Самонесущий оптический кабель на ВЛ 35—330 кВ

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) зачастую размещают на опорах воздуш­ных линий (ВЛ) электропередачи средне­го и высокого напряжения. В связи с этим ОАО «ФСК ЕЭС» организовало работы по созданию стандарта «Правила проектирования, строитель­ства и эксплуатации ВОЛС на ВЛ электропередачи напряжением 35 кВ и выше».

Согласно проекту этого стандарта на воздушных линиях 35 кВ и выше могут применяться различные оптические кабели:

  • встроенные в грозотрос (ОКГТ);
  • встроенные в фазный провод (ОКФП);
  • навитые на фазный провод или на грозозащит­ный трос (ОКНН);
  • самонесущие (ОКСН).

В случаях использования самонесущих оптиче­ских кабелей проект стандарта требует их размеще­ния в точках минимального наведённого фазными проводами ВЛ потенциала. Рассмотрим причины такого требования.

волс_1.jpg

Рис. 1. Одноцепная ВЛ 35—330 кВ с установленным ОКСН


ПОТЕНЦИАЛ, НАВЕДЁННЫЙ НА ОКСН

В проекте стандарта дано следующее определе­ние: ОКСН — это оптический кабель самонесущий неметаллический, армирующими элементами кото­рого являются стеклопластиковые прутки или ара­мидные нити, объединённые в единую конструкцию.

На рис. 1 схематично показана одноцепная опора ВЛ 35—330 кВ с треугольным расположением фаз­ных проводов «А», «В», «С», молниезащитным тро­сом «Т» и ОКСН, закреплённым на опорах ВЛ под нижней траверсой.

Рабочее напряжение фазных проводов ВЛ соз­даёт вокруг линии электрическое поле, потенциал которого UK = 0 воздействует на ОКСН. Величина этого потенциала зависит от расстояния до фазных проводов, троса, поверхности земли, а также от рас­стояния до заземлённого тела опоры.

Поскольку в точке крепления ОКСН к опоре по­тенциал отсутствует UK = 0, а в остальных точках пролёта справедливо UK ≠ 0, то вдоль ОКСН воз­никает разность электрических потенциалов. Если поверхность ОКСН в достаточной мере загрязнена и увлажнена, то разность потенциалов вызовет про­текание вдоль неё тока промышленной частоты, на­правленного из пролёта в сторону опоры (рис. 2) и способного повредить кабель.

Например, в Санкт-Петербурге уже известны случаи повреждения оболочки ОКСН вблизи от тела опоры ВЛ 330 кВ, где протекающий вдоль её по­верхности ток оказывается максимальным. Поэтому задача расчёта потенциала и его минимизации дей­ствительно является актуальной.

Потенциал UK зависит от следующих основных факторов:

высоты подвеса ОКСН на опоре;

  • высоты подвеса фазных проводов и тросов на опоре;
  • степени провисания ОКСН, проводов и тросов в средней части пролёта.

волс_2.jpg

Рис. 2. Узел крепления ОКСН к опоре и протекающий по поверхности ОКСН ток

Полученный в результате расчётов потенциал UK следует сравнивать с допустимым значением, в качестве которого согласно имеющимся данным на ОКСН можно использовать:

  • 12 кВ, если оболочка выполнена из обычного по­лиэтилена высокой плотности;
  • 25 кВ, если оболочка выполнена из трекингостой­кого полиэтилена (он дороже). Если наибольший потенциал на поверхности

ОКСН окажется выше 12 (25) кВ, то следует оптими­зировать точку подвеса ОКСН на опоре ВЛ, сместив положение ОКСН в область меньших наводимых по­тенциалов.


ВЫБОР ТОЧКИ ДЛЯ РАСЧЁТА ПОТЕНЦИАЛА

Результаты расчётов потенциала UK зависят от того, на какой высоте относительно земли разме­щены фазные провода, молниезащитный трос и оп­тический кабель. Поскольку вблизи от тела опоры расстояние до земли больше, чем в средней части пролёта ВЛ, то возникает вопрос: в какой точке меж­ду опорами ВЛ проводить определение потенциала ОКСН:

вблизи от опоры (точка 1 на рис. 3);

посередине пролёта (точка 2);

на некотором удалении от опоры (точка 3, распо­ложенная между 1 и 2). Поскольку опора заземлена, то на самом деле в точке 1 у оптического кабеля нет потенциала. Одна­ко не будем учитывать экранирующего действия за­землённой опоры, так как по мере удаления от опо­ры оно достаточно быстро нивелируется. 

волс_3.jpg

Рис. 3. Определение наибольшего потенциала оптического кабеля на примере однофазной ВЛ

Проведя исследования влияния на потенциал ОКСН высоты его подвеса hK, расстояния до фазно­го провода ∆h , стрел провеса ОКСН fK и провода fА, можно сделать следующие выводы:

  • если оптический кабель провисает так же сильно, как и фазный провод fK = fA, то наибольшее значе­ние UK достигается у тела опоры (точка 1 на рис. 3);
  • если оптический кабель вообще не провисает (fK = 0), то наибольшее значение UK достигается в середине пролёта, где fA = max (точка 2). По имеющимся у автора сведениям на практике стрелы провеса оптического кабеля fK меньше, чем у фазного провода, т.е. лежат в диапазоне fA > fK > 0, и, следовательно, наибольший потенциал будет на­водиться не у тела опоры (точка 1) и не в середи­не пролёта (точка 2), а где-то между этими точками (точка 3).

Стрелы провеса f фазных проводов и оптическо­го кабеля зависят от многих факторов и не всегда известны. Поэтому при выборе точки крепления ОКСН на опоре в качестве базового расчётного слу­чая целесообразно принять точку 1 и закладывать в расчёты потенциала ОКСН расстояния до земли, ха­рактерные для тела опоры без учёта стрел провеса.

Если полученный в точке 1 потенциал приближа­ется к опасным значениям в 12 (или 25) кВ, то после получения данных о провисании фазных проводов и кабеля целесообразно проведение дополнительных проверочных расчётов потенциала в двух других точках:

  • в точке 2 (удаление от опоры на 50% длины про­лёта);
  • в точке 3 (удаление от опоры на 25% длины про­лёта).


СПОСОБЫ РАСЧЁТА ПОТЕНЦИАЛА

Расчёт потенциала ОКСН можно выполнить, на­пример, аналитически [1] при помощи системы урав­нений, записанной с применением собственных и взаимных потенциальных коэффициентов, которые связывают потенциалы ОКСН, проводов и тросов с их зарядами. Также потенциал ОКСН можно найти и с применением компьютерных программ, таких, как EMTP (Electro Magnetic Transient Program), или ана­логичных ей.

В EMTP и ряде других программ предусмотрена возможность моделировать систему параллельных друг другу проводников, в роли которых выступают как обычные фазные провода и тросы линий элек­тропередачи, так и, скажем, какой-то дополнитель­ный проводник — проходящая параллельно линия электропередачи иного класса напряжения, или же ОКСН. Подавая напряжение на одни из таких проводов,

волс_4.jpg

Рис. 4. Внешний вид EMTP-модели одноцепной трёхфазной воздушной линии, где на опорах подвешен проводник,
на котором измеряется потенциал EMTP позволяет определять напряжение, на­ведённое на другие.

На рис. 3 показана EMTP-схема, где есть подклю­чённая к трёхфазной сети одноцепная ВЛ, на опо­рах которой подвешен дополнительный проводник (ОКСН), потенциал которого измеряет специальный вольтметр «V». При этом геометрия взаимного рас­положения проводов и тросов ВЛ и ОКСН может быть произвольной и задаётся внутри блока, назван­ного «LCC».


ПРИМЕР РАСЧЁТА ДЛЯ ОДНОЦЕПНОЙ ВЛ 330 КВ

В качестве примеров проведём серию расчётов потенциала ОКСН в точке 1 для промежуточных опор ВЛ 330 кВ [2], представленных на рис. 5. Длина гирлянд изоляторов 330 кВ принималась равной 3 м, гирлянды считались подвесными, напряжение на ВЛ принято равным наибольшему рабочему 363 кВ.

Результаты расчёта действующего значения по­тенциала поля в зависимости от места крепления ОКСН на опорах рис. 5 приведены на рис. 6.

П 330-3. ОКСН удобнее крепить к телу опоры под нижней траверсой, т.е. для опоры П 330-3 практиче­скую значимость представляют прежде всего высо­ты y < 25 м. Поскольку металлическая опора П 330-3 имеет заметное поперечное сечение, то ОКСН не может быть закреплён в точке х = 0, и поэтому на рис. 6а даны две кривые: х = +2 и х = -2 м. При х = +2 м оптический кабель крепится к телу опоры с той её стороны, где над ним имеются сразу две травер­сы фазных проводов, а при х = -2 м — только одна траверса.

Согласно рис. 6а при y < 25 м оптический кабель выгоднее размещать в точке х = +2 м, поскольку при этом достигаются меньшие потенциалы ОКСН. Од­нако в любом случае не избежать применения до­рогостоящего ОКСН, оболочка которого выполнена из трекингостойкого полиэтилена, рассчитанного на потенциал 25 кВ.

волс_5.jpg

Рис. 5. Эскизы одноцепных промежуточных опор ВЛ 330 кВ а) опора П 330-3 б) опора П 330-9


П 330-9. Как следует из рис. 6б, для Рис. 6. Потенциал электрического поля на ОКСН в зависимости опоры с горизонтальным расположен от места подвеса на одноцепной опоре ВЛ 330 кВ нием фазных проводов также требу­ется ОКСН, рассчитанный на высокий потенциал 25 кВ, а при y > 15 м ОКСН 100 и вовсе применять нельзя.

П 330-9. Как следует из рис. 6б, для опоры с горизонтальным расположением фазных проводов также требуется ОКСН, рассчитанный на высокий потенциал 25 кВ, а при y > 15 м ОКСН и вовсе применять нельзя. Изучив зависимости UK(x, y) рис. 6, полученные для опор рис. 5, можно сделать ряд очевидных обобщающих выводов:

  • максимальные значения UK достигаются при приближении ОКСН к тому или иному фазному проводу;
  • минимальные значения UK достигаются или рядом с поверхностью земли, или рядом с молниезащитным тросом, или в тех точках, где ОКСН оказывается примерно на равном удалении от трёхфазных проводов (в таких точках поля фаз практически полностью компенсируют друг друга).

ПРИМЕР РАСЧЁТА ДЛЯ ДВУХЦЕПНОЙ ВЛ 330 КВ

Результаты расчёта действующего значения потенциала поля в зависимости от точки крепления ОКСН на опорах рис. 7 приведены на рис. 8. При этом напряжение на ВЛ, как и раньше, принято равным наибольшему рабочему 363 кВ. На рис. 8, полученном при х = +2 м, даны две кривые для потенциала ОКСН. Кривая АВС-АВС отвечает случаю, когда обе цепи имеют одинаковую фазировку проводов, а кривая АВС-СВА — при встречной фазировке. Видно, что для двухцепной ВЛ 330 кВ вне зависимости от фазировки цепей под средней траверсой имеется область минимального потенциала, в которую можно было бы смело устанавливать ОКСН. Однако монтажным организациям удобнее располагать ОКСН не под средней, а под нижней траверсой. В таком случае применение ОКСН на двухцепной ВЛ 330 кВ возможно лишь тогда, когда его оболочка рассчитана на 25 кВ и только при встречной фазировке цепей. Анализ рис. 6 и 8 показывает, в частности, что применение ОКСН на ВЛ номинальным напряжением более 330 кВ не представляется возможным из-за недопустимо высокого наводимого потенциала.

волс_6.jpg

Рис. 6. Потенциал электрического поля на ОКСН в зависимости от места подвеса на одноцепной опоре ВЛ 330 кВ
а) П 330-3 с треугольным расположением фаз б) П 330-9 с горизонтальным расположением фаз



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проанализировав потенциал оптического кабеля, размещённого на опорах ВЛ 330 кВ, можно дать ряд обобщающих рекомендаций для ВЛ 35—330 кВ.

Для одноцепных опор с треугольным располо­жением фаз оптический кабель ОКСН лучше разме­щать с той стороны опоры, где имеются две травер­сы.

Для двухцепных опор с вертикальным распо­ложением проводов за счёт совместного действия полей фазных проводов сразу двух цепей уровень потенциала под нижней траверсой оказывается по­вышенным и может потребовать установки ОКСН под среднюю траверсу, где электрические поля фаз лучше компенсируют друг друга, чем под нижней. Наиболее остро проблема стоит не для ВЛ 35—220 кВ, а именно для ВЛ 330 кВ, где дополнительным фактором повышения потенциала является наличие расщепления фазных проводов на две составляю­щие. На 330 кВ обеспечить возможность крепления ОКСН под нижней траверсой можно было бы за счёт смены фазировки одной из цепей (рис. 7б). На ВЛ 35, 110 кВ при наличии обоснования воз­можно применять ОКСН с оболочкой, рассчитанной


волс_7.jpg

Рис. 7. Эскизы двухцепных промежуточных опор ВЛ 330 кВ типа П 330-2 а) совпадающая фазировка проводов б) встречная фазировка проводов соседних цепей АВС-АВС соседних цепей АВС-СВА.

на потенциал 12 кВ. На ВЛ 220, 330 кВ, скорее всего, всегда будет требоваться применение ОКСН, рассчитанного на потен­циал 25 кВ. Для ВЛ 500 —750 кВ применение ОКСН и вовсе не представляется возможным в силу значительных наведённых потенциалов.

волс_8.jpg


Рис. 8. Потенциал электрического поля на ОКСН в зависимости от места подвеса на двухцепной опоре ВЛ 330 кВ типа П 330-2
и фазировки проводов первой и второй цепей. 


ЛИТЕРАТУРА

1. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы элек­тротехники. Л., «Энергия», 1967.

2. Справочник по электрическим установкам высокого напря­жения. Под ред. И.А. Баум­штейна, С.А. Бажанова. Мо­сква, Энергоатомиздат, 1989.


Самонесущий оптический кабель на ВЛ 35—330 кВ

Михаил ДМИТРИЕВ, заместитель генерального директора по научной работе, ПКБ «РосЭнергоМонтаж», Санкт-Петербург, к.т.н.

Доступен документ в формате PDF:

Самонесущий оптический кабель на ВЛ 35—330 кВ

Галерея сданных объектов

ООО "Инжиниринговая компания «Энергогарант»"
«СПбВС» Филиал ОАО «Ленэнерго»
ЗАО «Первый Контейнерный Терминал»
ЗАО «ПНТ»
ООО "ГазпромИнвестЗапад"
ООО «Инжиниринговая компания «Энергогарант»
Управление Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии по Санкт-Петербургу
ООО «ВВК Строй-Корпорация»
ОАО «Кубаньэнерго»
ООО «Форум»
Секретарит совета межпарламентской ассамблеи государств-участников содружества независимых государств
ООО «СЭК»
ОАО «Ленэнерго»
ОАО «ФСК ЕЭС»
ООО «Балтнефтепровод»
ОАО «ББТ»
ОАО «Юго-Западная ТЭЦ»
 

Возврат к списку

 

Наши партнеры и клиенты

  • Газпром
  • РЖД
  • Ford
  • Shell
  • Ленэнерго
  • Первый контейнерный терминал
  • ТГК-1
  • Hyundai
  • IKEA
  • Кубаньэнерго
  • Лукойл
  • МРСК Северо-Запад
  • Государственный центральный музей современной истории России
  • Федеральная таможенная служба
  • Neste
  • Nissan
  • Oil Terminal
  • Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы
  • Транснефть
  • Водоканал Санкт-Петербурга
  • Volkswagen