Обновлено: 05.07.2024

Степень грозоупсрности линий характеризуется удельным числом отключений , т. е. числом отключений за год линии длиной l=100 км вследствие грозовых перенапряжений при числе грозовых дней в году n=20 или грозовых часов в году n'=30. В приближенных расчетах удельное число отключений определяется с помощью защитного уровня линии . т. е. минимального значения амплитуды тока молнии, вызывающего перекрытие изоляции линии.

Грозозащита линий имеет целью уменьшить число отключений линии. Это достигается:

а) защитой линии от прямых ударов молнии тросовыми молниеотводами с целью уменьшить число перекрытий изоляции;

б) удлинением пути перекрытия путем применения деревянных опор или траверс, что несколько уменьшает число перекрытий изоляции и значительно уменьшает число отключений вследствие снижения вероятности перехода импульсного перекрытия в устойчивую силовую дугу;

в) защитой отдельных точек линии с ослабленной изоляцией (например, металлическая

опора на линии с деревянными опорами) трубчатыми разрядниками, гасящими дугу короткого замыкания и предупреждающими отключения линии;

г) применением АПВ как трехфазного, так и однофазного.

Рекомендуемые способы грозозащиты линий

а) Линии 150 кВ и выше всех типов и линии 110 кВ на металлических и железобетонных опорах защищаются тросовыми молниеотводами по всей длине.

Примечание. Для слабо грозовых районов с числом грозовых часов менее 10 в отдельных случаях допускается сооружение линий электропередачи 110-220 кВ без тросов.

Рис. 40-28. Расположение тросов на опоре.

Рис. 40-29. Удельное число отключений линий 110-150 кВ. Сплошные линии - 1 трос; пунктир - 2 троса; 1 - линии 110 кВ; 2 - линии 150 кВ.

Рис. 40-30. Удельное число отключений линий 220 кВ. 1 - одноцепные опоры с оттяжками; 2 - двухцепные опоры с одним тросом.

Рис. 40-31. Удельное число отключений линий 330 кВ. 1 - одноцепные опоры с оттяжками; 2 - двухцепные опоры с одним тросом.

Расположение тросов на опоре (рис. 40-28) выбирается таким образом, чтобы соблюдалось условие и угол a был по возможности малым (во всяком случае ).

Расстояние между проводами и тросами в середине пролета желательно принимать в соответствии с табл. 40-12 или на основании расчета. Эти расстояния целесообразно выдерживать, когда их соблюдение мало влияет на стоимость опор. При некотором уменьшении расстояний по сравнению с указанными возможны грозовые перекрытия в пролете. Однако опыт эксплуатации показывает, что при этом вероятность образования силовой дуги и отключения линии весьма мала.

Длина пролета, м

Расстояние между проводом и тросом в середине пролета, м

Зависимости удельного числа отключений линий 110-500 кВ на типовых опорах от импульсного сопротивления заземления опор приведены на рис. 40-29 - 40-32.

Рис. 40-32. Удельное число отключений линий 500 кВ. 1- одноцепные опоры с оттяжками; 2 - одноцепные портальные опоры.

б) Линии 110 кВ на деревянных опорах, как правило, тросами не защищаются. Расстояние по дереву между фазами должно быть не менее 4 м.

в) Линии 20-35 кВ на деревянных опорах тросами не защищаются. Расстояние по дереву между фазами должно быть не менее 3 м для линий 35 кВ и 2 м для линий 20 кВ.

г) Для линий 20-35 кВ на металлических опорах, работающих в системе с изолированной нейтралью, основным средством защиты являются применение дугогасящих катушек и надежное заземление опор с импульсным сопротивлением не более 10 Ом.

д) Расстояния по дереву между фазами для линий 3, 6 и 10 кВ не должны быть меньше соответственно 0,5; 0,7 и 1,0 м.

е) Отдельные опоры линий 3-110 кВ с относительно слабой изоляцией (например, металлические опоры на линиях с деревянными опорами) или опоры, перекрытие изоляции которых особенно нежелательно (например, переходные и перестановочные опоры), защищаются трубчатыми разрядниками.

Приближенный расчет удельного числа отключений линий электропередачи

Линии без тросов:

Линии с тросами:

где - средние высоты подвеса тросов или верхнего провода; - вероятность прорыва молнии через тросовую защиту; - вероятности перехода импульсного перекрытия в силовую дугу соответственно при ударе в провод линии без тросов, в опору с тросами и в середину пролета линий с тросами; - вероятности перекрытия изоляции соответственно при ударе в провод линии без тросов, в опору линии с тросами, в пролет линии с тросами и в провод линии с тросами.

Линии на металлических опорах без тросов:

Линии на деревянных опорах без тросов:

где - минимальное импульсное разрядное напряжение междуфазной изоляции (табл. 40-11); - коэффициент связи с учетом короны (определяется при напряжении )

Линии с тросами:

где - минимальное импульсное разрядное напряжение гирлянды изоляторов (табл. 40-11 или рис. 40-25); - импульсное сопротивление заземления опоры; d = 0,15 для линий с двумя тросами; d = 0,30 для линий с одним тросом.

в) Удар в середину пролета. В данном случае вероятность перекрытия изоляции определяется не по току, а по крутизне тока молнии , величина которой находится из формулы

Вероятность крутизны , а следовательно, и определяется по рис. 40-23.

Защита пересечений линий между собой

Защиту пересечений линий электропередачи 110-220 кВ между собой и с линиями низшего напряжения выполняют, исходя из расчетного случая прямого удара молнии в пролет пересечения. Защиту пересечений линий электропередачи 35 кВ и ниже выполняют, исходя из расчетного случая прямого удара молнии в линию вблизи пролета пересечения.

Рис. 40-33. Необходимые для предупреждения перекрытий расстояния между проводами или проводом и тросом пересекающихся линий. а - пересечение линий 110 кВ между собой или с линиями низшего напряжения; б - пересечение линий 150-220 кВ между собой или с линиями низшего напряжения; l - длина пролета пересечения; L - расстояние от места пересечения до ближайшей опоры; d - расстояние между проводами или проводом и тросом пересекающихся линий. Сплошные линии соответствуют импульсному сопротивлению заземления опор 10 Ом, пунктирные - импульсному сопротивлению заземления опор 20 Ом.

Для защиты мест пересечения должны выполняться следующие мероприятия:

а) Металлические опоры, ограничивающие пролет пересечения, независимо от наличия троса должны иметь заземлители с импульсным сопротивлением заземления 10-20 Ом.

б) На деревянных опорах 110 кВ без троса, ограничивающих пролет пересечения, устанавливаются трубчатые разрядники с импульсным сопротивлением заземления 10-20 Ом.

в) На деревянных опорах линий 35 кВ и ниже, ограничивающих пролет пересечения, устанавливаются трубчатые разрядники или защитные промежутки с импульсным сопротивлением заземления 10-20 Ом. На П-образных опорах 20-35 кВ защитные промежутки выполняются в виде заземленных спусков, проложенных по стойкам опоры до уровня траверсы. На одностоечных опорах 10 кВ и ниже, а также на линиях связи защитные промежутки выполняются в виде заземленного спуска, заканчивающегося бандажом на 0,75 м ниже уровня проводов.

г) Необходимые расстояния по вертикали между пересекающимися линиями 150-200 и 110 кВ определяются по рис. 40-33, но во всяком случае должны быть не менее 4 и 3 м соответственно. Для линий 20-35, 10 кВ и ниже допустимые расстояния равны 3 и 2 м соответственно.

Если расстояние от места пересечения до ближайшей опоры не превышает 40 м, то грозозащитные мероприятия устраиваются только на этой опоре.

Не требуется применения мер грозозащиты при расстояниях между проводами пересекающихся линий не менее:

Электрическая подстанция – это электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электроэнергии. Подстанция состоит из трансформаторов, сборных шин и коммутационных аппаратов, а также вспомогательного оборудования: устройств релейной защиты и автоматики, измерительных приборов и защитных аппаратов. Подстанция предназначена для связи генераторов и потребителей с линиями электропередач, а также для связи отдельных частей электрической системы.

Основными аппаратами защиты электрооборудования подстанции от волн перенапряжения, набегающих с линии, являются вентильные разрядники (РВ) (Рисунок 1.1). вентильные разрядники снижают амплитуду набегающих волн до величин безопасной для изоляции электрооборудования. При воздействии на РВ импульса грозового перенапряжения пробивается искровой промежуток и через РВ проходит импульсный ток, который создает падение напряжения на сопротивлении разрядника. Благодаря нелинейности вольтамперной характеристики (ВАХ) материала, из которого выполнено сопротивление РВ падение напряжения мало меняется при существенном изменении импульсного тока. Одной из основных характеристик разрядника является остающееся напряжение разрядника U_ост , т.е. напряжение при определенном токе, который называется током координации. После окончания процесса ограничения перенапряжения через разрядник продолжает проходить ток, определяемый рабочим напряжением промышленной частоты. Этот ток называется сопровождающим током. Сопротивление нелинейного резистора резко возрастает при малых по сравнению с перенапряжениями рабочих напряжениях, сопровождающий ток существенно ограничивается и при переходе тока через нулевое значение дуга в искровом промежутке гаснет. Второй характеристикой РВ является напряжение гашения U_гаш – это наибольшее напряжение промышленной частоты на РВ, при котором надежно обрывается проходящий через него ток.

Рисунок 1.1 Вентильный разрядник: 1 - многократный искровой промежуток; 2 - кожух искровых промежутков; 3 - общий кожух разрядника; 4 - диск общего сопротивления.

Трубчатые разрядники (РТ) (Рисунок 1.2) служат вспомогательным элементом в схемах защиты подстанций. При воздействии на РТ импульса грозового перенапряжения искровые промежутки S₁ и S₂ пробиваются.

Рисунок 1.2 Трубчатый разрядник: 1 - газогенерирующая трубка;

2- стержневой электрод; 3 - кольцевой электрод; S₁ – внешний искровой промежуток;S₂ – внутренний искровой промежуток.

При возникновении грозового перенапряжения оба промежутка S₁ и S₂ пробиваются и импульсный ток отводится в землю. После окончания импульса через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток и, искровой разряд переходит в дуговой. Под действием высокой температуры канала дуги переменного тока в трубке происходит интенсивное выделение газа и давление сильно увеличивается. Газы устремляются к открытому концу трубки, создают продольное дутье, в результате чего дуга гасится при первом же прохождении тока через нулевое значение.

Величина внешнего искрового промежутка выбирается по условиям защиты изоляции и может регулироваться в определенных пределах. Величина внутреннего искрового промежутка устанавливается в соответствии с дугогасящими свойствами разрядника и регулированию не подлежит.

Установленные на подстанции силовые трансформаторы, предназначены для преобразования электрической энергии с одного напряжения на другое.Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При подключении первичной обмотки к источнику переменного тока в витках этой обмотки протекает переменный ток I, который создает в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот магнитный поток сцепляется с обеими обмотками и индуцирует в них ЭДС Е₁ и Е₂ . При подключении нагрузки к выводам вторичной обмотки под действием ЭДС Е₂ в цепи этой обмотки создается ток I₂ , а на выводах этой обмотки устанавливается напряжение U₂ (Рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 Электрическая схема трансформатора:1 - первичная обмотка;

2 – магнитопровод; 3 – вторичная обмотка.

В качестве коммутационных аппаратов на подстанциях используют выключатели и разъединители. Выключатели служат для отключения и включения цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Разъединители предназначены для отключения и включения цепи без тока. Разъединитель для обеспечения безопасности имеет между контактами в отключенном положении изоляционный промежуток.

2. Расчет напряжения на изоляции силового трансформатора при заданной волне перенапряжения

Расчет производим по правилу эквивалентной волны. Данный метод заключается в следующем: пусть в узле xсходятся n линий, по которым в узел х набегают волны перенапряжения U_mx . К узлу х подключено сопротивление нагрузки Z_х . Каждая линия обладает собственным волновым сопротивлением W_m (Рисунок 2.1.).

Рисунок 2.1 Схема с распределенными параметрами.

В соответствии с правилом эквивалентной волны (Рисунок 2.2.) схема с распределенными параметрами приводится к схеме с сосредоточенными параметрами.

Рисунок 2.2 Эквивалентная схема с сосредоточенными параметрами.

Эквивалентное волновое сопротивление W_экв находится параллельным сложением всех волновых сопротивлений линий, сходящихся в узле х:

Падающие волны заменены включением ЭДС , равной сумме преломленных в узле х волн, т.е. , (2)

где - коэффициент преломления в узле х, проходящей по линии m.

Ток через сопротивление z_х будет равен:

тогда напряжение в узле х найдется из уравнения:

При этом в выражении (2) необходимо учитывать запаздывание волн, приходящих в узел х относительно друг друга.

2.1 Расчет напряжений в узловых точках подстанции методом бегущих волн

Метод бегущих волн, включая в себя правило эквивалентной волны, позволяет производить расчет схем содержащих ряд узлов. Для этого определяют по правилу эквивалентной волны суммарное напряжение U_x (t) в каждом из узлов, возникающее вследствии прихода в узел волн U_mx (t) по всем линиям. Далее вычисляют для каждой из линий волну, распространяющуюся от данного узла к соседнему: . Каждая из этих условных отраженных волн U_xm будет для соседнего узла m приходящей волной. Для расчета напряжений в узловых точках подстанции выбрана простейшая схема (Рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 Схема подстанции.

На (Рисунке 2.4) изображена схема замещения подстанции, в которой трансформатор заменен входной емкостью.

Рисунок 2.4 Схема замещения подстанции

Порядок расчета:

· Рассчитываем крутизну волны перенапряжения:

· Выбираем расчетный интервал времени Δt.

Для достижения высокой точности расчета рекомендуется Δt выбирать из условия:

Но в условиях ручного счета обычно снижают требования к точности.

· Определяем вспомогательные параметры M и N:

ν=300 м/мкс – скорость распространения электромагнитной волны.

· Определим параметры линии, которой заменяется емкость трансформатора:

волновое сопротивление линии:

· Заменяем нелинейную вольтамперную характеристику (ВАХ) вентильного разрядника отрезками прямых и находим уравнения этих прямых. Когда срабатывает РВ, то в соответствии с правилом эквивалентной волны схема замещения узла с разрядником будет иметь вид (Рисунок 2.5):

Рисунок 2.5 Эквивалентная схема замещения узла с разрядником.

На основании второго закона Кирхгофа можно записать:

Уравнение (6) является уравнением прямой линии, которая отсекает на оси ординат отрезок 2U_э1 , а на оси абсцисс отрезок . Вентильный разрядник срабатывает когда 2U_э1 =U_пр , следовательно, точку 1 на ВАХ можно найти, если провести линию через точку U_пр на оси ординат и через точку на оси абсцисс (Рисунок 2.6).

Таблица 2.1 Характеристики вентильного разрядника

Параметры РВ
Тип разрядника	Uн , кВ	Uпр.имп , кВ	Uост , кВ при токах
			3 кА	5кА	10кА
РВМГ	110	310	245	265	295

ВАХ РВ строится по трем точкам при токах 3, 5, 10 кА и соответствующим этим токам U_ост (Таблица 2.1). Начальный участок ВАХ (Рисунок 2.6) от 0 до 3 кА строим произвольно. Через точку 2 проводим прямую параллельную прямой, проходящей через точку 1. Эта прямая отсекает на оси ординат значение U_г , которое можно определить из выражения:

где: - координаты точки 2; - эквивалентное сопротивление линии.

Запишем уравнение прямой, проходящей через точки 1 – 2:

Значение Е₁ находится из графика (Рисунок 2.6) или вычисляется по формуле:

где - координаты точки; - координаты точки 2

Сопротивление разрядника Z_{p 1} определяется по формуле:

Решим систему уравнений:

Учитывая, что U_p =U₁ , для узла 1 имеем:

Уравнение прямой, проходящей через точки 2–3 рассчитывается аналогично:

Таким образом, для узла 1, где подключен вентильный разрядник, используются следующие уравнения для нахождения напряжения U₁ :

· Приведем расчет эквивалентных сопротивлений для каждого узла и коэффициентов преломления для каждой линии.

· На основе приведенных формул составляется таблица исходных данных. (Таблица 2.2).

Параметр	,кВ/мкс	∆t,мкс	,мкс
Числовое значение	1600	0,05	0,25
Параметр
Числовое значение	0,199	42,46	0,034	228
Параметр	,кВ	,Ом	,Ом
Числовое значение	1122,15	171,43	300
Параметр
Числовое значение	0,857	1,143	2

· Составим расчетные уравнения для каждого узла.

Пока разрядник не сработал и (19)

где U_m1 – волна напряжения, идущая по m-ной линии к узлу 1; α_m1 – коэффициент преломления для волны U_m1 ; n – число линий,

сходящихся в узле 1.

Запишем уравнение (16) в виде:

где - отраженная от точки 2 волна, пришедшая в узел 1 с запаздыванием на время двойного пробега по участку 1 – 2 , т.е:

Таким образом, до пробоя РВ напряжение в узле 1 определяется по формуле:

Когда разрядник срабатывает:

Определим волну напряжения идущую от узла 1 к узлу 2:

Волна, отраженная от узла 2:

Напряжение U₂ находится графическим методом подкасательной.

· Составляем расчетную таблицу и заполняем ее построчно:

3. Расчет кривой опасных параметров (КОП)

Расчет КОП осуществим с помощью метода бегущих волн на ЭВМ.

С целью повышения точности расчетов напряжений в узловых точках подстанции необходимо изменить исходные данные.

Определяем вспомогательные параметры M и N:

Число шагов расчета: , т.е. . Принимаем

Для расчета КОП подстанции необходимо выбрать четыре значения τ_ф и для каждого значения определить . После предварительных расчетов составляется таблица исходных данных, необходимых для расчета кривой опасных параметров. Для расчета также необходимо знать параметры кривой допустимых импульсов перенапряжений для внутренней изоляции трансформатора (Рисунок 3.1). Данные для построения этой кривой приведены в Таблице 3.1.

Рисунок 3.1 Кривая допустимых импульсных перенапряжений для внутренней изоляции трансформатора.

Расчет производится при помощи компьютерной программы, в которой используются те же уравнения, составленные ранее для каждого узла. Падающая волна представляется дискретными значениями для каждого расчетного шага:

, если (K- N )≤0, (38)

, если (K- N )>0, (39)

где K -порядковый номер расчетного шага.

Уравнение (21) в программе записано в виде:

если (K- M )≤0, то

Напряжение в узле 1 находится по уравнениям (22,23,24):

По уравнению (26) определяется волна напряжения U₁₂ :

Для узла 2 используются уравнения (27,28,29,30):

При расчете напряжения в узле 3 используются уравнения (34,35,36,):

Расчет КОП производится следующим образом. Вводится заданная амплитуда падающей волны (U _п ) и длительность фронта (τ_Ф ), а также все остальные параметры, приведенные в Таблицах 3.2, 3,3:

Введение
1. Атмосферные перенапряжения на ЛЭП и грозозащита ЛЭП
2. Общая характеристика грозопораждаемости линий
3. Теория грозопоражаемости ЛЭП на высоких опорах с тросами
4. Общие принципы защиты ЛЭП
5. Защита ЛЭП : 110 кВ и выше на металлических и
железобетонных опорах., напряжением 35-220 кВ на деревянных
опорах, напряжением 35 кВ на металлических и железобетонных
опорах без тросов, ЛЭП напряжением 6-10 кВ
6. Заземление ЛЭП через искровые промежутки тросов
Заключение
Список использованных источников

Грозовые перенапряжения на линиях электропередачи возникают как
при непосредственных поражениях линии грозовыми разрядами
(перенапряжения прямого удара молнии), так и при разрядах молнии в землю
в окрестности линии (индуктированные перенапряжения). Перенапряжения
прямого удара молнии представляют наибольшую опасность, и грозозащита
линий должна ориентироваться именно на этот вид перенапряжений.
Возможны два принципиально различных метода уменьшения числа
грозовых отключений линии – уменьшение вероятности перекрытия
изоляции и уменьшение вероятности перехода импульсного перекрытия в
силовую дугу. Первый метод реализуется путем подвески тросовых
молниеотводов и надежного их заземления на опорах, благодаря чему резко
снижается вероятность непосредственного поражения молнией проводов
линии и уменьшается напряжение на изоляции. Второй метод осуществляется
путем удлинения пути перекрытия и снижения градиента рабочего
напряжения, например, за счет применения деревянных опор.
Линии напряжением 220 кВ и выше в подавляющем большинстве
случаев сооружаются на металлических или железобетонных опорах и
защищаются тросами по всей длине. Тросы подвешиваются на линейных
изоляторах, что позволяет уменьшить токи однофазного к.з., а также
использовать тросы дополнительно к их основному назначению для релейной
защиты и связи, электроснабжения ремонтных бригад и монтерских пунктов,
плавки гололеда. Изоляторы шунтируются искровыми промежутками,
которые пробиваются уже во время лидерной стадии грозового разряда или
непосредственно после удара молнии; таким образом, тросы переводятся в
режим заземления.
Линии 110 и 150 кВ на металлических и железобетонных опорах также
рекомендуется защищать тросом по всей длине. Однако в ряде электрических
систем имеются одноцепные линии, не защищенные тросами. Такие линии,
естественно, отключаются во время гроз более часто, и их нормальная
эксплуатация возможна только при наличии АПВ. Следует, однако, иметь в
виду, что при большой длине безтросовой линии АПВ будет часто
срабатывать; это приведет к необходимости часто производить ревизии
выключателей, что для эксплуатации крайне нежелательно.
Линии 110 кВ на деревянных опорах никакой дополнительной
грозозащиты не требуют, за исключением подвески тросов на подходах к
подстанциям и установки трубчатых разрядников в начале подхода. Если на
линии с деревянными опорами некоторые опоры выполнены металлическими
или железобетонными (например, угловые или анкерные опоры, опоры,
ограничивающие переход через реки и т. д.), то на этих опорах также должны
устанавливаться трубчатые разрядники. Необходимость этого мероприятия
вызвана тем, что изоляция этих опор имеет электрическую прочность, гораздо
более низкую, чем изоляция деревянных опор, поэтому она будет
перекрываться и приводить к отключению линии даже в тех случаях, когда
изоляция деревянных опор останется неперекрытой. Трубчатые разрядники,
самостоятельно гася дугу, предупреждают отключение линии.
Линии 35 кВ на металлических опорах обычно не защищаются тросами,
поскольку эти линии работают в системе с изолированной нейтралью; такие
линии, как было показано выше, имеют относительно небольшое число
грозовых отключений, возникающих в результате двухфазных и трехфазных
перекрытий.
Линии 35 кВ на деревянных опорах не требуют дополнительных мер
грозозащиты. Благодаря меньшим значениям градиента рабочего напряжения
вдоль пути перекрытия эти линии имеют даже несколько более высокие
показатели, чем линии 110 кВ на деревянных опорах.
Линии 3–10 кВ не требуют особых мероприятий по грозозащите, за
исключением установки трубчатых разрядников в местах с ослабленной
изоляцией и на подходах к подстанциям. Эти линии выполняются на
железобетонных и деревянных опорах. Последние обладают более высокой
грозоупорностыо за счет использования изоляции дерева. Хотя импульсная
электрическая прочность изоляции таких линий сравнительно невысока,
однако вероятность перехода импульсных перекрытий в силовую дугу не
превышает 0,1. Для защиты опор линий 3–10 кВ, в частности деревянных, от
повреждений (расщеплений) при грозовых перекрытиях изоляции
применяются защитные металлические спуски, бандажи и скобы.
1. АТМОСФЕРНЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ НА ЛЭП И

Таблица 2.1–Доли разрядов молнии в различные элементы ВЛ
Точка Место разряда
молнии

Грозозащитного
троса нет

Грозозащитный
трос есть
1 Фазный Провод 0,5 0,005
2
Опора или
грозозащитный трос
вблизи от опоры

3
Грозозащитный трос
в средней части
пролёта

ОПОРАХ С ТРОСАМИ

В качестве основных средств грозозащиты ВЛ используются:
1) подвеска заземлённых тросов
2) снижение сопротивления заземления опор
3) повышение импульсной прочности линейной изоляции
4) защита отдельных опор и участков с ослабленной изоляцией
5) ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН)
Резервным средством повышения надёжности и бесперебойности
работы ВЛ является автоматическое повторное включение (АПВ), в
особенности быстродействующее (БАПВ) и однофазное (ОАПВ).
Коэффициент успешности АПВ при грозовых отключениях, по данным опыта
эксплуатации, для ВЛ 110 ÷ 500 кВ составляет в среднем 0,6 ÷ 0,8, а для ВЛ
750 и 1150 кВ – 0,8 ÷ 0,9. АПВ позволяет частично компенсировать низкую
грозоупорность ВЛ при трудностях устройства хороших заземлений и т.п.
Однако применение АПВ не должно исключать использование основных
средств грозозащиты, так как КЗ снижают ресурс оборудования ПС.
Изучение процесса ориентировки молнии требует больших затрат
времени и средств. Нужны многие годы наблюдений за большим числом
зданий или за тысячей километров линий, чтобы накопить представительную
статистику. Трудности возрастают многократно, когда из статистики
наблюдений требуется извлечь сведения о надежности защиты [15].
Существует большое количество теорий связанных с притяжением
молнии к различным объектам. Молния, как правило, притягивается к самому
высокому объекту. Однако неизвестно, в какую часть сложной конструкции
попадёт молния, существует множество условий, которые необходимо
учитывать при расчёте ориентировки молнии. При попадании молнии в
воздушную линию необходимо знать, какая часть попадет в опору (трос), а
какая в фазный провод, для дальнейшего расчета грозозащиты подстанции.
Обычно в расчетах грозозащиты воздушных линий предварительно
рассчитывают общее число ударов, которое определяется средней высотой и
шириной ВЛ. Если линия оборудована грозозащитными тросами, то в
качестве средней высоты принимается средняя высота подвеса тросов, при их
отсутствии используется средняя высота подвеса верхней фазы.
Соответствующие выражения в различных источниках существенно
отличаются, хотя все они основаны на принципе определения некоторой
площади, с которой разряды "стягиваются" на ВЛ, и задания соотношения
между числом грозовых часов и удельной плотностью разрядов в землю. В
качестве основного варианта рассмотрим формулы, предлагаемые в РД [2].
Далее разделение между тросом - опорами и фазными проводами
определяется через углы тросовой защиты. При отсутствии грозозащитных
тросов в РД предлагается общее число разрядов в ВЛ делить поровну между
опорами и фазными проводами, т. е. в соотношении 50 % / 50 %.
Более проработанным в этом смысле является электрогеометрический
или эквидистантный метод [15], в котором моделируется возможность
ориентации молнии в опоры или в фазные провода в зависимости от
соотношения их размеров, высоты в первую очередь. Рассмотрим основные
способы расчёта, такие как расчет по ЭГМ, расчёт по РД и ТВН.
Принцип эквидистантности, старый, но вполне конкретный по
постановке подход. Положим, что на ровной земной поверхности размещен
малый по площади объект высоты h. Пусть канал молнии смещен
относительно него по горизонтали на расстояние r, а головка канала
находится на высоте H0 (рис.3.1).
Рис. 3.1– К оценке эквивалентного радиуса стягивания молний к

Чтобы предсказать, попадет ли молния в объект или ударит в землю,
примем во внимание результаты измерения пробивных напряжений длинных
воздушных промежутков с резко неоднородным электрическим полем. Они
показывают, что чем длиннее промежуток, тем выше напряжение, требуемое
в среднем для его пробоя, и тем больше время формирования разряда. Это
значит, что первоочередной шанс быть пробитым в случае одновременной
подачи напряжения на несколько промежутков имеет самый короткий.
Теперь учтем, что расстояние от головки молнии до объекта [(H 0 −h) 2 +r 2 ] 1/2
короче расстояния до поверхности земли H 0 при

r ≤ Rэкв− h∙(2 H 0 / h −1) 1/2 . (3.1)
Расстояние Rэкв называют эквивалентным радиусом стягивания для
объекта высотой h. Оно показывает, с какого участка поверхности земли
стягиваются к объекту молнии, опустившиеся до высоты H 0 . В случае
сосредоточенного объекта малых поперечных размеров это будет круг
площадью Sэкв≈π∙R 2 экв, для протяженного длиной L>> h и шириной b>> h
–полоса площадью Sэкв≈2 Rэкв ∙L.
Среднее число ударов молнии в год оценивается по Sэкв как

Nм=n м ∙Sэкв, (3.2)
где n м –годовая плотность разрядов молнии в землю в месте размещения
объекта. Глобальные или региональные карты интенсивности грозовой
деятельности строятся по данным метеонаблюдений. Данные о n м , как
правило, приводятся на 1 км 2 за грозовой сезон. Чаще на картах указывается
число грозовых дней или часов и даются эмпирические формулы для связи
этого параметра с n м [15]. Из статистических данных выражение Rэкв=3 h дает
для усредненной высоты ориентировки лидера нисходящей молнии H 0 =5 h.

4. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ЗАЩИТЫ ЛЭП

Выбор противогрозовой защиты определяется интенсивностью
грозовой деятельности. В районах, где число грозовых дней в году меньше 5,
нет надобности в специальной защите от грозовых перенапряжений. В
районах, где число грозовых дней больше 5, применяется противогрозовая
защита.
На линиях с металлическими и железобетонными опорами, как
правило, используется тросовая защита, которая на 5–7 % удорожает линию.
На линиях с деревянными опорами применение тросовой защиты не выгодно,
так как стоимость линии возрастает на 20–30 %. Между тем, линии на
деревянных опорах без троса обладают удовлетворительными
грозозащитными характеристиками, а стоимость их на 25–40 % ниже
стоимости линии на металлических опорах. В сетях напряжением 3–35 кВ
нейтраль изолирована или заземлена через дугогасящую катушку, поэтому
однофазные перекрытия не приводят к возникновению устойчивой силовой
дуги. На линиях до 35 кВ можно не применять тросовую защиту, при этом
сопротивление заземления опор должно быть низким с тем, чтобы не
произошло перекрытие с опоры на другие фазы и отключение линии.
ЛЭП на 110 кВ и выше на металлических и железобетонных опорах в
грозовых районах защищаются тросами по всей длине. На участках линии,
прилегающих к особо гололедным районам, возможен отказ от тросовой
защиты с установкой на опорах молниеотводов высотой 20–25 м, так как
возможны обрывы или провисания тросов от гололедных нагрузок, а также
схлестывание проводов с тросами при сбросе гололеда. Обрыв троса
приводит к устойчивому короткому замыканию и полному отключению
линии, что совершенно неприемлемо для магистральных линий.
Сопротивление заземления опор линий стремятся довести до 10 Ом. В
грунтах с удельным объемным сопротивлением более 104 Ом·м при
невозможности выполнения эффективных глубинных заземлителей
прокладывают непрерывные протяженные заземлители, идущие от опоры к
опоре.
Линии на 35–220 кВ на деревянных опорах тросами не защищаются,
исключения составляют подходы к подстанции. В отдельных случаях для
питания особо ответственных потребителей в сильно грозовых районах
возможно применение тросовой защиты по всей длине ЛЭП 110–220 кВ.
Волна перенапряжения, возникающая при прямом ударе молнии в
провод линии, распространяется по обе стороны от места удара. Вследствие
высокого уровня изоляции амплитуда волны остается значительной даже на
больших расстояниях от места поражения. Если на линии имеются места с
пониженной против общего уровня изоляцией (например, отдельные
металлические опоры, концевые опоры участков с тросом, пересечение
линий), то в этих местах будут происходить перекрытия под действием как
ближних, так и дальних грозовых разрядов. В этих местах для защиты ставят
трубчатые разрядники. Грозовые перекрытия на ЛЭП с деревянными
опорами, как правило, сопровождаются расщеплением древесины.
5. ЗАЩИТА ЛЭП : 110 КВ И ВЫШЕ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ОПОРАХ, НАПРЯЖЕНИЕМ 35-220 КВ НА
ДЕРЕВЯННЫХ ОПОРАХ, НАПРЯЖЕНИЕМ 35 КВ НА
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
ОПОРАХ БЕЗ ТРОСОВ, ЛЭП НАПРЯЖЕНИЕМ 6-10 КВ

ЛЭП 110 кВ и выше выполняются на металлических и железобетонных
опорах и работают в системах с глухо заземленной нейтралью. Их изоляция
по экономическим соображениям имеет низкий уровень грозовой упорности
(порядка 20 - 40 кА). Поэтому в грозовых районах страны такие ЛЭП
оснащаются тросом по всей длине.
В ПУЭ [1] записано: “ЛЭП 110–500 кВ с металлическими и
железобетонными опорами должны быть защищены от прямых ударов
молнии тросами по всей длине.”

5.1–Воздушная ЛЭП
Одноцепные и двухцепные ЛЭП на башенных опорах более
экономичны, чем линии на П-образных опорах. Однако первые ЛЭП
обладают меньшим защитным уровнем, т.к. имеют большую высоту и
больший защитный угол α = 28 - 30 0, поэтому возрастает вероятность
прорыва молнии сквозь тросовую защиту по сравнению с ЛЭП на П-образных
опорах, где уложены два троса и меньший угол защиты α = 25 - 20 0. В тоже
время на первых ЛЭП увеличивается индуктивность троса в пролете и
уменьшается коэффициент связи между тросом и проводом, поэтому можно
ожидать высокую вероятность обратного перекрытия с опоры на провод при
ПУМ в трос или вблизи опоры. Правила устройства электроустановок ПУЭ
нормирует сопротивление заземлителя опор Rз в зависимости от удельного
сопротивления грунта. Под тросами на заземлителе опор рекомендуется Rз <
10 Ом.
На линиях с грозовой деятельностью менее 20 ч. или гололедных
районах трос укладывается только на подходах Lп ЛЭП к
распредустройствам и выполняется грозозащита трубчатыми разрядниками
изоляции концевых опор от волн перенапряжений, набегающих с линии без
троса.
Дадим технико-экономическую оценку целесообразности применения
грозозащитных тросов на воздушных линиях электропередачи,
обеспечивающих их защиту от прямых ударов молнии, т.е. сокращающих
число поражений фазных проводов молнией. При этом следует принять во
внимание требуемые капитальные затраты на сооружение грозозащиты, а
именно: стоимость грозозащитного троса, подвешиваемого по всей длине
линии, необходимость его замены после 35 лет эксплуатации, т.е. до
истечения срока службы линии, равного 50 годам; стоимость тросостоек или
опор большей высоты, стоимость изоляторов или искровых промежутков для
подвески тросов, поддерживающих и натяжных зажимов, ушек, узлов
крепления изоляторов к опорам (серьги, скобы), виброгасителей и, при
необходимости, стоимость устройств плавки гололеда на тросах. В составе
эксплуатационных затрат следует учесть расходы на техническое
обслуживание, плановые и вероятные аварийные ремонты, а также стоимость
потерянной в тросах электроэнергии и увеличение продолжительности
отключения линии на проведение плавки гололеда на тросах.
Наличие тросов на линиях приводит к снижению числа их аварийных
отключений от воздействия грозовых перенапряжений и тяжести последствий
указанных отключений.
Как было показано выше, на воздушных линиях электропередачи
напряжением 220. 330 кВ до 10. 15% ава?

Устройства грозозащиты воздушных линий и трансформаторных подстанций

Атмосферные перенапряжения возникают от удара молнии в элементы распределительных электрических сетей или от индукции при разрядах на землю вблизи ВЛ. Эти перенапряжения отличаются большими кратностями (тысячи киловольт) и имеют форму апериодического импульса длительностью несколько десятков микросекунд. Для унификации разрядных характеристик изоляции в нашей стране стандартизована испытательная волна длиной 40 мкс фронтом волны 1,5 мкс (рис. 1).

Рис. 1. Стандартное импульсное испытательное напряжение

Величины перенапряжений зависят главным образом от параметров молнии. Основными параметрами молнии являются амплитуда тока, ее крутизна, длина волны тока и длина ее фронта, форма и полярность этой волны, волновое сопротивление канала молнии.

Амплитуда тока молний колеблется от сотен ампер до нескольких сотен килоампер. Вероятность ударов молний в хорошо заземленные объекты обратно пропорциональна значению тока, например, токи величиной 140 кА составляют 0,4 % всех разрядов, токи 40 кА — 20 %, а вероятность токов меньше 10 кА — больше 60 %.

Форма волны тока имеет вид импульса с крутым фронтом в большинстве с отрицательной полярностью. Ток молнии, протекая по своему каналу как по своеобразному проводнику, обладает волновым сопротивлением около 200 — 400 Ом.

Во время удара молнии в электрическую сеть возникают электромагнитные волны и распространяются вдоль линий электропередачи со скоростью близкой скорости света.

В электрических сетях наблюдаются два вида перенапряжений от воздействия молний:

• от прямого удара молний в элемент электрической сети;
• индуктированные при ударе молнии в землю или другие предметы вблизи линии.

Непосредственно в линию попадают все удары молнии с полосы шириной шестикратной средней высоты подвески верхнего провода. Эти перенапряжения являются наиболее опасными.

Индуктированные перенапряжения в редких случаях (один-два случая в год на 100 км линии) достигают 300 — 400 кВ, перенапряжения в 100 — 150 кВ случаются раз в год на ВЛ длиной 100 км. На ВЛ с деревянными опорами индуктированные перенапряжения не вызывают отключения линии, но они могут привести к перекрытию изоляции оборудования. На линиях 6 и 20 кВ с железобетонными опорами они вызывают отключения.

Грозоупорность ВЛ

Грозоупорность воздушных линий характеризует способность линейной изоляции противостоять атмосферным перенапряжениям и зависит от ее конструкции, уровня изоляции проводов и интенсивности грозовой деятельности.

Интенсивность грозовой деятельности оценивается по числу грозовых часов (дней) в году. Для средней полосы страны число грозовых дней составляет 20 — 30. В течение одного грозового дня на 1 км земной поверхности в среднем происходит 0,1 — 0,15 разрядов молний.

Возможность перекрытия изоляции определяется сопоставлением вольт-секундной характеристики волны перенапряжения и соответствующей характеристики изоляции.

Импульсное перекрытие изоляции может привести к образованию электрической дуги с последующим отключением линии. Для оценки грозоупорности ВЛ и эффективности устройств грозозащиты применяются две основные характеристики: уровень грозоупорности или защитный уровень ВЛ и удельное число грозовых отключений.

Уровнем грозоупорности называется наименьший ток молний в килоамперах, который вызывает перекрытие изоляции при прямом ударе в линию.

Удельным числом отключений называется число отключений ВЛ, вызванных действием грозовых рязрядов, приходящихся на каждые 100 км ВЛ в год.

Оба параметра в основном зависят от конструктивных размеров ВЛ, т. е. от расстояния между проводами разных фаз и высоты подвески проводов, от типа изоляторов и их числа в гирлянде, от изоляционных свойств опор.

Воздушные линии на деревянных опорах имеют комбинированную изоляцию (изоляторы и дерево), поэтому импульсная прочность линейной изоляции значительно выше, чем на ВЛ с железобетонными опорами. Из опытов напряжение перекрытия дерева составляет 200 — 300 кВ/м.

Защита подстанций от прямых ударов молнии и грозовых волн, набегающих с ВЛ

Опасные грозовые перенапряжения в распределительных устройствах (РУ) подстанций возникают при непосредственном поражении их молнией и при набегании на подстанцию грозовых волн с ВЛ.

Такие волны возникают в результате непосредственного поражения проводов молнией и обратных перекрытий изоляции с опоры, оказавшейся под высоким потенциалом при грозовом ударе в ее вершину или трос.

Опасными являются удары молнии на участке ВЛ вблизи подстанций. Эти участки называются опасной зоной (подходом).

В РУ 6 — 10 кВ могут возникать опасные перенапряжения от индуктированных зарядов на проводах при ударах молнии в землю или другие объекты вблизи ВЛ или подстанций.

Защита открытых распределительных устройств (ОРУ) от прямых ударов молнии выполняется при помощи стержневых молниеотводов.

Расположение молниеотводов на подстанциях и их заземление должны обеспечить защиту от поражений молнией токоведущих частей РУ и ограничить опасность повышения напряжения на заземленных частях электротехнического оборудования.

Заземляющие устройства подстанций должны надежно защитить электрическое оборудование от обратных перекрытий изоляции при ударах молнии в молниеотводы и в заземленные конструкции подстанций.

Стержневые молниеотводы устанавливаются на конструкциях ОРУ или выполняются отдельно с обособленными заземлителями. При установке молниеотводов на конструкциях в ОРУ 35 — 110 кВ может значительно возрастать напряжение на заземляющем контуре и заземленных частях оборудования.

В ОРУ 35 — 110 кВ для снижения вероятности обратных перекрытий увеличивается число магистралей заземляющего контура, отходящих от основной стойки с молниеотводом. Вблизи стойки устанавливаются дополнительные вертикальные электроды. Гирлянды изоляторов на порталах 35 кВ с установленными на них молниеотводами выполняются на класс напряжения 110 кВ.

Выбор мероприятий для защиты оборудования РУ от набегающих с ВЛ волн атмосферных перенапряжений определяется параметрами защищаемого оборудования, схемой электрических соединений подстанции и конструкцией присоединенных к ней ВЛ.

Наиболее совершенным средством грозозащиты оборудования подстанций являются вентильные разрядники. В сочетании со средствами грозозащиты, установленными на подходе подстанции, вентильные разрядники позволяют ограничивать перенапряжения на подстанции до допустимых для оборудования значений.

Выбор числа, типа, а также размещение разрядников производятся с учетом схемы коммутации подстанции, уровня изоляции защищаемого оборудования, числа присоединенных к шинам подстанции линий и длины защищенных подходов к подстанции.

Повышение надежности грозозащиты подхода к подстанции достигается:

• путем подвески тросов на подходах, не защищенных тросом по всей длине;
• уменьшением их защитных углов;
• снижением сопротивлений заземления опор и применения конструкций опор с повышенной грозоупорностыо;
• установкой разрядников или искровых промежутков в начале подхода на ВЛ с деревянными опорами.

Рекомендуемые схемы грозозащиты подстанций 35 — 500 кВ от набегающих волн с ВЛ приведена на рис. 2, а, б.

Рис. 2. Схема защиты подстанции 35 — 500 кВ от грозовых перенапряжений: а — ВЛ, защищенная тросом по всей длине; б — ВЛ на деревянных опорах, не защищенная тросом по всей длине

Для реализации схемы грозозащиты необходимо установить разрядники в РУ и защищать тросами подходы в пределах опасной зоны.

На ВЛ с деревянными опорами без тросов для снижения амплитуды волны рекомендуется устанавливать в начале подхода к подстанции разрядники. Они одновременно защищают от перекрытия на землю опору подхода, изоляция которой ослаблена заземляющими спусками от тросов.

Для подстанции регламентируется максимально допустимое расстояние от разрядника до защищаемого оборудования и длина защищаемого подхода ВЛ.

Для подстанций 35 и 110 кВ, подключаемых короткими ответвлениями к действующим ВЛ на деревянных опорах без тросов, допускается применение упрощенной схемы грозозащиты с укороченным защищенным подходом. В этом случае вентильные разрядники устанавливаются в непосредственной близости к трансформатору (на расстоянии не более 10 м).

Упрощенная защита может применяться для подстанций с трансформаторами мощностью до 40 MB-А. При длине ответвления от магистральной линии электропередачи менее 150 м защищается тросом ответвление и по одному пролету магистральной линии по обе стороны от него.

Для уменьшения тока через вентильный разрядник на подходе ВЛ к подстанции по ходу грозовой волны должны быть установлены два комплекта трубчатых разрядников (рис. 3, а). При длине ответвления 150 — 500 м трос подвешивается только на ответвлении и устанавливаются три комплекта трубчатых разрядников (рис. 3, б). При длине ответвления более 500 м трос подвешивается только на ответвлении и защита подстанции осуществляется по рекомендуемым схемам (рис. 2).

Рис. 3. Схема защиты подстанции на ответвлениях от грозовых перенапряжений: а — длина ответвления менее 150 м; б — то же 150 — 500 м.

Рис. 4. Схема грозозащиты РУ 3 — 20 кВ

Если ВЛ защищена тросом по всей длине, установка разрядников на разомкнутом конце линии и отходящих от нее ответвлений не требуется.

Если разомкнутый конец линии, не имеющий защиты тросом по всей длине, может длительно находится под напряжением, то для защиты изоляции разомкнутого выключателя или разъединителя устанавливается трубчатый разрядник на расстоянии не более 60 м.

В упрощенных схемах грозозащиты подстанции установка трубчатого разрядника на конце длительно отключенного ответвления не требуется при его длине до 250 м. В этом случае защита обеспечивается трубчатыми разрядниками РТ1 и РТ2 (рис. 3).

В районах, имеющих не более 40 грозовых часов в год, длина защищенного подхода к подстанции 35 кВ с двумя трансформаторами общей мощностью до 2000 кВ-А и одним трансформатором мощностью до 1600 кВ-А может быть сокращена до 0,5 км. При этом расстояние между разрядниками и трансформатором не должно превышать 10 м.

Амплитуда волны, набегающая на подстанцию с ВЛ на деревянных опорах, ограничивается трубчатым разрядником РП, устанавливаемым на расстоянии 200 — 300 м от ввода в подстанцию.

Сопротивление заземления трубчатого разрядника не должно превышать 10 Ом. На ВЛ с металлическими или железобетонными опорами установка разрядника РТ1 не требуется, так как низкий уровень линейной изоляции таких линий исключает опасность прихода на подстанцию волн с большой амплитудой. Применение тросов для защиты подходов линий электропередачи 6 — 20 кВ неэффективно.

Если ВЛ 6 — 20 кВ соединена с подстанцией кабельной перемычкой, для защиты кабельной воронки в месте перехода воздушной линии в кабель устанавливается трубчатый или вентильный разрядник. Заземляющие зажимы разрядника должны быть кротчайшим путем присоединения к броне оболочки кабеля.

Трубчатый разрядник, установленный перед кабельной воронкой, обеспечивает защиту отключенного выключателя и кабельной воронки со стороны выключателя при длине кабеля до 50 м. При установке на линейном конце кабеля вентильного разрядника типа РВП изоляция разомкнутого конца будет защищена при любой длине кабеля.

При подходах ВЛ 6 — 20 кВ к подстанциям без кабельных перемычек защита разомкнутого выключателя или разъединителя осуществляется в соответствии с рекомендациями данными ранее.

Для РУ 6 — 10 кВ, имеющих кабельную связь между шинами и трансформатором расстояние между вентильными разрядниками на шинах и трансформатором не ограничивается. В случае воздушной связи между шинами РУ 6 — 10 кВ и трансформатором расстояние между разрядником и трансформатором не должно превышать 90 м при ВЛ на металлических и железобетонных опорах и 60 м при ВЛ на деревянных опорах.

Защита открытых и закрытых подстанций 6 — 10/0,4 кВ, а также РУ 6 — 10 кВ подстанции 35 кВ с трансформаторами мощностью до 560 кВ-А осуществляется комплектом вентильных разрядников, установленных на сборке у трансформатора или на выходе ВЛ 6 — 10 кВ.

Для защиты переключательных пунктов устанавливаются вентильные разрядники: один комплект на каждую питающую линию. Заземлители разрядников следует присоединять к общему заземляющему устройству переключательного пункта.

Читайте также:

  
• Деятельность астраханских краеведов в xix веке реферат
  
• Национально этнические культуры реферат
  
• Реферат деятельность педагогов казахстана
  
• Лфк при травме локтевого сустава реферат
  
• Денис тен реферат қазақша