ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

УДК 621.31
ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И МЕТОДЫ ИХ
ОБНАРУЖЕНИЯ
© 2023 М.А.Лапина1, Е.Р.Семиколеннова2, М.Е.Токмакова3, П.А.Медведский4
1
доцент, кафедры информационной безопасности автоматизированных систем,
Северо-Кавказский федеральный университет, г. Ставрополь
e-mail: mlapina@ncfu.ru
2
студент кафедры автоматизированных электроэнергетических систем и
электроснабжения, Северо-Кавказский федеральный университет, г. Ставрополь
3
студент кафедры информационной безопасности автоматизированных систем,
Северо-Кавказский федеральный университет, г. Ставрополь
4
аспирант, Московского финансово-юридического университета, г. Москва
В статье представлена классификация повреждений передачи энергии с кратким
описанием, а также методики и подходы к их выявлению. Также понимаются вопросы
безопасности при передаче энергии различными способами. Рассмотрены основные
причины аварий и их последствия.
Ключевые слова: энергия, энергетика, повреждения передачи энергии,
электроэнергетика, обнаружение повреждений; линии электропередач; аварийные
параметры.
CAUSES OF DAMAGE TO POWER TRANSMISSION LINES AND METHODS OF
THEIR DETECTION
© 2023 M.A.Lapina1, E.R.Semikolenova2, M.E.Tokmakova3, P.A.Medvedsky4
1
Associate Professor, Department of Information Security of Automated Systems, North
Caucasus Federal University, Stavropol
e-mail: mlapina@ncfu.ru
2
Student of the Department of Automated Electric Power Systems and Power Supply, North
Caucasus Federal University, Stavropol
3
Student of the Department of Information Security of Automated Systems, North Caucasus
Federal University, Stavropol
4
Postgraduate student, Moscow University of Finance and Law, Moscow
The article presents a classification of energy transmission damages with a brief
description, as well as methods and approaches to their detection. Safety issues are also raised in
the transmission of energy in various ways. The main causes of accidents and their consequences
are considered.
Keywords: energy, power engineering, energy transmission damage, electric power,
damage detection; power lines; emergency parameters.
Работа с передачей энергии является трудной и небезопасной, поэтому требует
выявления определённых правил и закономерностей.
Передача электрической энергии – это передача энергии от мест генерирования к
местам потребления (Рисунок 1). Передача электроэнергии осуществляется при помощи
электрических сетей, в состав которых входят преобразователи и линии
электропередачи, а также распределительные устройства.
Рисунок 1 – Передача электрической энергии
В настоящее время применяются следующие схемы передачи:
• электрический генератор;
• повышающий трансформатор;
• линия электропередачи;
• понижающий трансформатор.
Передача электрической энергии от электрических станций до потребителей
производится по электрическим сетям. Линии электропередачи представляют собой
металлический проводник, по которому проходит электрический ток. В настоящее время
практически глобально используется переменный ток. Конструктивно линии
электропередачи делятся на воздушные и кабельные. Воздушные линии
электропередачи являются дешевле по сравнению с кабельными, также у них лучше
ремонтопригодность (не требуется проводить земляные работы для замены провода,
ничем не затруднён визуальный осмотр состояния линии). Однако, у воздушных линий
электропередач имеется и ряд недостатков, например: широкая полоса отчуждения (в
окрестности линий электропередач запрещено ставить какие-либо сооружения и сажать
деревья); при прохождении линии через лес, деревья по всей ширине полосы обязательно
вырубаются; незащищённость от внешнего воздействия.
Основные причины аварий, приводящих к отключению воздушных линий
напряжением 6-10 кВ:
• обрыв провода;
• механическое повреждение опор и изоляторов;
• физический износ материалов и оборудования;
• замыкание на землю;
• срабатывание предохранителей в трансформаторных подстанциях;
• воздействие природных осадков и факторов;
• срабатывание релейной защиты;
• другие посторонние воздействия.
Рисунок 2 – Статистика повреждения кабельных линий 6-10 и 0,38 кВ
Согласно статистике, наиболее частыми причинами отключения подачи
электричества являются срабатывание систем релейной защиты и автоматики,
негативное воздействие природных явлений: резкие порывы ветра, образование наледи
и снежного покрова на проводах. [2]
На статистике видно, что кабельные линии 6-10 кВ повреждаются механически
чаще, чем кабельные линии 0,38 кВ. Также кабельные линии 6-10 кВ имеют меньшую
долю повреждений из-за старения изоляции и почвенной коррозии.
Места повреждений определяются в оптическом диапазоне с использованием
беспилотных летательных аппаратов. Также отдельным видом диагностики
электрооборудования
являются
исследования
в
инфракрасном
спектре.
Местоположение повреждения исследуемых линий точно устанавливается во время их
осмотра.
В отличии от воздушных линий, кабельные линии проводятся под землёй. Бывают
коллекторные и бесколлекторные кабельные линии. Главным достоинством кабельных
линий электропередачи - отсутствие широкой полосы отчуждения. То есть кабельные
линии не портят своим видом городской пейзаж, они гораздо лучше защищены от
внешнего воздействия. К их недостаткам можно отнести высокую стоимость
строительства и последующей эксплуатации: даже в случае бесколлекторной укладки
сметная стоимость погонного метра кабельной линии в разы выше, чем стоимость
воздушной линии того же класса напряжения.
Типы неисправностей кабелей:
• Неисправности разомкнутой цепи – это разновидность неисправности,
возникающая в результате обрыва проводника или выдергивания проводника из
соединения. В таких случаях ток вообще не будет протекать, поскольку проводник
поврежден.
• Короткое замыкание или перекрестное замыкание. Этот вид неисправности
возникает, когда повреждается изоляция между двумя кабелями или между двумя
многожильными кабелями. В таких случаях ток не будет протекать через основную
жилу, которая подключена к нагрузке, а будет протекать непосредственно от одного
кабеля к другому или от одного многожильного кабеля к другому.
• Неисправности заземления. Такого рода неисправности возникают при
повреждении изоляции кабеля. Ток, протекающий по неисправному кабелю, начинает
течь от сердечника кабеля к земле или защитной оболочке кабеля. В этом случае ток не
будет проходить через нагрузку [3].
Неисправности в кабелях в основном вызваны влажностью бумажной изоляции
кабелей. В результате это может привести к повреждению свинцовой оболочки, которая
защищает кабель. Свинцовая оболочка может быть повреждена многими способами.
Большинство из них – это химическое воздействие почвы на провод при закапывании,
механическое повреждение и кристаллизация свинца в результате вибрации.
Также неисправность может быть связана с разомкнутой цепью в проводниках.
Обрыв одной или нескольких кабельных цепей приводит к разрыву. Этот разрыв также
возникает, когда кабель выходит из своего соединения из-за механического воздействия.
Разомкнутая цепь характеризуется бесконечным сопротивлением. Это используется при
обнаружении неисправностей. Провода на дальнем конце соединены вместе и
заземлены. Затем измеряется сопротивление между каждым проводником и землей с
помощью мегомметра. (Рисунок 3).
Рисунок 3 – Работа с мегаомметром
Неисправность короткого замыкания - когда два или более проводников одного и
того же кабеля соприкасаются друг с другом. Невозможно обнаружить визуально, не
разобрав кабель на части. Неисправность короткого замыкания возникает при
повреждении индивидуальной изоляции кабелей, её также можно обнаружить с
помощью мегаомметра. Короткое замыкание характеризуется нулевым сопротивлением.
Замыканием на земле – когда какой-либо из проводников кабеля соприкасается с
землей. Обычно это происходит, когда внешняя оболочка повреждена из-за химических
реакций с почвой или из-за вибраций и механической кристаллизации. Это немного
похоже на короткое замыкание, так как ток снова проходит по пути с наименьшим
сопротивлением и проходит через землю. Это тоже можно определить с помощью
мегаомметра. Мегомметр подключается между проводником и землей, и его показания
записываются. Это повторяется для всех проводников кабеля.
Таким образом, можно обнаруживать неисправности в подземных кабелях с
помощью мегаомметра [4].
Методы обнаружения повреждений воздушных линий электропередачи:
• локационное зондирование линий электропередачи;
• выделение локационных сигналов среди помех.
На сегодняшний день часть воздушных линий требует модернизации или замены.
Одной из основных причин такого состояния являются недостатки традиционных ВЛ с
неизолированными проводами, которые приводят к высоким эксплуатационным
расходам, требуют необходимости постоянной разработки мероприятий по
предотвращению аварийных отключений и по устранению дефектов, определяемых их
технологией монтажа, изготовления и возрастной структурой сетей.
Библиографический список
1. Акимов В.А., Мишурный А.В. Аварии на системах электроснабжения: определение
индекса приоритета восстановления электроснабжения. Научная статья. – Москва: Издво технологии гражданской безопасности, 2022.
2. Сендерович Г.С., Запорожец А.О., Гриб О., Карпалюк И.Т., Швец С.В., Самойленко
И.А. Экспериментальные исследования способа определения местоположения
повреждения воздушных линий электропередачи в рабочем режиме. Серия книг. – Издво исследования в области систем, принятия решений и управления, 2021.
3. Как определить местонахождение неисправностей в кабелях? Неисправности в
кабелях, типы и причины. URL: https://www.electricaltechnology.org/2015/06/cable-faultshow-to-locate-faults-in-cables.html
4. Давэр К. Неисправности В Подземных Кабелях: Типы И Обнаружение.