Линии электропередачи 345 кВ и выше - Генерация радиопомех на линиях

1. ГЕНЕРАЦИЯ РАДИОПОМЕХ НА ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Характеристика радиопомех определяется двумя свойствами линии, одно из которых связано с излучением (генерацией), а другое — с распространением электромагнитных волн. Возникающие при генерации импульсы тока и напряжения, а также электромагнитное поле распространяются вдоль линии и могут обусловить радио- и телевизионные помехи за несколько километров от места генерации.
На Испытательном центре УВН генерация короны на проводах фаз разной конфигурации исследовалась на однофазной линии, на коротких отрезках проводов в -клетках и на более длинных проводах опытной линии. Подобные исследования в условиях строгого контроля могут быть использованы в качестве основы для сравнительной оценки различных конструкций фаз. Однофазные испытания могут быть использованы для оценки короны проектируемой трехфазной линии — как одноцепной, так и двухцепной. Для радиопомех в качестве основы для перехода от однофазной схемы к трехфазной используется функция генерации, которая представляет собою условную величину, не зависящую от рельефа местности, а определяемую лишь характером электрического поля в непосредственной близости от испытуемого провода. Если поле вокруг испытуемого провода, например в клетке, соответствует полю реального провода воздушной линии, то можно считать, что уровень генерации короны на единицу длины провода соответствует таковому на проводе воздушной линии.
Генерация радиопомех от фазы правильной конфигурации при сильном дожде. Наиболее полно и точно воспроизводятся данные испытаний в условиях сильного дождя [3.21, 3.22]. Многие методы определения уровня радиопомех основаны на наблюдениях при хорошей погоде [3.15]. Для статистической оценки характеристики линии при хорошей погоде требуются длительные исследования, поскольку радиопомехи при хорошей погоде сильно зависят от таких факторов, как скорость ветра,
относительная влажность и концентрация посторонних частиц на поверхности проводов, которая может значительно меняться с каждым днем, даже с каждым часом. В результате эти методы накладывают серьезные ограничения на число исследуемых конструкций, что приводит к уменьшению эффективности их использования.
Во время дождя дисперсия измерений также может быть значительна, однако с повышением интенсивности дождя эта дисперсия быстро уменьшается. Таким образом, характеристика радиопомех при сильном дожде может быть вполне удовлетворительно определена исходя из испытаний относительно малой длительности. Если эти испытания проводятся на коротких отрезках проводов (например, в клетках), где дождь создается искусственно, то за время, которое требуется при хорошей погоде для оценки одного лишь типа конструкции фазы, в испытательной клетке может быть исследовано много конфигураций проводов. Радиопомехи при сильном дожде имеют также практическое значение, поскольку, как правило, они возрастают с увеличением интенсивности дождя (хотя и не всегда).
Эмпирический закон, базирующийся на результатах испытаний в клетке и на линии большого числа различных конструкций фазы, позволяет применить сравнительно удобный метод определения функции генерации. Для данного максимального значения поверхностной напряженности функция генерации при сильном дожде при расщеплении фазы на п проводов диаметром d
(3.4.1)
где Кп — поправочный коэффициент, зависящий от числа проводов.
Понятие «сильный дождь» соответствует интенсивности 0,2 мм/мин и больше. Зависимость значений функции генерации Гг от максимальной поверхностной напряженности представлена на рис. 3.4.1. Эта кривая очень хорошо аппроксимируется выражением
(3.4.2)
где Е — максимальная поверхностная напряженность.
Функция генерации практически не зависит от числа проводов при n>З. Для фазы из одного или двух проводов должен быть использован поправочный коэффициент, имеющий следующие значения: Кп=7 дБ для n =1, Кп=2 дБ для 2, Kп=0 дБ для n>З.

Вариация диаметра пучка оказывает очень малое влияние на функцию генерации, и ею можно пренебречь.

Рис. 3.4.1. Функции генерации при «сильном дожде» (полоса пропускания 5 кГц, квазипиковый детектор, частота 1,0 мГц).
Генерация радиопомех в других условиях плохой погоды. Поскольку дождь не всегда имеет интенсивность 0,2 мм/мин и более, важно знать, как влияют на радиопомехи другие осадки.
Из всех плохих погодных условий дождь является наиболее часто встречающимся и имеющим наибольшее значение при установлении статистического распределения уровней радиопомех от линии электропередачи. К сожалению, создание искусственного дождя небольшой интенсивности является делом чрезвычайно трудным, поэтому требуемые данные могут быть получены только в естественных условиях и влияние интенсивности дождя на генерацию короны может быть достаточно удовлетворительно установлено лишь при весьма длительных испытаниях. Однако условия, возникающие «после дождя» и при «мокром проводе», могут быть искусственно воспроизведены в испытательной клетке. Они соответствуют натуральным условиям очень легкого дождя, мороси или плотного тумана, когда весь провод покрыт висящими на нем каплями воды и концентрации влаги в воздухе достаточно для поддержания динамического равновесия влаги на поверхности провода. Наиболее характерное условие состояния «мокрый провод» — наличие тумана.
При испытаниях в клетке состояние «мокрого провода» достигается через 1—2 мин после прекращения искусственного дождя, когда капли скапливаются в нижней части провода. Сравнительные испытания, проведенные в условиях легкого дождя, подтверждают это.
Очень интересным и важным результатом проводившихся исследований является установление того факта,
что уровень генерации шумов «мокрого провода» превышает уровень генерации при сильном дожде. Это характерно для всех проводов, когда их максимальная поверхностная напряженность превышает некоторое критическое значение, при котором оба вида генерации равны. Когда напряженность ниже критической, генерация при сильном дожде превышает уровень генерации мокрого провода. Однако напряженность «равного шума» нелегко определить, поскольку в этом диапазоне кривые зависимости радиопомех от напряженности имеют небольшое различие в наклонах. Для примера рассмотрим типичные характеристики, изображенные на рис. 3.4.2. Здесь уровень генерации выражен в относительных единицах по отношению к уровню генерации, соответствующему точке «равных шумов». Очевидно, небольшая ошибка в определении одной из двух кривых (ошибка, которая может быть даже в пределах точности измерения) может привести к совершенно различным значениям напряженности «равных шумов». Значительно легче определяется напряженность, которая также может быть использована в качестве исходной для сравнения уровней генерации для «мокрого провода» и при «сильном дожде», — так называемый «шестидецибельный градиент» Ес — напряженность, при которой генерация «мокрого провода» на 6 дБ ниже, чем при сильном дожде. Результаты испытаний в Исследовательском центре УВН большого числа разных проводов показали, что с учетом определенного разброса значение Ес при n<4 не зависит от числа проводов в пучке, а является лишь функцией диаметра этих проводов; зависимость Ес от диаметра проводов изображена на рис 3.4.3.
В пределах 2 cM<d<8 см кривая очень хорошо аппроксимируется формулой
(3.4.3)
При наличии в пучке более четырех проводов может быть применена модифицированная формула
(3.4.4)
Разница в уровнях генерации, соответствующих условиям «сильного дождя» и «мокрого провода» для других напряженностей, определяется заштрихованной площадью на рис. 3.4.4, -которая отражает результаты испытаний как на линии, так и в клетке.

Рис. 3.4.4. Коэффициент Cw перехода от функции генерации при «сильном дожде» к функции генерации «мокрого провода».

Рис. 3.4.3. Зависимость шестидецибельной напряженности от диаметра провода.

Рис. 3.4.2. Типичные характеристики генерации радиопомех при «сильном дожде» (1) и «мокром проводе» (2).
3 — напряженность равного шума.

Cw — поправочный коэффициент к функции генерации, значения которой получены из рис. 3.4.1 для условий сильного дождя, представлен на рис. 3.4.4 как функция Е/Ес, где Е — максимальная поверхностная напряженность, которая может быть определена методами, описанными в гл. 3, а Ес — шестидецибельная напряженность по рис. 3.4.3. Наилучшая оценка Cw дается сплошной кривой на рис. 3.4.4, которая достаточно хорошо аппроксимируется формулами:

(3.4.5)
Генерация «мокрого провода» может быть определена как генерация, максимально достижимая при тумане. Однако здесь уровень генерации в большой степени зависит от длительности и интенсивности тумана, а также от погодных условий, предшествовавших образованию тумана. При предшествующей хорошей погоде, когда провода сухие, генерация при тумане может не достигнуть своего максимального уровня в течение нескольких часов.
Подобным же образом генерация радиопомех при снегопаде сильно зависит от его интенсивности и влажности. При сильном мокром снеге уровень радиопомех может достигать и даже превышать уровень помех при сильном дожде. При очень сухом снеге уровень радиопомех может быть даже ниже, чем в хорошую погоду. Количественная оценка, однако, практически невозможна из-за трудности определения характера снегопада.
Генерация радиопомех при хорошей погоде. Определение характеристик проводов при хорошей погоде путем испытаний коротких отрезков проводов нецелесообразно по двум причинам. Первая, о которой уже говорилось, заключается в широкой вариации уровня радиопомех из-за существенного различия условий генерации в «хорошую погоду». Вторая связана с длиной испытуемого образца и распределением на поверхности проводов таких очагов короны, как частицы пыли, частицы растений и насекомые, а также зазубрины и царапины. В [3. 23] описаны результаты значительных исследований очагов радиопомех на линиях СВН при хорошей 90 погоде и предприняты попытки определить интенсивность генерации различных источников короны. Наблюдения показали, что таких источников в пролете может быть несколько. По результатам этих исследований можно рассматривать длину одного пролета как минимально приемлемую для испытаний при хорошей погоде с точки зрения определения характеристик короны реальной линии электропередачи. Сравнительно малой длительности испытания проводов на Испытательном центре УВН указывают на то, что уровень генерации при хорошей погоде на 17—24 дБ ниже, чем при сильном дожде. В обзоре, составленном совместно Американским институтом инженеров-электриков и СИГРЭ [3.15], приведено сравнение уровня радиопомех при хорошей погоде и в сильный дождь для находящихся в эксплуатации линий 220—765 кВ.
В табл. 3.4.1 приводится сравнение уровней радиопомех при хорошей погоде и сильном дожде для тех линий, для которых уровень шумов при хорошей погоде определялся на основе более 300 измерений. Исходя из этих данных, а также результатов ограниченных испытаний на Испытательном центре УВН, в качестве расчетного значения, определяющего разницу в уровнях генерации при сильном дожде и в хорошую погоду, предлагается принять 22 дБ.
Таблица 3.4.1

Генерация радиопомех гирляндами изоляторов. Вклад частичных разрядов на гирляндах подвесных изоляторов в общий уровень радиопомех от линий электропередачи в целом зависит от таких факторов, как конструкция изоляторов и арматуры, степень загрязненности изоляторов и погодные условия. Радиопомехи от гирлянд изоляторов на линиях СВН и УВН должны, очевидно, учитываться только лишь при хорошей погоде. При плохой погоде влиянием подвесных гирлянд на общий уровень радиопомех от линии можно пренебречь по сравнению с влиянием короны на проводах.
Характеристика радиопомех от изоляторов является предметом многочисленных исследований [3.11, 3.24], в которых обычно измеряется ток радиопомех, генерируемый подвесными изоляторами. Для измерений используется схема, рекомендуемая Национальной ассоциацией изготовителей электротехнического оборудования, в которой непосредственному измерению подлежит напряжение радиопомех. В этом случае искомый ток находится из соотношения
(3.4.6)
где /?Эф — эффективное сопротивление, на экранах которого измеряется РПН (150 Ом для этой схемы).
Определяемый таким образом ток соответствует частоте измерения и полосе пропускания используемого измерителя радиопомех.
Чтобы получить общее представление об уровне радиопомех от гирлянд изоляторов, следует определить длину провода, эквивалентную этому источнику шумов. Если в качестве эталона взять провод с эквивалентным радиусом г и высотой подвески над землей H, то эквивалентная длина определяется как
(3.4.7)
где Г — функция генерации проводов линии при соответствующих значениях напряженности и погодных условий,i — ток шумов, генерируемый гирляндой изоляторов, мкА.
Если эквивалентная длина составляет примерно 1/10 длины пролета или менее, то помехами от изоляторов можно пренебречь.