После начала ударов по энергосистеме Украины периодически возникают вопрос – а можно ли заменить выбывающие объекты (в первую очередь речь идёт о подстанциях). Ведь энергосистема состоит не только, и не сколько, из сверхвысоковольтных сетей 220, 330, 400 и 750 кВ. Наоборот, распределительные сети 35, 110 и 150 кВ куда как многочисленнее. В качестве примера – коридор воздушных линий (ВЛ) 330 и 110 кВ севернее Киева: одна ВЛ 330 кВ и одиннадцать (!) ВЛ (точнее – цепей) 110 кВ. Казалось бы, просто толпой завалят. Давайте разберёмся.
Для понимания разницы в ценности ВЛ различных напряжений необходимо определить разницу в передаваемых ими мощностях, или их пропускной способности. Ранее я обозначил разницу между пропускными способностями ВЛ 110 и 330 кВ примерно как восемь раз. Эта цифра, подозреваю, вызывает сомнение не только у читателей, знакомых со школьной физикой, но и у читателей, видевших ВЛ 330 кВ вживую. Попробую аргументировать.
Самая простая оценка пропускной способности ВЛ основывается как раз на школьной физике. У нас имеется линия электропередачи, выполненная некоторым проводником (как правило, это сталеалюминиевый провод).
Мощность, передаваемая по проводнику, согласно учебнику физики, равна произведению силы тока на напряжение. Учитывая, что сила тока для одинаковых проводников в одинаковых условиях должна быть, соответственно, одинаковой, можно сделать вывод, что разница в передаваемых мощностях будет определяться разницей в номинальных напряжениях. И это верно, вот только проводники на ВЛ разных напряжений отнюдь не одинаковые – это хорошо заметно, например, по коридору ВЛ 110, 330 и 750 кВ западнее электрической подстанции (ПС) 750 кВ Винница-750. Можно заметить, что если на ВЛ 110 кВ висит один провод в фазе, то на ВЛ 330 кВ их уже два, а на ВЛ 750 кВ – вообще четыре (хотя более характерно пять). Дело в том, что на линиях сверхвысокого напряжения вовсю проявляет себя такой эффект, как коронный разряд (коронирование). Практически любой человек с ним сталкивался – в условиях влажной атмосферы (туман, дождь) частенько даже низковольтная ВЛ 0,4 кВ издаёт характерный трест. Сверхвысокольтные линии неплохо «трещат» и в сухую погоду. Если бы дело ограничивалось только треском, то, наверное, как-нибудь пережили, но треск лишь звуковое проявление коронирования, состоящего в стекании с ВЛ заряда, то есть кровно заработанных на электростанции электронов. При этом на сверхвысоковольтных линиях эффект настолько значителен, что становится не только слышимым, но и видимым.
Небольшие потери на линиях низкого и высокого напряжения приходится терпеть, но вот на линиях 330 кВ и выше с ним борются. В качестве средства борьбы как раз и выступает расщепление фаз – с его помощью понижают напряжённость электрического поля на поверхности провода, именно высокая напряжённость и приводит к возникновению коронного разряда.
Хорошо, скажет внимательный читатель, три раза обуславливается разницей напряжения, ещё два (итого шесть) – расщеплением фазы. Почему восемь?
А теперь давайте посмотрим на наши же винницкие ВЛ. Слева – ВЛ 110 кВ 60-х годов на «ушках», а конкретно у дороги стоит анкерная опора типа ЦУ (точную марку по виду не определить, нужно знать размер уголков) с возможностью подвески проводов до АСО300 (то есть с сечением алюминиевой, основной токопроводящей, части примерно 300 квадратных миллиметров). На ВЛ 330 кВ на другой стороне дороги стоит тоже «ушка» - опора типа ЦУ35, и максимальный провод для неё – АСО500. Этот же провод указан и для ВЛ 750 кВ. Как правило, для ВЛ более характерны меньшие сечения (поэтому в следующих типовых сериях максимальным для ВЛ 110 кВ стал провод АС240/32, а для ВЛ 330 кВ – АС400/51), но общее соотношение осталось примерно тем же: на ВЛ 330 кВ провода обычно примерно в полтора раза большего сечения, чем на ВЛ 110 кВ.
Всё вышесказанное касается только характеристик ВЛ по их возможности просто пропускать электрическую мощность (а более точно – электрический ток) без учёта каких-либо дополнительных условий. Это называется расчёт на нагрев. На самом деле при оценке пропускной способности необходимо учитывать ещё много параметров: падение напряжения в линии (до потребителя должна доходить электроэнергия с заданным отклонением напряжения), термическая стойкость (способность ВЛ переносить короткое замыкание), волновые свойства электромагнитных волн (проявляются и такие). На разных номиналах напряжения определяющими будут разные параметры. Так, для низковольтных ВЛ определяющим, как правило, является падение напряжения. Это хорошо заметно по линиям освещения на автомагистралях – трансформаторные подстанции (ТП), питающие эти линии попадаются с периодичностью в несколько километров, а вот питающие уже ТП электрические подстанции – через несколько десятков километров. А вот для ВЛ ультравысокого напряжения рулят уже волновые свойства, которые необходимо учитывать при выборе длины линии. Примерные параметры можно свести в следующую таблицу:
К тому же при оценке возможности резервирования по ВЛ 110 кВ необходимо учитывать, что они же не зря называются распределительными сетями, для них не характерны коридоры с большим количеством цепей, в такие стаи линии сбиваются только в промзонах, в стеснённых условиях или на подходах к подстанциям. Тот же коридор под Киевом, приведённый выше, буквально через километр выглядит куда более тощим. То есть передавать большую мощность на достаточно большое расстояние сеть ВЛ 110 кВ не может в силу недостаточной плотности. Ну и вишенка на торте – вся эта толпа ВЛ идёт на ту же самую подстанцию, что и ВЛ 330 кВ, а конкретно – на ПС 330 кВ Северная. Которая вылетает от удара по общеподстанционному пункту управления (ОПУ) со всеми питающими её линиями, несмотря на их номинал…