Конструкции и расчет опор ЛЭП - Расстояния между проводами и расположение грозозащитных тросов

1-4. РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ПРОВОДАМИ И РАСПОЛОЖЕНИЕ ГРОЗОЗАЩИТНЫХ ТРОСОВ
Расположение проводов на опоре и расстояния между ними выбираются с учетом двух основных условий:

1. обеспечения минимальных воздушных промежутков между проводами и конструкцией опоры, требуемых по условиям координации изоляции для предотвращения перекрытий на конструкцию опоры;
2. обеспечения минимальных расстояний между проводами, необходимых по условиям работы проводов в пролете для исключения возможности опасного сближения и схлестывания проводов друг с другом и проводов с тросами в пролете.

Таблица 1-1
Наименьшие изоляционные расстояния по воздуху между токоведущими и заземленными частями (в см)

В табл. 1-1 указаны наименьшие допустимые изоляционные воздушные промежутки, требуемые ПУЭ для линий напряжением 1—500 кВ между токоведущими и заземленными частями, т. е. между проводами и не изолированной от них арматурой с одной стороны и конструкцией опор с другой.
При прохождении линий электропередачи в горных районах наименьшие изоляционные расстояния по рабочему напряжению и по внутренним перенапряжениям должны быть увеличены на 1% на каждые 100 м выше 1000 м над уровнем моря.
В расчетах приближения проводов и не изолированной от них арматуры к элементам опор при атмосферных и внутренних перенапряжениях, а также при рабочем напряжении принимается отклоненное положение гирлянд и петель шлейфов, соответствующее следующим сочетаниям климатических условий:
при атмосферных и внутренних перенапряжениях скоростной напор 0,1 qмакс, но не менее 62,5 Н/м² (скорость ветра ≈0,3 vмакс), температура +15° С;
при рабочем напряжении максимальный нормативный скоростной напор ветра qмакс (скорость ветра vмакс), температура —5° С. Угол отклонения поддерживающей гирлянды (рис. 1-6) определяется по формуле:
(1-1)
где Р — горизонтальная составляющая тяжения провода и давления ветра на провод в рассматриваемом режиме; G — вес провода; Gr — вес гирлянды изоляторов.
Угол отклонения петли шлейфа принимается равным 5—15° (с учетом жесткости шлейфа и заделки его концов в зажимах).
Наименьшие изоляционные расстояния по условиям безопасного подъема на опору определяются от неотклоненного положения гирлянд и шлейфов. Исключением являются поддерживающие гирлянды промежуточных угловых опор, которые всегда отклонены; расстояние до элементов опоры от проводов, подвешенных на этих гирляндах, определяется при температуре —15° С, при отсутствии гололеда и ветра.
Опасные сближения или схлестывания проводов в пролете могут быть вызваны следующими причинами: 1) пляской проводов; 2) неравномерной нагрузкой проводов гололедом и «подскоком» проводов при сбросе гололеда; 3) действием ветра, вызывающим неравномерное отклонение проводов.

Рис. 1-6. Отклонение поддерживающих гирлянд изоляторов
На линиях со смешанным расположением проводов наблюдались случаи сближений и схлестываний проводов в пролете, а также проводов с тросами, которые происходили преимущественно на линиях с опорами, имеющими небольшие горизонтальные смещения проводов соседних ярусов или проводов и тросов. Основной причиной этих сближений и схлестываний являлась пляска проводов. Пляска представляет собой так называемые автоколебания проводов или грозозащитных тросов, которые возникают, как правило, при ветре и гололеде и поддерживаются энергией ветра. При воздействии ветра на несимметричные гололедные отложения появляется подъемная сила, вызывающая колебания провода с амплитудами, которые в наиболее неблагоприятных случаях приближаются к значениям стрел провеса.
По интенсивности пляски территория СССР подразделена на 3 района: район I со слабой пляской, охватывающий часть европейской территории СССР севернее, 55-й параллели и большую часть Сибири, район II с умеренной пляской, охватывающий основную часть европейской территории СССР и некоторые районы Сибири, и район III с частой и интенсивной пляской, охватывающий некоторые области Украины, среднего и нижнего Поволжья и Северного Кавказа.
На основании исследований пляски проводов в дополнение и развитие ПУЭ были выпущены «Руководящие указания для выбора расстояний между проводами и между проводами и и тросами на опорах ВЛ 35—500 кВ по условиям пляски проводов».
Согласно «Руководящим указаниям» наименьшие допустимые расстояния по вертикали и горизонтальные смещения проводов соседних ярусов на промежуточных опорах установлены в зависимости от напряжения линии и от стрелы провеса при габаритном пролете. Для конкретных значений стрел провеса в пределах от 3 до 16 м установлен ряд допустимых сочетаний вертикальных расстояний и горизонтальных смещений; при меньших вертикальных расстояниях требуются большие горизонтальные смещения и наоборот.
Наименьшие горизонтальные смещения соседних проводов, требуемые для промежуточных опор линий 35—330 кВ в районах умеренной пляски при обычно принимаемых расстояниях между проводами по вертикали, приводятся в табл. 1-2.
В случаях, отмеченных в табл. 1-2 нулями, горизонтальные смещения соседних проводов на промежуточных опорах линий 35—330 кВ не требуются.

Наименьшие горизонтальные смещения соседних проводов (в м)

В районах с частой и интенсивной пляской горизонтальные смещения, требуемые «Руководящими указаниями», превышают значения, указанные в табл. 1-2. В этих условиях рекомендуется применять опоры с горизонтальным расположением проводов; при отсутствии подходящих типов можно применять опоры со смешанным расположением проводов с уменьшением пролетов. Уменьшение пролетов должно обеспечить такое снижение стрелы провеса, при котором горизонтальные смещения удовлетворяют значениям, нормированным для районов с частой и интенсивной пляской.
В районах со слабой пляской проводов Допускается уменьшить горизонтальные смещения соседних проводов на 0,5 м по сравнению со значениями, указанными в табл. 1-2 (за исключением минимальных смещений на опорах 35 кВ, которые должны быть 0,50 м вместо, 0,70 м в районах с умеренной пляской).
Помимо условий пляски большей или меньшей интенсивности работа проводов в пролете определяется районом гололедности. Опыт эксплуатации показывает, что в районах с толщиной стенки гололеда 15—20 мм (III и IV район) применялись опоры с большими расстояниями между проводами, чем в районах, с толщиной стенки 5—10 мм (I—II район). Табл. 1—2, определяющая расстояние между проводами для районов с умеренной пляской, потребовала некоторого увеличения расстояний между проводами, принимавшихся ранее в I—II гололедных районах. Поэтому дополнительная проверка расстояний, принятых по этой таблице, в I—II районах гололедности не требуется. Только в случаях когда расстояния между проводами не могут быть определены по табл. 1-2, например при расстояниях по вертикали менее 2,5 м, наименьшие расстояния между проводами по прямой (d) определяются по формуле:
(1-2)
где U — напряжение ВЛ, кВ; f — наибольшая стрела провеса, соответствующая габаритному пролету или фактическому пролету перехода, м.
В III—IV районах гололедности расстояния между проводами по прямой подлежат дополнительной проверке по формуле:
(1-3)
где V — расстояния между проводами по вертикали, м.
Таблицы, нормирующие горизонтальные смещения соседних проводов в зависимости от стрел провеса и вертикальных расстояний между проводами, учитывают динамические процессы в пролете. Поэтому было решено отказаться от проверок расстояний при сбросе гололеда и при неравномерной гололедной нагрузке, которые часто давали неудовлетворительные результаты.
При стрелах провеса более 16 м расстояния между проводами на промежуточных опорах со смешанным расположением проводов определяют по формуле (1-3).
Точки крепления проводов в натяжных гирляндах опор анкерного типа имеют гораздо меньшую подвижность, чем в поддерживающих гирляндах промежуточных опор. Поэтому расстояния между проводами по прямой на всех опорах анкерного типа независимо от районов гололедности и расположения проводов определяются по формуле (1-2), а горизонтальные смещения проводов на опорах анкерного типа принимаются по табл. 1-3 (независимо от значений стрел провеса).
При вертикальном расстоянии между проводами соседних ярусов, превышающемпри одиночных ипри расщепленных проводах, горизонтальное смещение на опорах всех типов не требуется. Смещение не требуется также на линиях, проходящих в районах с отсутствием гололеда.
Для линий 500 кВ значения горизонтальных смещений при смешанном расположении проводов не нормированы, так как в отечественной практике линии этого напряжения сооружаются только с горизонтальным расположением проводов.
На линиях с горизонтальным расположением проводов без тросов неравномерная нагрузка проводов гололедом, подскок провода при сбросе гололеда и пляска проводов, очевидно, не представляет опасности в отношении сближения и схлестывания проводов в пролете. При наличии грозозащитных тросов возможны схлестывания проводов с тросами (см. ниже о выборе расположения грозозащитных тросов).
На линиях напряжением 35 кВ и выше с подвесными изоляторами при горизонтальном расположении проводов расстояние между проводами определяется по формуле (1-2), приведенной выше.
Введение этой формулы в новую редакцию ПУЭ учитывает более правильную зависимость расстояний между проводами от значений стрел провеса, определяющих возможность их колебаний и сближений, а не от пролетов.
Очевидно, что при одном и том же пролете стрелы провеса проводов различных марок в разных климатических условиях могут отличаться друг от друга в несколько раз.

Таблица 1-3
Наименьшие горизонтальные смещения соседних проводов на опорах анкерного типа (в м)

На линиях со штыревыми изоляторами напряжением 35 кВ и ниже провода имеют меньшую подвижность, чем на линиях с подвесными изоляторами. Для этих линий расстояния между проводами, нормированные также в зависимости от стрел провеса, а не от пролета, определяются по формуле:
(1-4)
где b — толщина стенки гололеда, мм. Остальные обозначения те же, что в формуле (1-2).
Расположение грозозащитных тросов и их расстояния от проводов определяются требованиями ПУЭ о защите от атмосферных перенапряжений, при этом должны быть обеспечены достаточные горизонтальные смещения проводов и тросов.
Линии со смешанным расположением проводов, как правило, защищаются одним тросом, линии с горизонтальным расположением проводов — двумя тросами (рис. 1-7). Линии 220 и 330 кВ со смешанным расположением проводов на опорах высотой порядка 35—45 м иногда защищаются двумя тросами на подходах к подстанциям, а в отдельных случаях (в районах с сильной грозовой деятельностью) —по всей длине.
При одном грозозащитном тросе защитный угол α должен быть не более 30°, а при двух тросах — не более 25°.
При защите линий двумя тросами расстояние между ними а должно быть не более пятикратного превышения тросов над проводами h.
Наименьшие расстояния между проводом и тросом в середине пролета, требуемые ПУЭ для исключения возможности электрического перекрытия между тросом и проводом, приводятся ниже.

Как правило, расстояния между проводом и тросом в середине пролета превышают расстояния между проводом и, тросом на опоре, полученные в соответствии с требуемым углом грозозащиты. Поэтому стрела провеса троса принимается меньшей, чем стрела провеса провода.
Следует отметить, что вышеуказанные расстояния должны быть обеспечены при габаритном пролете, а не при наибольшем пролете, получаемом при расстановке опор по профилю данной линии.
При больших гололедных нагрузках больше опасность схлестывания троса с проводом, чем проводов между собой, так как при гололеде стрела провеса троса увеличивается больше, чем стрела провеса провода (из-за сравнительно малого сечения троса).
На опорах с одним тросом (рис. 1-7, а) горизонтальные смещения троса и верхнего прохода, получаемые из условий соблюдения требуемых изоляционных расстояний от проводов до тела опоры, обеспечивают достаточные расстояния между проводами и тросом в пролете.
На опорах с двумя тросами (рис. 1-7, б) можно принимать различные расстояния между проводами и тросами по вертикали h, обеспечивающие требуемый угол грозозащиты и отношение a/h<5.
На некоторых линиях были приняты недостаточные горизонтальные смещения проводов и тросов, приводившие к схлестыванию проводов с тросами при пляске проводов. Поэтому были нормированы следующие наименьшие горизонтальные смещения проводов и тросов для двухтросовых металлических и железобетонных опор: 1,0 м для ВЛ напряжением 35 кВ; 1,75 м для ВЛ 110 кВ; 2,3 м для ВЛ 220 кВ и 2,75 для ВЛ 330 кВ.

Рис. 1-7. Расположение тросов на опоре

На промежуточных опорах ВЛ 500 кВ наименьшие горизонтальные смещения проводов и тросов (в пределах 2,0—4,0 м) определяются в зависимости от расстояния между проводом и тросом по вертикали и от габаритной стрелы провеса.
Следует отметить, что в нормах и правилах зарубежных стран (США, Швеция, ГДР, ФРГ, ПНР и др.) даются формулы для определения расстояний между проводами при их горизонтальном и смешанном расположении. В большей части этих формул имеется член, определяющий зависимость от напряжения линии U (0,0076 U в нормах США, U/150 в нормах ГДР и ФРГ), и член, выражающий зависимость от стрелы провеса (0,37 в нормах США. (0,6-0,9) √f+λ нормах ГДР и ФРГ, где λ — длина гирлянды). Как правило, по этим формулам получаются меньшие расстояния между проводами, чем требуемые ПУЭ СССР. Однако в практике зарубежного проектирования обычно принимают несколько большие расстояния между проводами, чем требуемые соответствующими нормами.