Актуальные проблемы энергетики. СНТК65 158 УДК 621.311 Плавка льда на линиях электропередач Парепко С.В. Научный руководитель - Мышковец Е.В. В последнее время гололѐд на высоковольтных линиях стал возникать всѐ чаще. При небольшом морозе, в условиях мягкой зимы, на проводах оседают капельки тумана или дождя, покрывая их плотной ледяной коркой весом несколько тонн на длине километр. В результате провода могут порваться, а опоры линий электропередач сломаться. Готовиться к этому нужно заранее. Гололѐд – плотная ледяная корка, образуется при намерзании переохлаждѐнных капель дождя, мороси или тумана при температуре от 0 до -5°С на поверхности земли и различных предметов, в том числе проводах высоковольтных линий электропередач. Толщина гололѐда на них может достигать 60—70 мм, существенно утяжеляя провода. На территории Беларуси выделяют 3 района по гололеду: 1,2 и 3 – с нормативной толщиной стенки голеледа соответственно 10, 15 и 20 мм. Традиционные методы плавки гололеда. Ледяную корку на высоковольтных линиях ликвидируют, нагревая провода постоянным или переменным током частотой 50 Гц до температуры 100—130°С. Сделать это проще всего, замкнув накоротко два или три провода (при этом от сети приходится отключать всех потребителей). Рисунок 1 Наиболее простой и удобный способ – метод трехфазного короткогозамыкания в конце линии (рисунок 1а). Здесь плавка производится сразу на 3 фазах. Ток плавки соответственно равен: lz U I   03 , где U – линейное напряжение плавки гололеда; z0 – полное сопротивление 1 км линии; l – длина линии. В свою очередь: 2 0 2 00 xrz  , Актуальные проблемы энергетики. СНТК65 159 где r0 , x0 - активное и индуктивное сопротивление 1 км линии. По способу двухфазного короткого замыкания в конце линии плавка производится сначала на 2 фазах, а затем на третьей в сочетании с одним из освободившихся проводов. Для этого случая lz U I   02 . Схема, представленная на рисунке 1б, применяется, когда имеющееся напряжение велико для плавки по методу трехфазного коротко замыкания: z U I ф  , где Uф - фазное напряжение источника плавки; Z – полное сопротивление пути тока плавки.    20 2 00 323 lxlRRlrz земз  , где Rз – активное сопротивление заземлания; Rзем – активное сопротивление земли, принимается равным 0,05Ом/км. В случае, если ток плавки в схеме трехфазного короткого замыкания оказывается недостаточным, то применяется встречное включение фаз. Здесь на одном конце линии провода присоединяются к фазам А,В,С, а на другом – к фазам В,С,А(Рисунок 1в). Тогда ток плавки оказывается в 3 раз больше, чем при трехфазном коротком замыкании. На линиях с проводами больших сечений применяется плавка гололеда постоянным током. В этом случае применяется схема рисунок 1б, где вместо трансформатора используется источник постоянного тока. Для провода марки АС-185/43 километровой длины индуктивное сопротивление в 2,5 раза превышает значение активного сопротивления. По этой причине большую выгоду представляет собой плавка льда при помощи постоянного тока, но с другой стороны мощные высоковольтные выпрямители приводят к значительному удорожанию установки. Таким образом, плавка гололѐда током — довольно неудобное, сложное, опасное и дорогостоящее мероприятие. Кроме того, очищенные провода вновь обрастают льдом, который требуется плавить снова и снова. Скин-эффект (поверхностный эффект) — эффект затухания электромагнитных волн по мере их проникновения в глубь проводящей среды. В результате этого эффекта, переменный ток, при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое. При пропускании тока частотой свыше 10Гц по сечению проводника, его сопротивление возрастает в сотни раз. Глубина слоя проводника, в котором напряженность электрического поля уменьшается в e раз, называется глубиной скин-слоя. Q- потери складываются из потерь на нагревание проводника, окружающей среды и льда до температуры плавления. Примем, что тепло теряется через единичную площадь проводника одинаково во всех направлениях и лед тает равномерно по всей окружности, но на практике достаточно растопить верхнюю кромку гололеда на линии, которая всегда тоньше остальной части льда на линии, а остальная часть ледяного образования упадет на землю под действием силы тяжести. Для сравнения эффективности плавки льда токами Актуальные проблемы энергетики. СНТК65 160 различной частоты эти потери теплоты примем пропорциональными полным затратам энергии.(50%) Сравнение активных сопротивлений линии и энергии, требуемой для плавки льда, приведено в таблицу 1. Таблица 1 Марка провода Расчетная теплота Активное сопротивление Требуемая энергия 50Гц 1МГц 100МГц 50Гц 1МГц 100МГц МДж Ом Ом Ом МДж МДж МДж AC150/24 0.161 0.198 6253 62530 171.76 1.933 0.611 AC240/32 0.203 0.121 4950 49500 493.88 4.884 1.544 AC400/51 0.259 0.075 3888 38880 1608.7 14.131 4.468 Выводы 1. При повышении частоты до 1 и 100МГц активное сопротивление возрастает в десятки и даже сотни тысяч раз, а энергия, необходимая для того, чтобы расплавить лед сокращается в 100 и 400 раз соответственно. 2. Разогрев линий электропередач токами высокой частоты позволит предотвращать образование гололѐда на проводах, поскольку можно нагреть их до 10— 20°С, не дожидаясь образования плотного льда. Таким образом, скин-эффект позволяет не допускать появления гололѐда на проводах. 3. Отключать от электрической сети потребителей не придѐтся — высокочастотный сигнал к ним не проникнет, так как перед потребителями можно поставить высокочастотные фильтры. Однако в этом случае происходит удорожание сети на стоимость радиопередатчика(~5 млн. бел. руб.). 4. Поскольку провода можно нагревать всего на 10—20°С, то по сравнению с плавкой, требующей нагрева проводов до 100—130°С, значительно уменьшается рас- ход электроэнергии. 5. Так как сопротивление проводов токам высокой частоты по сравнению с промышленной (50 Гц) резко возрастает, коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую оказывается велик. Это в свою очередь приводит к снижению требуемой мощности. Литература 1. Дьяков А. Ф., Засыпкин А. С., Левченко И. И. Предотвращение и ликвидация гололедных аварий в электрических сетях. — Пятигорск: Изд-во РП «Южэнерготехнадзор», 2000. 2. Левченко И. И., Засыпкин А. С., Аллилуев А. А., Сацук Е. И. Диагностика, реконструкция и эксплуатация воздушных линий электропередачи в гололедных районах. — М.: Издательский дом МЭИ, 2007. 3. Рудакова Р. М., Вавилова И. В., Голубков И. Е. Борьба с гололѐдом в электросетевых предприятиях. — Уфа: Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т, 1995. 4. Журнал «Наука и жизнь», №8 – 2008, стр. 116-119.