС70-Б В 1,35 36 13,15 1:330; 325; 728; 921 ПФ70-Б 7 1,25 38 13,25 Н:310;315 ПГ7П-Б я i ос 1 «о чН1 13,15 1:276; 260-275; 276-471 ПФ70-Б 7 1.25 38 12,25 11:215:235-250 ПС70-Б 8 1,35 36 12,15 1:275; 728; 921 ПФ70-Б 7 1,25 38 12,25 11:275 ПС70-Б 8 1,35 36 12,15

03-51

19

Продолжение таблицы А. I

ей ti I X И | Шифр опоры il 11 1 Расстояние между проводами разных фаз на опоре, м 3 | 5 § !| I А- В в-с С-А 1 2 3 4 5 6 7 8 110 ПД1Ю-1 3 Дерево 4 4 8 АС70/11-1Й/19 ПД110-3 3 Дерево 4 4 в АС150/24; 185/29 ПД110-5 3 Дерево 4 4 8 АС70/1Ы 85/29 ISO П150-1 1 Сталь 6,21 -6,72 -7,89 АС120/19-240/32 П150-2 2 Сталь 6.21 -6,21 12 АС120/19-240/32 ПБ150-1 1 Железобетон 4,27 -6.42 " -6,34 АС120/19-240/32 ПБ150-2 2 Железобетон 4.27 4,27 ' 8 АС120/19-240/32 X6150-1 3 Железобетон -5 -5 -1 АС 120/19-240/32 220 П220-3 1 Сталь 7 -9,92 -9.79 АС300/39; 400/51 П220-2 2 Сталь 6.22 6,96 12Д2 AC300/39; 400/51 ПБ220-1 1 Железобетон 5.85 -7,52 -7,79 AC300/39; 400/51 ПБ220-3 1 Железобетон 5,85 -7,52 -7,79 АС300/39; 400/51 псвао-1 3 Железобетон -5,74 -5,74 -11.48 АСЭ00/39; 400/51 [16220-12 3 Железобетон -13,76 -13.76 -27,52 АС300/39; 400/51 ПД220-1 3 Дерево 5,25 5,25 10Д AC300/39-500/54 ПД220-3 3 Дерево 5,25 5,25 10Д AC300/39-500/64

20

УДК 621.311    __

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕРКЕ

ГИБКИХ ПРОВОДНИКОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ    РД153-34.3-20.672-2002

И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

НА ВОЗМОЖНОСТЬ ИХ ОПАСНОГО СБЛИЖЕНИЯ    Внкдено    в    первые

И СХЛЕСТЫВАНИЯ ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ__

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Методические указания предназначены для использования при выполнении расчетов по определению опасного сближения или схлестывания гибких проводников ВА и РУ при КЗ. Они являются руководящим документом для работников проектных, научно-исследовательских и эксплуатационных организаций при оценке смещений гибких проводников при КЗ.

Методические указания распространяются на расчеты колебаний при КЗ гибких проводников ВЛ и РУ всех классов напряжений.

Настоящие Методические указания основываются на положениях государственных стандартов в области токов КЗ (ГОСТ-27514-87, ГОСТ Р 50254-92), Правил устройства электроустановок (ПУЭ 6-го изд., 1986 г.), на положениях стандартов и материалов Международной Электротехнической Комиссии (МЭК)

Издание официальное

Настоящи!! РД не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен без разрешения организации-разработчика

03-51

2 ВОПРОСЫ ТЕОРИИ

2.1 Модели проводников

В итоге многолетних исследований электродинамической стойкости гибких проводников, проведенных в разных странах мира, определились две расчетные модели таких проводников, наилучшим образом отвечающие задачам практики.

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 (в некоторых версиях не обладающая) конечной жесткостью на растяжение, изгиб и кручение.

Расчетная модель в виде маятника используется в упрощенных методиках расчетов, при этом не требуется обращение к ЭВМ. Расчетная модель в виде нити применена в разработанных в разных странах (в том числе и в СНГ) программах для расчетов электродинамической стойкости на ЭВМ. Расчетные модели, отличные от названных (как правило более сложные, чем схема-маятник), не нашли практического применения и далее подробно не рассматриваются.

2.2 Физические законы, и зависимости, используемые в работе

Закон Ампера F ^т    j    "    |*2    ‘    j.

Закон полного тока (закон Гаусса) fHdl « i.

Второй закон Ньютона MV — Ft. Значение кинетической энергии W.„_H

д W    - W - W ш — (v„² - V? )

“''кин "юи, '’КИН, 2 vJ    '•

Значение потенциальной энергии W_naT - тдН,

bW*or-W_nmj-W_ami - mg(H-h).

Уравнение Лагранжа    -    -MgLsina    +    FL    cos    a    .

3 ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА МЭИ

3.1    Расчетные условия

3.1    Л Общие расчетные условия

При проверке гибких проводников ВЛ и РУ на возможность их опасного сближения или схлестывания при КЗ необходимо правильно выбрать расчетные условия, т.е. наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия, при которых возможно опасное сближение или схлестывание проводников. К расчетным условиям относятся:

—    расчетный вид КЗ;

—    расчетная продолжительность КЗ.

Согласно Правилам устройства электроустановок расчетным видом КЗ является двухфазное КЗ. В качестве расчетной продолжительности КЗ может оказаться как суммарное время действия основной защиты электроустановки с гибкими проводниками и полное время отключения выключателя, так и суммарное время действия резервной защиты и полное время отключения выключателя.

ЗЛ.2 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.

<04!

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;

/ — 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;

о — угол отклонения проводника от вертикали, рад;

F₃ — электродинамическая сила, Hr д — ускорение силы тйжести, 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 гиб-

6

кой 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.

3.1.3 Баланс сил в расчетных зонах

При движении гибких проводников в результате возникшего на ВЛ или в РУ короткого замыкани? расчетными нагрузками на расчетный маятник являются (рисунок 2):

Рисунок 2 - Траектории движения проводников при КЗ и после него

0Э*51

—    сила тяжести Мд, направленная вертикально вниз и действующая постоянно на всех этапах движения проводников;

“ электродинамическая сила Р_э, которая при двухфазном КЗ на линиях с проводниками, закрепленными в одной горизонтальной плоскости, направлена горизонтально и действует до момента отключения тока КЗ;

—    инерционная сила Р_ин, направленная противоположно вектору окружного ускорения центра массы проводника в пролете и действующая в периоды, когда проводник натянут и его можно рассматривать как маятник;

—    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.

3.1.4 Принятые допущения

Принятие расчетной модели гибкого проводника в виде маятника, определение электродинамических сил по формулам, справедливым для параллельных бесконечно тонких и длинных проводников, оправданы многолетним опытом их использования. Эти гипотезы положены в основу рекомендаций МЭК по расчетам электродинамической стойкости электроустановок с гибкими проводниками. Целесообразность принятия этих гипотез подтверждена проведенными за рубежом достаточно обстоятельными экспериментами.

Упрощенный учет влияния отводов и гирлянд изоляторов, влияния нагрева проводников, отказ от учета деформаций растяжения проводников оправдываются сравнительными оценками, сделанными на базе многочисленных расчетов.

4 МЕТОДИКА РАСЧЕТА

Прежде чем приступать к расчету смещений гибких про-

плятпгоп плы К’Ч т.тимгАаотго игдиоинп ггптуггоптдсг удпя^топтл.

--г-1--------"Г"    г------ *--------------- “1-----I------    ---.------1---

зующего степень опасности сближения проводников при КЗ. При значении этого критерия больше предельного, необходимо проводить расчет, в противном случае расчет не нужен.

8

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.

Если продолжительность КЗ меньше 0,6 периода малых собственных колебаний расчетною 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.

При кратковременных КЗ, когда их расчетная продолжительность не превышает так называемую предельную (см. ниже), смещение проводников оказывается возможным вычислять, не определяя работу электродинамических сил.

Упомянутый выше критерий, характеризующий степень опасности сближения проводников при КЗ, — параметр р, кА²'с/Н, определяется по формуле

где /<$ — начальное действующее значение периодической составляющей тока двухфазного КЗ, кА;

*отхл ~ расчетная продолжительность КЗ, с; q — т_пог д — погонная сила тяжести проводника, Н/м; ^mnor — погонная масса проводника, кг/м;

к — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей электродинамической силы (график для его определения приведен на рисунке 3, где Г_а — постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с).

оз-м

Рисунок 3 - Зависимость коэффициента X от /отхл/ Тл

При р л 0,4 кА² с/Н расчет смещений гибких проводников йе нужен, так как опасности их чрезмерных сближений нет.

На рисунке 4 приведен график, связывающий параметры формулы (1) при X = 1. Кривые f_OTKA = /(/*$) при

aq = const ограничивают области параметров t_OTKA и , при которых расчет смещений проводников не нужен.

Рисунок 4 - Продолжительность КЗ, при которой р ~ 0,4

10