energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2018-11-3-222-226energsecurity-588Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSУлучшенная аналитическая модель обледенения проводов ЛЭПEnhanced analytical model of power transmission line icingТимофееваМ. В.TimofeevaM. V.

Центр энергетических систем.

Ул. Нобеля, 3, 121205 , Москва

Nobelya str., 3, 121205, Moscow

M.Timofeeva@skoltech.ruСколковский институт науки и технологий (Сколтех)РоссияSkoltech, CESRussian Federation201821102018113222226Copyright © Тимофеева М.В., 20182018Тимофеева М.В.Timofeeva M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/588

Аварии на линиях электропередачи, связанные с обледенением компонентов ЛЭП, в частности, проводов приводят к большим экономическим потерям в России. В связи с отсутствием возможности достоверного прогнозирования и оценки последствий погодных условий, способствующих обледенению проводов ЛЭП, сетевые службы зачастую вынуждены проводить выезды на потенциальные места аварий вслепую. Это приводит к большим материальным и временным потерям, при том, что среднее время восстановительных послеаварийных работ на высоковольтных ЛЭП занимает 5 – 10 дней.

Для эффективного прогнозирования и своевременного предотвращения негативных последствий образования ледяных отложения на проводах ЛЭП разработана аналитическая модель, описывающая рост ледяной муфты на поверхности электрического провода. За основу модели взята широко применяемая аналитическая модель [1], дополненная зависимостью роста ледяной муфты от угла между потоком ветра и проводом и от напряжённости электрического поля провода. Сравнение результатов, полученных с применением разработанной модели и модели [1] показало, что с уменьшением угла между потоком ветра и проводом интенсивность роста ледяных отложений значительно падает. Показано, что напряжённость электрического поля провода слабо меняет траектории движения капель воды.

Приведён вывод о незначительном влиянии напряжённости электрического поля провода на рост ледяной муфты на нём. Указано, что значение толщины стенки ледяных отложений, получаемое по разработанной модели, должно быть увеличено при определённых погодных условиях и конструкционных параметрах ЛЭП. Разработанная модель может быть дополнена другими физическими явлениями, оказывающими влияние на обледенение проводов, и в дальнейшем внедрена в работу энергетических компаний для мониторинга состояния ЛЭП и проведения противогололёдных мероприятий.

Accidents in power transmission lines under icing conditions, in particular, those of cables, cause a great economic damage in Russia. Because of the lack of the possibility to forecast and evaluate reliably the consequences of weather conditions contributing to icing of transmisison line cables, power grid services often have to go to the place of a potential accident relying on guesswork. This leads to considerable losses of time and material resources, while the average recovery time of a damaged high voltage power transmission line is 5–10 days.

For the effective prediction and timely prevention of negative consequences of icing of on power line cables, an analytical model that describes the growth of ice on the surface of the electrical cable has been developed. The model is based on a widely applicable analytical model of [1], supplemented with dependence of the growth of ice sleeve on the angle between the wind direction and the cable, and on the electric field strength of the cable.

The results obtained using the new analytical model and the [1], model have been compared and show that as the angle between the wind direction and the cable decreases, the intensity of the ice growth decreases significantly. At the same time, the strength of the electric field of the cable affects negligibly the trajectory of water droplets.

A conclusion is drawn about insignificance of electrical field strength of the electric cable as a factor of growth of ice deposits. It is stated that the ice thickness value obtained using the developed model can be increased under specific weather conditions and design parameters of transmission lines. The obtained model can be improved by using other physical effects that affect icing of electric cables. Further, the model can be introduced in operation of energy companies to monitor the condition of power transmission lines and to carry out anti-icing activities.

обледенениегололёдная муфталиния электропередачигололёдно-изморозевые образованияэлектрическое полеicingice sleevepower transmission lineice-frost formationselectric fieldReferencesGoodwin E., Mozer J., Di Gioia A., Power B. Predicting ice and snow loads for transmission lines. In the Proceedings of the First IWAIS 1983; 1(1): 267–273.Goodwin E., Mozer J., Di Gioia A., Power B. Predicting ice and snow loads for transmission lines. In the Proceedings of the First IWAIS 1983; 1(1): 267–273. (In Eng.)Институт Энергосетьпроект. Доступный вид: https://aoesp.ru/contacts.Institute Energosetproekt. Available form: https://aoesp.ru/ contacts. (In Russ.)Guides of electrical equipment usage. 7th ed. St. Petersburg DEAN 2008.Guides of electrical equipment usage. 7th ed. St. Petersburg DEAN 2008. (In Russ.)Lozowski E., Stallabrass J., Hearty P. The Icing of an Unheated, Nonrotating Cylinder. Part I: A Simulation Model. Journal of Climate and Applied Meteorology 1983; 22(12): 2053–2062.Lozowski E., Stallabrass J., Hearty P. The Icing of an Unheated, Nonrotating Cylinder. Part I: A Simulation Model. Journal of Climate and Applied Meteorology 1983; 22(12):2053–2062.Ma H., Chen W., Zhang D. Numerical investigation of engine inlet vane hot–air anti–icing system with surface air film. International Journal of Modern Physics: Conference Series 2012; 19: 331–340.Ma H., Chen W., Zhang D. Numerical investigation of engine inlet vane hot–air anti–icing system with surface air film. International Journal of Modern Physics: Conference Series 2012; 19: 331–340. (In Eng.)Lozowski E., Makkonen L. Fifty years of progress in modelling the accumulation of atmospheric ice on power network equipment. Proc. Eleventh International Workshop on Atmospheric Icing on Structures. Montreal 2005.Lozowski E., Makkonen L. Fifty years of progress in modelling the accumulation of atmospheric ice on power network equipment. Proc. Eleventh International Workshop on Atmospheric Icing on Structures. Montreal 2005. (In Eng.)Finstad K., Fikke S., Ervik M. A comprehensive deterministic model for transmission line icing applied to laboratory and field observations. In the Proceedings of the Fourth IWAIS 1988; 6(1): 227–231.Finstad K., Fikke S., Ervik M. A comprehensive deterministic model for transmission line icing applied to laboratory and field observations. In the Proceedings of the Fourth IWAIS 1988; 6(1): 227–231. (In Eng.)Mitten P., Makkonen L., Morris R. Development of an operational ice and wind loading model for transmission lines. Canadian Electrical Association Conference. Montreal 1988; 15: 21–23.Mitten P., Makkonen L., Morris R. Development of an operational ice and wind loading model for transmission lines. Canadian Electrical Association Conference. Montreal 1988; 15: 21–23. (In Eng.)Farzaneh M. Ice accretions on high-voltage conductors and insulators and related phenomena. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 2000; 358(1776): 2971–3005.Farzaneh M. Ice accretions on high-voltage conductors and insulators and related phenomena. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 2000; 358(1776): 2971–3005. (In Eng.)Nikiforov E. Icing related problems, effect of line design and ice mapping. Special Rep. US Army Cold Regions Res. Eng. Lab. Hanover 1982; 82(26): 239–245.Nikiforov E. Icing related problems, effect of line design and ice mapping. Special Rep. US Army Cold Regions Res. Eng. Lab.Hanover 1982; 82(26): 239–245. (In Eng.)Бутиков E., Быков A., Кондратьев A. Физика в примерах и задачах. 4-ое издание. Рипол Классик 2015.Butikov E., Bykov A., Kondrat’ev A. Physics in examples and problems. 4th ed. Ripol Classic 2015. (In Russ.)Дьяков A. Электрические сети сверх- и ультравысокого напряжения ЕЭС России. Теоретические и практические основы. «Энергопрогресс» Корпорации «ЕЭЭК» 2012.Dyakov A. Electric networks of high voltage in Russia. Theoretical and practical basis. Energoprogress Corporation 2012. (In Russ.)Правила устройства электроустановок. Новосибирск. Сибирское университетское издание 2006.Regulations for electrical installation. Novosibirsk. Siberian university edition 2006. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.