Трассы ВЛ 750 кВ пересекают многочисленные ВЛ связи и силовых потребителей, которые в большинстве случаев смонтированы на одностоечных деревянных или железобетонных опорах и имеют предельные пролеты от 60 м и более в зависимости от материала провода, сечения и величины гололедной нагрузки. Общее число таких пересечений на трассе в значительной степени зависит от развития инфраструктуры района, по которому проходит линия электропередачи напряжением 750 кВ.
Условимся именовать участком пересечения часть ВЛ 0,4—35 кВ в пределах охранной зоны ВЛ 750 кВ вдоль оси пересекаемой линии электропередачи. Длина такого участка при пересечении ВЛ под прямым углом составляет 120 м, а при других углах она несколько больше.
Так как опоры пересекаемой линии, ограничивающие пролет пересечения (до переоборудования), расположены произвольно по отношению к проекциям крайних фаз ВЛ 750 кВ на землю, то может получиться, что одна из них или даже обе оказываются под проводами ВЛ 750 кВ или вблизи от проекции крайних фаз на землю.
В настоящее время проектировщики и строители при решении вопроса о допустимости сохранения опор вблизи от пересечения с ВЛ 750 кВ руководствуются тем, что, если вершина опоры при наивысшей температуре воздуха удалена на 12 м и более от ближайшего провода фазы ВЛ 750 кВ, то опора пересекаемой линии может быть сохранена.
Монтер, поднявшийся на вершину такой опоры, в достаточной степени защищен от поражения силовой дугой, однако он оказывается в зоне действия сильного электрического поля, величина которого существенно зависит от высоты опоры и места ее расположения по отношению к фазам ВЛ 750 кВ.
В соответствии с Руководящими указаниями по защите персонала от воздействия электрического поля подъем на оборудование и конструкции, находящиеся в электрическом поле, может быть осуществлен только при напряженности поля на рабочем месте не более 5 кВ/м. В противном случае должны применяться средства защиты в виде экранирующего комплекта одежды, которым персонал распределительных электрических сетей, как правило, не обеспечивается.
В качестве примера фактической величины напряженности электрического поля, имеющей место у вершины опоры, приведем результаты измерений, выполненных ПЭС в охранной зоне ВЛ 750 кВ. У вершины железобетонной опоры высотой 9 м, находящейся непосредственно под крайним проводом, напряженность оказалась равной 32 кВ/м, а на расстоянии 10 м по горизонтали между опорой и крайней фазой — 21 кВ/м.
Согласно теоретическим исследованиям работников МЭИ произведены расчеты электрического поля у вершин опор и предложен метод, с помощью которого можно установить необходимое удаление опор, обеспечивающее напряженность поля на рабочем месте не более 5 кВ/м, когда не требуется применения защитных средств.
Следует отметить, что рассматриваемая проблема полностью решается при замене ВЛ 0,4 — 10 кВ кабелем на участке пересечения. При такой реконструкции на пересекаемой линии появятся две кабельные опоры, удаленные на 40 м и более от проекции крайних фаз ВЛ 750 кВ, и кабельные муфты, требующие квалифицированного обслуживания. Однако некоторые трудности возникают с получением кабеля, поэтому на практике предпочтительнее удалять опоры пересекаемого пролета от ВЛ 750 кВ.
Таким образом, возникает вопрос о том, каким должно быть удаление опор и какой протяженности будет пролет пересечения после его переоборудования. Так как реконструкция пролета исходит из необходимости обеспечения безопасности работы на опорах, в ходе исследования на модели были рассмотрены условия работы человека на вершине опоры, приближенной к фазам ВЛ 750 кВ.
В качестве модели человека был принят проводящий цилиндр высотой 1,8 м и диаметром 0,5 м, удаленный от поверхности опоры на 0,5 м.
При расчетах определились следующие величины:
- У — удаление оси опоры пересекаемой ВЛ от проекции на землю крайней фазы ВЛ 750 кВ, м;
- Ео — напряженность в месте установки будущей опоры, кВ/м;
- Емакс — напряженность у вершины установленной опоры, кВ/м;
- Kу = Eмах/Eo — коэффициент усиления поля, как отношение напряженностей поля в точке, поднятой к вершине опоры до и после ее установки;
- I — ток, стекающий с человека, мкА;
- Кст = I/Емакс — коэффициент стекания тока с человека при его расположении на вершине опоры, находящейся в зоне действия поля пересекающей линии, мкА х м/кВ.
Результаты расчетов для случая приближения к ВЛ 750 кВ с габаритом фаз до земли 18 и опоры высотой 16 м приведены в таблице.
| Удаление оси опоры пересекаемой линии, У, м | Напряженность в месте установки будущей опоры, Ео, кВ/м | Напряженность у вершины установленной опоры, Емакс, кВ/м | Ток, стекающий с человека, I, мкА | Коэффициент усиления поля, Kу | Коэффициент стекания тока с человека, Кст, мкА х м/кВ |
| 25 | 2,54 | 16,9 | - | 6,66 | - |
| 30 | 1,87 | 12,7 | 158 | 6,83 | 12,4 |
| 40 | 1,09 | 7,54 | 93,7 | 6,94 | 12,4 |
| 45 | 0,848 | 5,98 | 73,9 | 7,05 | 12,4 |
| 50 | 0,674 | 4,81 | 59,2 | 7,13 | 12,3 |
Из расчетов следует:
- напряженность электрического поля у вершины опоры усиливается примерно в 7 раз по сравнению с напряженностью поля, существовавшего до установки этой опоры (Kу=7);
- усиление поля у вершины сохраняется примерно постоянным в значительном диапазоне ее удаления от фаз ВЛ 750 кВ;
- на вершине опоры значение стекающего с человека тока хорошо согласуется с током стекания в наземных условиях, если его оценивать по эмпирической формуле, предложенной на Международной конференции по большим электрическим сетям.
Ток, стекающий с человека, I = Kh2E, где h — рост человека, м; Е — напряженность электрического поля на месте работы кВ/м; К — коэффициент соответствующей размерности, равный 4,5.
Аналогичные исследования допустимого приближения к ВЛ 750 кВ опоры высотой 10. м показали, что в этом случае Kу несколько меньше указанного в таблице (Kу = 5 - 6). Используя найденные закономерности, можно предложить метод оценки требуемого удаления от ВЛ 750 кВ опор пролета пересечения, обеспечивающего безопасность работы.
Пример
Линия 750 кВ пересекает ВЛ 10 кВ. На участке пересечения высота фаз ВЛ 750 кВ над землей составляет 20 м. Определить необходимое удаление опор пролета пересечения ВЛ 10 кВ после переустройства, обеспечивающего условия безопасного проведения работ на них без комплекта защитной одежды, т. е. напряженность 5 кВ В/м и меньше. Опоры ВЛ 10 кВ имеют высоту 10 м. Примем установленный опытным путем коэффициент усиления поля для них Ку = 5,2.
Решение
По заданному значению Ку при Емакс = 5 кВ/м имеем Ео = 0,96 кВ/м. Используя характеристики, распределения напряженности поля под ВЛ 750 кВ на уровне 1,8 м от земли, имеем для Hпр = 20м точку с напряженностью в месте установки будущей опоры Ео = 0,96 кВ/м.
Абсцисса точки на кривой соответствует удалению У = 44 м. Из этого следует, что при расстоянии между фазами ВЛ 750 кВ равном 18 м общая протяженность пролета пересечения составит 124 м (18 + 18 + 44 + 44).
Для любой конструкции и высоты опор ВЛ, пересекаемой ВЛ 750 (500) кВ, можно опытным путем определить значение коэффициента Kу, располагая прибором для измерения напряженности поля.
Для этого в полевых условиях измеряется напряженность у вершины опоры и определяется ее удаление от проекции фазы ВЛ 750 (500) кВ. Например, Емакс = 8 кВ/м, У = 29 м, Hоп = 8,5 м.
На втором этапе измеряется напряженность поля у земли в точке, находящейся на том же расстоянии от ВЛ 750 кВ, что и опора в предыдущем случае. Например, Ko =1,4 кВ/м. По полученным результатам определяется Kу = 8/1,4=5,7.
Далее, задаваясь безопасной напряженностью у вершины опоры Ебез = 5 кВ/м, находят напряженность, которую необходимо иметь у земли: Ео = Ебез/Ку = 5/5,7 = 0,88 кВ/м. Следовательно, точка на местности, имеющая указанное значение напряженности, есть место допустимой установки опоры.
Выводы
1. Пролет пересечения ВЛ 0,4 — 35 кВ рекомендуется реконструировать, если опоры, ограничивающие его, находятся в зоне влияния пересекающей ВЛ 750 кВ, а работа на них производится без комплекта защитной экранирующей одежды.
2. Проверка условий безопасности работ персонала с подъемом на опоры подтвердила допустимость их проведения при напряженности электрического поля 5 кВ/м.
3. При невозможности реконструкции пролета пересечения ВЛ 0,4 — 35 кВ, из-за отсутствия кабеля или провода большей прочности, можно сохранить опоры в зоне влияния поля, обеспечивая безопасность работ на них с помощью защитной одежды.