Экологическое влияние воздушных линий и распределительных устройств

Электрическое поле ЛЭП и подстанции может оказывать на человека физиологическое влияние, воздействуя на функциональное состояние центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы и внутренних органов. При прикосновении к незаземленным металлическим предметам, сельскохозяйственным машинам и транспортным средствам человек может подвергаться воздействию кратковременных электрических разрядов, особенно опасных во время возникновения на линии перенапряжений.

У нас в стране для персонала, обслуживающего подстанции и линии сверхвысокого напряжения, установлены предельно допустимые продолжительности пребывания в электрическом поле. При выполнении условий, указанных в таблице 2, в течение суток происходит самовосстановление физиологического состояния организма без каких-либо остаточных явлений:

Таблица 22.1

Напряженность электрическогополя, кВ/м
Допустимые продолжительности пребывания человека в электрическом поле в течение суток, мин	Без ограничения

Эти нормы обязательны для персонала, обслуживающего электроустановки 50 Гц сверхвысокого напряжения — 330 кВ и выше.

В электрическом поле воздушной линии помимо электротехнического персонала могут находиться местные жители, а также животные. В связи с этим напряженность электрического поля под линией не должна превышать 15 кВ/м в населенной и 20 кВ/м в ненаселенной местностях.

На подстанциях если напряженность поля на рабочем месте превышает 25 кВ/м или продолжительность работы превышает допустимое время пребывания в электрическом поле, то работы должны производиться с применением средств защиты от воздействия поля — экранируемых костюмов или экранирующих устройств.

Рис. 22.1. Электростатический экран

1) режимы нейтрали

Нейтралями электроустановок называют общие точки трехфазных обмоток генераторов или трансформаторов, соединенных в звезду.

В зависимости от режима нейтрали электрические сети разделяют на четыре группы:

1) сети с незаземленными (изолированными) нейтралями;
2) сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями;
3) сети с эффективно заземленными нейтралями;
4) сети с глухозаземленными нейтралями.

В установках с большими токами замыкания на землю нейтрали присоединены к заземляющим устройствам непосредственно или через малые сопротивления. Такие установки называются установками с глухозаземленной нейтралью.

В установках, имеющих малые токи замыкания на землю, нейтрали присоединены к заземляющим устройствам через элементы с большими сопротивлениями. Такие установки называются установками с изолированной нейтралью.

В установках с глухозаземленной нейтралью всякое замыкание на землю является коротким замыканием и сопровождается большим током.
Выбор режима нейтрали в установках напряжением выше 1 кВ производится при учете следующих факторов: экономических, возможности перехода однофазного замыкания в междуфазное, влияние на отключающую способность выключателей, возможности повреждения оборудования током замыкания на землю, релейной защиты и др.

2)Заземление подстанции

Заземление – это преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством

На подстанции необходимы три вида заземлений: защитное; рабочее; молниезащитное.

Защитным заземлением называется заземление, выполняемое в целях электробезопасности

Рабочим заземлением называется заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности)

Молниезащитное заземление необходимо для обеспечения эффективной защиты электроустановок от грозовых перенапряжений. К молниезащитному заземлению относятся заземления молниеотводов, разрядников, тросов, крыш ЗРУ и т.д.

Для всех трех видов заземлений может использоваться одно и то же заземляющее устройство, но при этом оно выбирается по наиболее жестким требованиям, т.е. по наименьшей допустимой величине.

.

3)емкостный эффект

− емкостный эффект;

Установившийся режим − это резонансы на промышленной частоте, а так же на высших и низших гармониках. В реальных схемах они имеют небольшую кратность, но могут длиться до нескольких секунд.

Емкостный эффект наблюдается в длинных линиях на холостом ходу. Рассмотрим схему сети и схему ее замещения (рис.1.9).

Рис.1.9. Схема электрической сети и схема ее замещения

Линия длинная, поэтому в схеме замещения применена П-образная схема замещения. Допустим при включении ЛЭП не сработал выключатель В₂, тогда напряжение в конце линии будет выше, чем в начале. Поясним это с помощью векторной диаграммы. В цепи протекает емкостный ток, он опережает э.д.с. генератора Е на 90 , а напряжение на L опережает на 90 ток. Поэтому напряжение в начале U₁ и в конце U₂ линии будет выше, чем Е.

Емкостный эффект опасен для линий >1000 км. В них возможен резонанс на частоте 50 Гц, так как паразитные параметры линии такие, что получается резонансный контур.

а)

Рис.1.10. Распределение напряжения вдоль линии (а)

4)Коммутационные перенапряжения при включении ЛЭП

Включение ЛЭП рассмотрим на примере простейшего случая

Рис.1.15. Исследуемая схема

В этой схеме многое зависит от схемы замещения ЛЭП. Для ЛЭП до 200−300 км более точна Т-образная схема замещения, а для линий до 400 км – П-образная.. Для обеих схем замещения схему можно преобразовать к простейшему контуру

Рис.1.16. Схема простейшего контура

Напряжение на емкости в этой схеме равно:

Uc= Uвын(t)+ Uпер(t) ,

где Uвын(t) − вынужденная составляющая напряжения; ω − частота источника; ψ − фаза включения напряжения; Uпер(t) − переходная составляющая; β − частота собственных колебаний контура ψ_п − фаза включения; δ − коэффициент затухания собственных колебаний контура).

Для этого случая максимально возможная кратность К≈2. Есть факторы, которые увеличивают максимальное значение, а есть факторы, которые его уменьшают.

Рассмотрим факторы, которые увеличивают кратность:

1. Пусть у выключателя есть разброс фаз.

2. Если ЛЭП > 400 км, то процесс включения линии следует рассматривать в виде бегущих волн.

Приведем факторы благоприятные, то есть уменьшающие Ucmax.

1. Потери на корону снижают максимальные перенапряжения: первый максимум уменьшается на 5−15 %, второй − на 15−25 %.

2. Наличие других ЛЭП, отходящих от подстанции, также снижает максимальную кратность перенапряжений.

5)Коммутационные перенапряжения при автоматическом повторном включении ЛЭП

Перенапряжения при АПВ рассмотрим на схеме (рис.1.17):

Рис.1.17. Исследуемая схема

Большинство замыканий на ЛЭП – дуговые, поэтому очень эффективно использование на ЛЭП АПВ. Пусть дуговое замыкание в фазе А, срабатывают выключатели В₁ и В₂. В бестоковую паузу (0,3 – 1 с) дуга гаснет и после включения ЛЭП вновь работает. Однако при этом в фазах В и С возникают большие перенапряжения, так как ЛЭП включается не на нулевые начальные условия.

Есть факторы, которые уменьшают максимальную кратность:

1. За время бестоковой паузы заряд медленно стекает с провода, обычно до (0,6−0,7)Е.

2. Потери на корону снижают максимальные перенапряжения.

Но есть факторы, которые увеличивают максимальную кратность:

1. При погасании дуги возник переходный процесс и напряжение на проводе Uc может оказаться Uc>E.

Значительные перенапряжения могут возникать не только при включениях, но и при отключениях ненагруженных линий. При отключении холостых линий перенапряжения возникают из-за повторных зажиганий дуги в выключателе. Рассмотрим схему (рис. 1.18.)

Рис. 1.18. Исследуемая схема

Отключение ЛЭП происходит в две стадии. В большинстве случаев сначала отключаются выключатели всех трех фаз на одном конце (например, В₂), а затем отключаются выключатели на другом конце. Тогда после срабатывания выключателя В₂ линия будет на холостом ходу.

На второй стадии отключения перенапряжения могут возникать вследствие повторных зажиганий дуги между расходящимися контактами выключателя. Предельная прочность у воздушных имаслянных выключателей практически одинакова.

6)Старение изоляции

Имеются несколько основных причин для деградации изоляции:

· Воздействие электрического напряжения (перенапряжение, удары молний, частичные разряды);

· Тепловое напряжение (условия нагрузки);

· Механическое усилие (вытягивание, изгиб, осадка фундамента);

· Химическая коррозия (воздействие воды, соли, масла и загазованности);

· Внешнее воздействие (загрязненная внешняя среда, доступ воды).

Старение изоляции, особенно вызываемое доступом воды, является постепенным процессом деградации, когда соответствующие факторы взаимодействуют друг с другом с образованием так называемых водяных древовидных структур в изоляции.

7)Методы испытаний изоляции