ПРИЧИНЫ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОВРЕЖДЕНИЙ ВЛ

ПРИЧИНЫ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОВРЕЖДЕНИЙ ВЛ И КЛ

ВОЗДУШНЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Различают устойчивые повреждения воздушных линий (опоры, провода, изоляторы) и неустойчивые (самовосстанавливающиеся. ) Последние ликвидируются путем успешного действия устройств автоматического повторного включения (АПВ) или ручного включения. Основными причинами повреждения воздушных линий (ВЛ) являются: - перенапряжениями (атмосферными и коммутационными), - изменения температуры окружающей среды, - загрязнением воздуха. - гололедно - изморозевые отложения; - ветровые нагрузки; - вибрация и пляска проводов; - возгорание деревянных опор; - ослабление прочности деталей опор; - повреждение опор и проводов автотранспортом и др.

Внешние воздействия приводят к перекрытию изоляции, разрушению изоляторов, обрыву проводов, падению опор. Повреждения ВЛ возможны и в нормальных условиях работы из -за: • превышения фактических электрических нагрузок расчетных значений; • дефектов, возникших при изготовлении опор, проводов, изоляторов; • неправильного применения типов проводов, опор, изоляторов по природно-климатическим зонам; • нарушения правил монтажа и сооружения ВЛ; • недостатков эксплуатации (несоблюдения сроков и объемов проверок, текущих и капитальных ремонтов).

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ ИЗ ПЕРЕЧИСЛЕННЫХ ФАКТОРОВ Атмосферные перенапряжения на линиях возникают из-за грозовых явлений. При таких кратковременных перенапряжениях часто возникают пробои изоляционных промежутков и в частности перекрытие изоляции, а иногда и ее разрушение или повреждение. Перекрытие изоляции обычно сопровождается возникновением электрической дуги, которая поддерживается и после перенапряжения, т. е. при рабочем напряжении. Образование дуги означает короткое замыкание, поэтому место повреждения надо автоматически отключать.

удар молнии в воздушную линию

Коммутационные (внутренние) перенапряжения возникают при включении и отключении выключателей. Действие их на изоляцию сетевых устройств аналогично действию атмосферных перенапряжений. Место перекрытия тоже надо отключать автоматически. Разрушение юбки изолятора дугой

В сетях до 220 к. В обычно более опасны атмосферные перенапряжения. В сетях 330 к. В и выше опаснее коммутационные перенапряжения. Ремонт проводов на воздушной линии

Изменения температуры воздуха достаточно велики, интервал может быть от — 40 до +40 °С, кроме того, провод воздушной линии нагревается током и при экономически целесообразной мощности температура провода на 2— 5° выше, чем воздуха. Понижение температуры воздуха увеличивает допустимую по нагреву температуру и ток провода. Одновременно с этим при понижении температуры уменьшается длина провода, что при фиксированных точках закрепления повышает механические напряжения. Повышение температуры проводов приводит к их отжигу и снижению механической прочности. Кроме того, при повышении температуры провода удлиняются и увеличиваются стрелы провеса. В результате могут быть нарушены габариты воздушной линии и изоляционные расстояния, т. е. снижены надежность и безопасность работы воздушной линии электропередачи.

Действие ветра приводит к появлению дополнительной горизонтальной силы, следовательно, к дополнительной механической нагрузке на провода, тросы и опоры. При этом увеличиваются тяжения проводов и тросов и механические напряжения их материала. Появляются также дополнительные изгибающие усилия на опоры. При сильных ветрах возможны случаи одновременной поломки ряда опор линии. Гололедные образования на проводах возникают в результате попадания капель дождя и тумана, а также снега, изморози и других переохлажденных частиц. Гололедные образования приводят к появлению значительной механической нагрузки на провода, тросы и опоры в виде дополнительных вертикальных сил. Это снижает запас прочности проводов, тросов и опор линий. На отдельных пролетах изменяются стрелы провеса проводов, провода сближаются,

сокращаются изоляционные расстояния. В результате гололедных образований возникают обрывы проводов и поломки опор, сближения и схлестывания проводов с перекрытием изоляционных промежутков не только при перенапряжениях, но и при нормальном рабочем напряжении. Разрушенные опоры воздушной линии в результате действия гололеда

Каскадное разрушение опор линии электропередачи при гололеде

Вибрация — это колебания проводов с высокой частотой (5— 50 Гц), малой длиной волны (2— 10 м) и незначительной амплитудой (2— 3 диаметра провода). Эти колебания происходят почти постоянно и вызываются слабым ветром, из -за чего появляются завихрения потока, обтекающего поверхность провода воздуха. Из-за вибраций наступает «усталость» материала проводов и происходят разрывы отдельных проволочек около мест закрепления провода близко к зажимам, около опор. Это приводит к ослаблению сечения проводов, а иногда и к их обрыву. Согласно ПУЭ одиночные алюминиевые и сталеалюминиевые провода сечением до 95 мм 2 в пролетах длиной более 80 м, сечением 120 - 240 мм 2 в пролетах более 100 м, сечением 300 мм 2 и более в пролетах более 120 м, стальные провода и тросы всех сечений в пролетах более 120 м должны быть защищены от вибрации, если напряжение при среднегодовой температуре превышает: 3, 5 кгс/мм 2 в алюминиевых проводах, 4, 0 кгс/мм 2 в сталеалюминиевых проводах, 18, 0 кгс/мм 2 в стальных проводах и тросах.

В пролетах меньше указанных выше защита от вибрации не требуется. Защита от вибрации не нужна также на линиях с расщеплением фазы на два провода, если напряжение при среднегодовой температуре не превышает 4, 0 да. Н/мм 2 в алюминиевых и, 4, 5 да. Н/мм 2 в сталеалюминиевых проводах. Фаза с расщеплением на три и четыре провода, как правило, не требует защиты от вибрации. Участки любых линий, защищенные от поперечных ветров, не подлежат защите от вибрации. На больших переходах рек и водных пространств защита необходима независимо от напряжения в проводах. Как правило, снижение напряжений в проводах линий до значений, при которых не требуется защиты от вибрации, экономически невыгодно. Поэтому на линиях напряжением 35 - 330 к. В обычно устанавливаются виброгасители, выполненные в виде двух грузов, подвешенных на стальном тросе.

Виброгасители поглощают энергию вибрирующих проводов и уменьшают амплитуду вибрации около зажимов. Виброгасители должны быть установлены на определенных расстояниях от зажимов, определяемых в зависимости от марки и напряжения провода. На ряде линий для защиты от вибрации применяются армирующие прутки, выполненные из того же материала, что и провод, и наматываемые на провод в месте его закрепления в зажиме на длине 1, 5 - 3, 0 м. Диаметр прутков уменьшается в обе стороны от середины зажима. Армирующие прутки увеличивают жесткость провода и уменьшают вероятность его повреждения от вибрации. Однако наиболее эффективным средством борьбы с вибрацией являются виброгасители.

Гаситель вибрации на проводе Виброгаситель

«Пляска» проводов — это их колебания с малой частотой (0, 2 — 0, 4 Гц), большой длиной волны (порядка одного-двух пролетов) и значительной амплитудой (0, 5— 5 м и более). Длительность этих колебаний, как правило, невелика, но иногда достигает нескольких суток. Пляска проводов обычно наблюдается при сравнительно сильном ветре и гололеде, чаще на проводах больших сечений. При пляске проводов возникают большие механические усилия, действующие на провода и опоры часто вызывающие обрывы проводов, а иногда и поломку опор. При пляске проводов сокращаются изоляционные расстояния, из-за большой амплитуды колебаний в некоторых случаях провода схлестываются, из-за чего возможны перекрытия при рабочем напряжении линии. Пляска проводов наблюдается сравнительно редко, но приводит к наиболее тяжелым авариям воздушных линий электропередачи.

На линиях с одиночными проводами чаще всего наблюдается пляска с одной волной, т. е. с двумя полуволнами в пролете, на линиях с расщепленными проводами — с одной полуволной в пролете. Опасность пляски заключается в том, что колебания проводов отдельных фаз, а также проводов и тросов происходят несинхронно; часто наблюдаются случаи, когда провода перемещаются в противоположных направлениях и сближаются или даже схлестываются. При этом происходят электрические разряды, вызывающие оплавление отдельных проволок, а иногда и обрывы проводов. Наблюдались также случаи, когда провода линий 500 к. В поднимались до уровня тросов и схлестывались с ними.

а - волны пляски на проводе в пролете, б - провод, покрытый гололедом, в воздушном потоке друг с другом.

Опасное для работы воздушных линий электропередачи загрязнение воздуха вызвано присутствием частичек золы, цементной пыли, химических соединений (солей) и т. п. Осаждение этих частиц на влажной поверхности изоляции линии и электротехнического оборудования приводит к появлению проводящих каналов и к ослаблению изоляции с возможностью ее перекрытия не только при перенапряжениях, но и при нормальном рабочем напряжении. Загрязнение из-за большого наличия солей в воздухе на побережье моря может привести к активному окислению алюминия и нарушению механической прочности проводов. На повреждаемость воздушных линий электропередачи с деревянными опорами влияет загнивание их древесины. На надежность работы воздушных линий влияют и некоторые другие условия их работы, например свойства грунта, что особенно важно для воздушных линий Крайнего Севера.

КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Основной причиной повреждений кабельных линий (КЛ) является нарушение их механической прочности строительными машинами и механизмами при земляных работах. По этой причине в городских электросетях происходят 60 -70 % всех повреждений КЛ. Кроме заводских дефектов, которые приводят к повреждениям кабелей имеются: 1) механические повреждения, которые были нанесены при прокладке или последующих раскопках и других строительных работах, выполняемых в зоне кабельных трасс; 2) спиралеподобные вспучины (иногда трещины) как результат длительного действия циклов нагрева и охлаждения или значительных перегрузок кабеля более допустимых норм.

3) межкристаллические разрушения свинцовой оболочки под действием сотрясений и вибраций. 4) грунтовая, химическая коррозия под воздействием разнообразных химических реагентов, которые содержатся в почве. 5) разрушение оболочек кабелей блуждающими токами электрифицированного транспорта. Повреждаемость КЛ зависит от способа прокладки КЛ (в земле, блоках, трубах, тоннелях), разности горизонтальных уровней участка КЛ (при больших перепадах происходит стекание масла и осушение изоляции), агрессивности окружающей среды, величины блуждающих токов и защиты от них, интенсивности ведения строительных работ в зоне прокладки КЛ, срока эксплуатации, режима работы.

Электрические пробои чаще происходят не на целом кабеле, а в местах установки соединительных муфт, на концевых воронках, вертикальных участках кабеля. В момент аварии кабель часто получает вторичные повреждения (обжигается дугой, деформируется внутренним давлением, поглощает влагу через поврежденное место и т. д. ). Оболочка кабеля является одним из более важных конструктивных элементов силового кабеля. Изоляция кабеля может оставить высокие диэлектрические свойства только в том случае, если отсутствует возможность проникновения у нее воздуха или влаги. Свинцова или алюминиевая оболочки являются герметизирующим покровом кабеля. Длительная допустимая механическая нагрузка для свинца 0, 1 кг/мм 2, для алюминия 0, 8 кг/мм 2. В отличие от свинца алюминий является вибростойким материалом, но намного уступает ему в стойкости к действию грунтовой коррозии.

разрушение оболочки кабелей

Не только старение, но и крупные дефекты не всегда выявляются при профилактических испытаниях. Не определяются повреждение в оболочках кабелей, если изоляция не отсырела. Повреждение и местные дефекты в изоляции могут быть обнаружены при испытании лишь в том случае, если оставшийся неповрежденный участок изоляции не превышает 15 -20% ее толщины. К таким недостаткам, которые значительно снижают надежность кабелей, относятся: осушение изоляции из-за перемещения или стекания пропиточного состава, электрическое старение изоляции, высыхание изоляции кабелей, работающих в тяжелых тепловых режимах, часто связанное с разложением пропиточного состава (кристаллизация) и т. д. Кроме заводских дефектов, которые приводят к повреждениям кабелей имеются:

1) механические повреждения, которые были нанесены при прокладке или последующих раскопках и других строительных работах, выполняемых в зоне кабельных трасс; 2) спиралеподобные вспучины (иногда трещины) как результат длительного действия циклов нагрева и охлаждения или значительных перегрузок кабеля более допустимых норм. 3) межкристаллические разрушения свинцовой оболочки под действием сотрясений и вибраций. 4) грунтовая, химическая коррозия под воздействием разнообразных химических реагентов, которые содержатся в почве. 5) разрушение оболочек кабелей блуждающими токами электрифицированного транспорта;

Местные механические повреждения оболочек легко устанавливаются по внешнему виду, так как они сопровождаются повреждением джутовой оплетки и стальной брони. В большинстве случаев оказывается поврежденной и изоляция кабеля. Механические повреждения носят локальный характер и после устранения поврежденного участка и монтажа вставки кабельная линия может продолжать быть в работе.

Межкристаллическое разрушение свинцовой оболочки – это рекристаллизация свинца, рост кристаллов и потеря связи между кристаллами. По внешнему виду в начальной стадии на оболочке появляется сетка мелких трещин. В последующем трещины все более увеличиваются и растрескивание оболочки сопровождается выпадением из нее групп кристаллов или даже отдельных кусков оболочки. Масштаб межкристаллических разрушений (длина поврежденного участка кабеля) зависит от характера влияния, вызывающего сотрясения и вибрацию кабеля. Чаще всего это вертикальный участок кабеля при переходе кабельной линии в воздушную, где сотрясения образуются проводами воздушной линии. Это могут быть участки кабелей на подходах к вращающимся машинам, создающие значительные вибрации, переходы кабельных линий под железнодорожными путями или шоссе, места прокладки

кабелей по мостам, где вибрация и сотрясения создает двигающийся транспорт. прокладка кабеля вблизи дорог

разрушение изоляции кабеля

Наличие в продуктах коррозии перекиси (двуокиси) свинца указывает на ее электрическое происхождение от блуждающих токов. Характерным является цвет продуктов коррозии. Двуокись свинца, образуемая при протекании блуждающих токов имеет коричневый цвет (бурый осадок). Продукты химической коррозии чаще всего имеют белый цвет, иногда с бледно-желтым или бледно-розовым оттенком. При многократных изгибах кабеля, связанных из разматыванием, прокладкой, протяжкой в трубах и т. д. , в местах возникших гофр алюминиевая оболочка дает продольную трещину или подрезается стальной бронелентой. При установке муфт необходимо обращать внимание на состояние высыхания изоляции, разложения пропиточного материала и выпадения канифоли. У кабелей на напряжение 10 к. В и выше необходимо обращать внимание на электрическое старение изоляции и наличие у нее путей ионизации и частичных разрядов (ветвистые побеги, присутствие воскообразных веществ).

Воздушные включения - наиболее слабый элемент изоляции: в них начинают развиваться опасные ионизационные процессы и частичные разряды. Чем большие воздушные зазоры (особенно в радиальном направлении), тем они опаснее. В связи с этим жестко регламентировано количество допустимых совпадений бумажных лент. При большом количестве совпадений слой изоляции становится неустойчивым к выгибаниям. На бумажных лентах, расположенных под совпадающими зазорами (нижерасположенных лент), образуются продольные складки, которые под воздействием тепловых деформаций (нагревы и охлаждения кабеля) превращаются в продольные трещины, – такой же опасный дефект, как и совпадение бумажных лент. Продольная складка нередко превращается в сплошную трещину, и при разборке изоляции кабеля вместо одной ленты сматываются две. Наиболее часто это наблюдается при величине перекрытия лент, близких до 50%.

При протекании токов короткого замыкания на очень короткое время (секунды) допускается подъем температуры жил (а, следовательно, и прилегающих слоев изоляции) к 125° или 200° соответственно для кабелей 20 -35 к. В и 1 -10 к. В. Это обусловлено тем, что при температурах выше 135 - 140° в бумажнопропитанной изоляции быстро развиваются процессы необратимого старения бумажной основы изоляции (разрушение волокна целлюлозы, из которых состоит бумага). Настолько же опасные и длительные аварийные перегрузки кабелей, когда нагрев жил и изоляции существенно превышает длительнодопустимые по нормам. При вскрытии таких кабелей (после аварийного или профилактического пробоя) особенное внимание следует обращать на состояние фазной изоляции и бумажных лент, непосредственно примыкающих к жиле. Опасные местные перегревы кабелей возможны в местах, где кабели проложены в земле с нарушением основных норм прокладки: с примыканием одного к другому или при

выполнении в земле «запасов» в виде колец (запрещено правилами). В этих случаях, как установлено, кабели могут нагреваться к температурам, превышающих 100°. В кабелях на напряжение 20 -35 к. В расчетные электрические градиенты приблизительно в два раза выше, чем в кабелях на 6 к. В. Потому уже при незначительном осушении, особенно на вертикальных участках, в них начинается ионизация воздушных включений и начинаются частичные разряды. Необходимость замены вертикальных участков кабелей должна подтверждаться результатами рассечения, разборки и оглядел образцов кабелей. Опасная степень электрического старения подтверждается наличием черных ветвистых побегов на бумажных лентах. При обзорах токопроводящих жил кабеля необходимо обращать внимание на следующих наиболее часто встречающиеся дефекты: - неправильную форму круглой или секторной жилы (например, один угол сектора острее, чем другой);

- выпирание или западание отдельных проволакиваний, пилообразный профиль жилы; - наличие заусенцев на жилах. Эти дефекты приводят к искривлению электрического поля, образованию местных повышенных напряженностей, что особенно опасно для кабелей на напряжение 10 к. В и выше. Жилы с отдельно выпирающими проволакиваниями или из заусенцами опасны в том отношении, что во время изгибов кабеля или при тепловых деформациях может быть смята, продавлена или разрезана примыкающая к жиле бумажная изоляция. Наличие таких дефектов, значительно снижающих надежность кабеля, недопустимо. Возможны и более грубые дефекты в жилах. Например, пересечение отдельных проволакиваний. В этом случае жила принимает неправильную форму, а в слое изоляции

образуются глубокие складки. Кабели с такими дефектами не пригодны для прокладки. При рассечении кабелей после аварийных пробоев следует учитывать ряд других изменений, связанных с горением дуги и образованием в кабеле значительных внутренних давлений. Большим давлением может существенно деформироваться свинцовая оболочка кабеля, могут быть смещены и даже выброшены (вместе с газами) заполнители, смещенные бронеленты. При профилактических испытаниях и пробоях, из-за малой мощности испытательных установок, такие деформации не возникают (прожигающая и ударная установки не учитываются).

деформация оболочек кабеля

КОНЕЦ!!!