Дослідження електричного поля навколо термокомпенсаторів

Abstract

Важливим аспектом роботи повітряних ліній електропередавання (ЛЕП) є характеристики електричного поля. Будь-яке обладнання чи елементи, які підключаються до проводів ЛЕП, можуть впливати на електричне поле з негативними наслідками для ЛЕП та енергосистеми, зокрема через додаткові зони утворення коронного розряду. Одним із пристроїв, які мають потенціал для поширення в енергосистемах, є компенсатор температурного видовження проводів ЛЕП на основі сплавів з ефектом пам’яті форми — термокомпенсатор (ТК). Використання таких пристроїв автоматично зменшує стрілу провисання проводу ЛЕП при збільшенні його температури. Це дає змогу збільшувати навантаження наявних ЛЕП або при спорудженні нових ЛЕП, не порушуючи обмежень зменшувати висоту опор або збільшувати відстань між ними, що покращує економічні показники ЛЕП. Також через обмеження стріли провисання проводів ЛЕП при підвищених температурах можна досягти підвищення надійності систем електропостачання. Розробкою ТК займались у декількох країнах світу. Дослідження електричного поля проводилось лише для однієї конструкції, найбільш близької до комерційного успіху. У статті досліджується електричне поле навколо ТК простішої української конструкції з патенту SU754541 і його варіантів. У результаті аналізу з використанням методу скінченних елементів за допомогою програми Ansys Electronics Desktop Student 2022 R2 (тип аналізу Maxwell2D Electrostatic) було визначено, що фактором, який найбільше впливає на утворення коронного розряду на елементах ТК є діаметр термочутливих елементів круглого перерізу. При зменшенні їх діаметра збільшувалось значення максимальної напруженості електричного поля. ТК з найбільш вдалим дизайном стосовно корони серед досліджених виявились ТК альтернативної конструкції з термочутливими елементами прямокутного перерізу, а також ТК найпростішої конструкції з термочутливим елементом такого ж діаметра, як діаметр проводу.

An important aspect of an overhead power line’s operation is the characteristics of the electric field. Any equipment or elements that are connected to power line wires can affect the electric field with negative consequences for the power line and the power system, in particular through additional zones of corona discharge formation. Thermal elongation compensators based on shape memory alloys for overhead power line wires (thermal compensators) have the potential to be widely used in power systems. These devices automatically reduce the sag of the power line wire when its temperature increases. This makes it possible to increase the current carrying capacity of existing power lines or, when constructing new power lines, reduce the height of power line towers or increase the distance between them without violating any restrictions. In this way, it is possible to improve the economic performance of power lines. It is also possible to increase the reliability of power supply systems by limiting the excessive sagging of power line wires at high temperatures. Thermal compensators were developed in several countries. The study of the electric field was carried out for only one thermal compensator closest to commercial success. The electric field around the Ukrainian thermal compensator’s design from the SU754541 patent and its variants are analyzed in the article. As a result of the analysis using the finite element method with Ansys Electronics Desktop Student 2022 R2 software (Maxwell2D Electrostatic analysis), it was determined that the factor that affects mostly the corona discharge formation on the elements of the thermal compensators is the diameter of the temperature sensitive elements with a circular crosssection. When their diameter decreases, the value of the maximum electric field intensity increases. The thermal compensators with the most successful designs in relation to the corona discharge among those investigated were the thermal compensator of an alternative design with the temperature sensitive elements of a rectangular cross-section and the thermal compensator of the simplest design with the temperature sensitive element of the same diameter as the diameter of the power line wire.