Повітряна лінія електропередачі

Винахід відноситься до електроенергетики, а більш конкретно - до конструкцій повітряних ліній електропередачі (ЛЕП) та може бути використаний при проектуванні, спорудженні та експлуатації ліній електропередачі напругою 35кВ та вище. Одноланцюгові лінії електропередачі промислової частоти 35кВ та вище споруджуються з горизонтальним розташуванням проводів або з розташуванням їх по вершинам нерівностороннього трикутника. Горизонтальне розташування проводів ЛЕП з найкращим за умовами експлуатації, тому що дозволяє обійтись більш низькими опорами та виключає стикання проводів при скиненні ожеледі або при їх плясці. Розташування проводів по вершинам нерівностороннього трикутника обумовлене наявністю дише одного грозозахисного троса, що вимагає підвіски всіх трьох проводів на горизонтальних консольних траверсах. Для цих найчастіших випадків мас місце несиметричне розташування проводів по відношенню один до одного, що зумовлює різницю фазних параметрів ЛЕП (реактивних опорів та провідностей). Щоб параметри всіх трьох фаз були однакові, виконується транспозиція фазних проводів [1]. Найменшу кількість перестановок проводів має транспозиція В.М. Костенка та Л.С. Перельмана, при якій на одному циклі транспозиції виконується лише 4 одинарних перестановки проводів [2]. Лінія при цьому також розділена на три рівні частини, на границі яких лише два проводи з трьох (один центральний та один з крайніх) змінюють взаємне розташування (перехрещуються). Опори, де виконуються перестановки проводів, конструкційне складні, матеріаломісткі і є тому ненадійним елементом ліній, що знижує надійність ЛЕП в цілому. Ставиться задача забезпечення електричної симетрії лінії при значному спрощенні її конструкції та підвищенні надійності. Рішення вказаної задачі забезпечується за рахунок того, що в відомій лінії електропередачі, що має три фазних проводи, розташовані паралельно один одному, один фазний провід розташований вздовж циліндричної поверхні, напрямною якої є лінія Касіні, а два інші фазних проводи проходят через фокуси лінії Касіні, причому відстань між фокусами лінії Касіні та її менший поперечник взяті в співвідношенні а два згадані останні фазні проводи можуть, бути перехрещені із взаємозаміною свого місця розташування лише посередині лінії електропередачі. В запропонованому рішенні досягається електрична симетрія лінії за рахунок зміни співвідношень відстаней між кожною парою проводів вздовж всієї довжини ЛЕП. Для відомих трифазних ЛЕП ці співвідношення однакові. Тому вказані ознаки відрізняють заявлене рішення від прототипу та обумовлюють відповідність цього рішення критерію новизни. На фіг.1 показано взаємне розташування двохфазних проводів (фаз та та допустимого місця точок розташування третьої фази (крива 1); на фіг.2 - варіант взаємного розташування проводів вздовж довжини ЛЕП при їх горизонтальному розташуванні. Відомо, що головною умовою електричної симетрії ЛЕП при транспозиції фазних проводів є рівність середніх геометричних відстаней між кожною парою фаз вздовж всієї довжини ЛЕП де - середні геометричні відстані між кожною парою проводів вздовж всієї довжини ЛЕП. Однак якщо розглянути лінію Касіні, то неважко впевнитися, що ця крива якраз і відповідає умові (1). За визначенням лінією Касіні звуть геометричне місце точок для яких добуток відстаней до кінців відрізку квадрату даного відрізку [3]: де дорівнює - довжина відрізку - квадрат добутку відстаней та від деякої точки до кінців відрізку Розглянемо фіг.1. Нехай фази та проходять через точки та - фокуси лінії Касіні. Для виконання умови (2) необхідно, щоб третя фаза була розташована вздовж циліндричної поверхні, напрямною якої є лінія Касіні, що в Декартовій системі координат в загальному вигляді визначається де - поточні координати Декартової системи координат. Але тому, що, виходячи з вимоги (1) та з умови (2) та фіг.1 твірна приймає вигляд З фіг.1 та рівняння (4) слідує, що поперечник лінії Касіні дорівнює а відстань між вершинами Для повного виконання умови (1) необхідно виконання однієї з двох додаткових умов. 1. Посередині ЛЕП дві фази, що проходять через фокуси лінії Касіні, перехрещуються із взаємозаміною свого місця розташування. Варіант розташування проводів, що відповідає даній умові, наведений на фіг.2. Дійсно, середня геометрична відстань між парами проводів, наприклад, при їх горизонтальному розташуванні, визначається: Видно, що і транспозиція виконується з єдиною одинарною перестановкою. Дана умова відповідає п.2 формули винаходу. Конструктивно дана умова реалізується тим, що довжина та розташування верхньої траверси таке, що провід, який до неї підвішується, лежав на поверхні, утвореною лінією Касіні. 2. Результат, аналогічний вищенаведеному, можна одержати також і в випадку, коли фази та не змінюють взаємного розташування. При цьому третя фаза на одній половині довжини ЛЕП розташована по ліву сторону найменшого поперечника лінії Касіні, а на другій половині симетрично по праву сторону найменшого поперечника. Умови (1) та (2) виконуються також. Конструктивно дане рішення реалізується аналогічно вищенаведеному. Дана умова повністю відповідає п.1 формули винаходу. Вибір того чи іншого рішення повинен визначатися умовами конкретної ЛЕП. Слід відмітити, що: 1. Розташування проводів згідно фіг.2 характерно для ЛЕП 220кВ та вище. При цьому якщо відстань між крайніми фазами дорівнює аналогічній відстані в класичній трифазній ЛЕП, то пропускна здатність даної ЛЕП та класичної однакові. Для ЛЕП (фіг.2) можуть бути використані типові опори. Деяке зменшення відстані між вдома сусідніми фазами не вплине на надійність ЛЕП в цілому. 2. При розташуванні проводів по вершинам трикутника, що характерно для ЛЕП 35 ... 330кВ, також можуть бути використані типові опори. Розглянемо, наприклад, ЛЕП-220кВ з типовими опорами ПБ-220 - 1, у яких довжини нижніх траверс складають 2,8М та 4,8М (тобто, а відстань між нижніми та верхньою траверсами відповідно для I, II районів ожеледності та для III, IV районів ожеледності [4]. На основі рівняння (4) оптимальна відстань між нижніми та верхньою траверсою складає а можливість розташування верхньої траверси на заданому рівні завжди існує. Можна також запропонувати варіант, в якому фази, що проходять через фокуси лінії Касіні, підвішені до верхньої та однієї з нижніх траверс. 3. В запропонованій лінії реалізується повне вирівнювання індуктивних опорів окремих фаз. Різниці в ємнісних провідностях такі, що мова може йти також і про повну симетрію ЛЕП і за провідностями. 4. Оскільки запропонована ЛЕП з симетричною по суті без транспозиції проводів, значно покращується передача ВЧ сигналів по фазним проводам. 5. Позитивний ефект відданої ЛЕП полягає також в відмові від застосування спеціальних транспозиційних опор. 6. При застосуванні запропонованої ЛЕП по суті відпадає необхідність оцінки ступеня несиметріі, що вона створює.