Значительное число воздушных линий (ВЛ) электропередачи в различных регионах страны (Северо-запад, Поволжье, Дальневосточное приморье и т.д.) подвержено в зимнее время года и в осенне-зимних и весенне-зимних сезонах налипанию мокрого снега на провода. Есть энергосистемы (Краснодарэнерго, Киевэнерго), где интенсивные налипания мокрого снега на провода ВЛ наблюдаются каждые 2 — 3 года. Весьма тяжелые ситуации, когда масса налипающего снега на каждый погонный метр провода достигает 5 — 6 кг, отмечены на линиях Сахалинэнерго.
До недавнего времени основными средствами борьбы с отрицательными последствиями налипания мокрого снега были усиление ВЛ (установка дополнительных опор, применение более прочных проводов и опор), плавка снега и профилактический обогрев проводов с целью предотвращения образования тяжелых отложений.
В начале 70-х годов в Японии разработаны и получают все более широкое применение снегоотталкивающие провода. В энергетической компании Хоккайдо Электрик Пауэр такими проводами оборудовано 95 % общей протяженности воздушных линий.
Настоящие Методические указания распространяются на ВЛ напряжением 10 — 220 кВ с одиночными проводами, требующими защиты от налипания мокрого снега. В основу разработки предлагаемых средств защиты от налипания мокрого снега положен опыт энергетических компаний Японии. Предлагаемые средства защиты достаточно просты по конструкции и по технологии их применения на ВЛ.
2.1. Условия возникновения, геометрические размеры и физические свойства отложений мокрого снега на проводах
2.1.1. Налипание снега происходит при прохождении зоны низкого атмосферного давления, как правило, в осенне-зимнем и весенне-зимнем сезонах. Выпадение снега с большим содержанием воды (до 32 %) происходит при температуре воздуха на уровне земли от -2 до +2 °С.
2.1.2. Налипание снега на провода в подавляющем большинстве случаев происходит при действии ветра скоростью от 10 до 25 м/с. Снежные муфты, образующиеся на проводах, имеют прочное сцепление с ними и не разрушаются даже при действии порывистых ветров скоростью до 35 — 40 м/с.
2.1.3. При определении погонной массы налипшего на провода снега обычно принимают его плотность g = 0,2 г/см 3 , однако в зависимости от содержания воды плотность мокрого снега может достигать значений 0,6 — 0,8 г/см 3 , что необходимо учитывать при оценках механических нагрузок на провода и опоры ВЛ.
2.1.4. В процессе налипания мокрого снега по мере увеличения эксцентриситета отложения и роста толщины его стенки происходит проскальзывание снежного осадка вдоль наружного повива в нижнюю часть провода (рис. 1), а также закручивание провода при более прочном сцеплении с ним эксцентричного одностороннего отложения. На боковой поверхности провода со стороны несущего снег воздушного потока продолжается процесс налипания [1]. В зависимости от крутильной жесткости провода и влагосодержания снега (определяющей способность снега скользить вдоль повива провода) образуются отложения с формой, близкой к цилиндрической (рис. 2, а), либо с разной степенью эксцентричности (рис. 2, б, в, г). Обычно толщина стенки отложения находится в пределах от 40 до 140 мм. Известны случаи, когда толщина налипающего снега достигает 160 — 200 мм.
Рис. 1. Процесс образования снежной муфты на проводе
Рис.2. Формы и размеры отложений мокрого снега на проводах
2.2. Характерные повреждения ВЛ, связанные с налипанием мокрого снега на провода
2.2.1. Опасность налипания снега состоит в увеличении статических механических нагрузок на провода, линейную арматуру и опоры ВЛ. Масса налипающего снега соизмерима с массой провода, а иногда и значительно превышает последнюю, достигая 6 — 8 кг/м.
2.2.2. Прохождение области пониженного атмосферного давления, сопровождающееся выпадением мокрого снега, обычно происходит при действии ветров скоростью от 10 до 25 м/с. Значительное число аварий на ВЛ происходит при метеоусловиях, когда мокрый снег налипает на провода и конструкции опор при действии поперечных трассам ВЛ ветров скоростью от 25 до 40 м/с. При этом к нагрузкам от действия массы налипающего снега добавляются весьма значительные ветровые нагрузки, обусловленные действием ветра высокой скорости на увеличенное снежным отложением сечение провода, металлоконструкции и т.д.
2.2.3. Аварийные отключения ВЛ, связанные с налипанием мокрого снега, происходят как из-за повреждений элементов линий, вызванных действием превышающих допустимые значения механических нагрузок, так и по причине возникновения перекрытий из-за приближения проводов к заземленным конструкциям опор, к деревьям и проч. При действии сильных порывистых ветров на провисающие под влиянием массы мокрого снега провода наблюдаются схлестывания проводов разных фаз, а также проводов с грозотросами.
2.2.4. На ВЛ 10 — 220 кВ механические перегрузки от действия мокрого снега и ветра приводят к обрывам проводов и грозозащитных тросов, повреждениям изолирующей подвески, к поломкам траверс и стоек опор. На линиях со штыревыми изоляторами наиболее частыми последствиями снежных штормов являются обрывы вязок. Обрывы проводов нередко сопровождаются в распределительных сетях каскадным повреждением опор.
3.1. Грузы-ограничители закручивания проводов
3.1.1. Для защиты проводов от налипания мокрого снега рекомендуется применение снегоотталкивающих колец и грузов-ограничителей закручивания проводов [2]. Установка под проводами грузов увеличивает крутильную жесткость проводов. Это необходимо для того, чтобы предотвратить закручивание провода отложением снега, первоначально нарастающим со стороны несущего воздушного потока. Гребешок снега, налипающего на провод с повышенной, благодаря установке грузов, крутильной жесткостью, приобретает более вытянутую в сторону несущего аэродинамического потока форму. Отложения резко выраженной эксцентричной формы осыпаются по мере их роста. Предотвращается образование массивных снежных муфт цилиндрической формы.
3.1.2. Конструкция груза сферической формы, выполняемого заодно с тягой, обеспечивающей эксцентричное положение груза по отношению к центру кручения провода, показана на рис. 3. Груз крепится к проводу стандартным болтовым плашечным зажимом. Для защиты провода в месте установки груза от износа и усталостных повреждений, вызываемых вибрацией и другими видами колебаний провода, предусмотрено применение армирующих прутков. Прутки в количестве 3 шт. могут быть установлены поверх плашечного зажима (см. рис. 3), либо под зажимом (рис. 4 ). В последнем случае прутки должны образовать в пределах своей строительной длины дополнительный защитный повив, а плашечный зажим груза выбирается большего типоразмера — по диаметру провода с армирующими прутками.
Рис. 3. Груз-ограничитель закручивания сферической формы с одним элементом крепления армирующими прутками:
1 — груз с тягой; 2 — плашечный зажим; 5 — провод; 4 — армирующие прутки
Рис. 4. Груз сферической формы с зажимом, устанавливаемым на армирующие прутки
3.1.3. Конструкция груза цилиндрической формы с двумя тягами и двумя элементами крепления к проводу показана на рис. 5.
Рис. 5. Груз-ограничитель закручивания цилиндрической формы с двумя элементами крепления:
1 — плашка; 2 — тяга; 3 — груз; 4 — палец; 5, 6, 7 — болт, гайка, шайба; 8 — провод
Поскольку статические и динамические механические напряжения в местах крепления к проводу груза с двумя плашечными зажимами, значительно уменьшены, а на участке между зажимами груза вибрация отсутствует, такие грузы-ограничители кручения могут применяться без дополнительных средств защиты от вибрации, т.е. без армирующих прутков.
3.1.4. Посредником разработки и размещения заказов на изготовление грузов-ограничителей закручивания проводов и армирующих прутков может быть ВНИИЭ.
3.2. Снегоотталкивающие кольца
3.2.1. Кольца являются основными элементами защиты проводов от налипания снега. Снег с большим содержанием влаги, налипающей на провод эксцентрично со стороны несущего аэродинамического потока, проскальзывает в нижнюю часть провода вдоль скрутки наружного повива. Кольца, установленные на проводе, препятствуют скольжению налипающего снега вдоль скрутки провода и способствуют его осыпанию (рис. 6).
3.2.2. Кольца изготавливаются из пластмассы с помощью прессования, имеют замок и пружинящий элемент. В исходном состоянии кольца разомкнуты. Пружинящий элемент позволяет перед установкой раскрыть кольцо для того, чтобы надеть его на провод. При закреплении на проводе кольца обжимаются клещами, замок скрепляет устройство в замкнутое кольцо. Рекомендуемые размеры колец: толщина 3 — 5 мм, ширина 6 — 10 мм, причем для проводов большего диаметра должны применяться кольца большей толщины и ширины (рис. 7).
3.2.3. Размещение заказов на разработку и изготовление снегоотталкивающих колец может быть выполнено при посредничестве МО СКТБ ВПО «Союзэлектросетьизоляция».
Рис. 6. Провод с кольцами, препятствующими скольжению снега по спирали наружного повива
Рис. 7. Снегоотталкивающее кольцо:
1 — замок; 2 — пружинящий элемент; 3 — выступ
4.1. Определение линий и участков линий, требующих защиты от налипания мокрого снега
4.1.1. Применения защиты от налипания снега требуют линии и их участки, на которых не реже одного раза в пять лет наблюдаются отложения мокрого снега с толщиной стенки 60 мм и более.
4.1.2. Не требуется защита от налипания снега на участках линий, проходящих по просеке с высотой деревьев лесного массива более высоты подвеса всех проводов на опорах, на территории города с высокой застройкой, а также на участках линий, проходящих по низу горных долин и направленных вдоль них. В указанных случаях провода ВЛ либо экранированы от несущих снег аэродинамических потоков, либо направлены вдоль потоков, вследствие чего образование значительных по размерам эксцентричных отложений снега на проводах маловероятно.
4.2. Выбор параметров и схемы установки грузов-ограничителей закручивания проводов
4.2.1. В целях унификации производства грузов-ограничителей предусматривается применение грузов массой 1, 3, 5 и 7 кг. Количество грузов, устанавливаемых в пролете ВЛ зависит от крутильной жесткости провода, на значение которой существенное влияние оказывают диаметр стального сердечника и провода в целом. Для проводов 29 различных марок, применяемых на ВЛ 10 — 220 кВ, массы грузов-ограничителей закручивания и рекомендуемое для установки в пролетах различной длины количество грузов приведены в табл. 1.
Длина пролета (м) при рекомендуемом количестве грузов в пролете
Сегодня на севере и Пермского края вследствие ухудшения погодных условий сложилась непростая оперативная обстановка. Осадки в виде мокрого снега и дождя вызвали обледенение ЛЭП 6−10 кВ.
Налипание снега на деревья вблизи охранных зон ЛЭП, гололедообразование на проводах создает экстремальные нагрузки, которые могут привести к повреждениям на объектах электросетевого комплекса. В связи со сложившейся ситуацией в филиале «Россети Урал» — «Пермэнерго» введен режим повышенной готовности.
С целью недопущения возможных повреждений ЛЭП и обеспечения надежного и бесперебойного электроснабжения потребителей в производственных отделениях «Березниковские электрические сети» и «Северные электрические сети» филиала «Россети Урал» — «Пермэнерго» оперативно организована работа по освобождению проводов ЛЭП от снега и гололеда.
Необходимые мероприятия проводятся в Березниковском, Соликамском, Красновишерском, городских округах, Александровском, Кудымкарском, Кочевском, Гайнском муниципальных районах. В борьбе со стихией задействовано 18 бригад в составе порядка 100 человек, используется 18 единиц техники.
Налипание мокрого снега на провода – это климатическое явление, проявляющееся при прохождении циклона, происходит оно, как правило, в период межсезонья, а также зимой. В России есть регионы, где интенсивное налипание снега происходит с периодичностью раз в 2-3 года, причем нагрузка на 1 м провода достигает 5-6 кг. При налипании снега происходят различные аварии на ЛЭП, связанные с провисанием, перехлестом и обрывом проводов, а также повреждения опор и металлоконструкций.
В рамках борьбы с этим явлением, разработаны различные меры. К ним относятся профилактический обогрев, плавка снега, применение более прочных элементов для сооружения ЛЭП, а также установка опор в дополнение к уже существующим. Вывозом снега после чистки проводов занимаются специальные компании. Вывоз снега, так же является очень важной задачей. В Японии, где это явление также нередко, и наносит существенный ущерб, широкое распространение получили снегооталкивающие провода. Также разработаны другие меры, основанные на эффекте отталкивания снега в применении к нашим условиям, это использование грузов-ограничителей. А также снегоотталкивающих колец. Применение их оправдано, если налипание снега происходит не реже, чем раз в 5 лет, причем толщина снежной оболочки должна быть не менее 6о мм.
Грузы-ограничители имеют сферическую форму и устанавливаются таким образом, что по отношению к центру кручения провода груз занимает эксцентрическое положение. Монтируется груз при помощи болтовых зажимов непосредственно на провод. Для защиты провода от износа в месте их установки применяются специальные армирующие прутки, которые устанавливаются поверх зажима или непосредственно под ним. Грузы ограничивают закручивание проводов при налипании снега на их поверхность, они также изменяют аэродинамику и форму снегового гребня, не давая ему принять устойчивую цилиндрическую форму. Получившиеся в результате воздействия грузов снеговые образования имеют форму со смещенным центром и легко рассыпаются при возникновении порывов ветра. Количество грузов в пролете и их вес выбирается исходя из специальных таблиц.
Снегооталкивающие кольца устанавливают также непосредственно на провод. Основная их задача – воспрепятствовать соскальзыванию снега вдоль провода вниз и тем самым способствовать осыпанию снежной массы. Кольца изготавливают из пластмассы и при помощи клещей обжимаются на проводе, после чего замок закрывается и кольцо становится сплошным. Количество устанавливаемых колец и интервалы между ними регламентируются таблицами, где содержатся соответствующие сведения.