автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Разработка и исследование длинно-искровых и мультикамерных разрядников для молниезащиты воздушных линий электропередачи 6-220 кВ

005052377

На правах рукописи

Калакутский Евгений Сергеевич

Разработка и исследование длшшо-нскровых и мультикамерных разрядников для молниезащиты воздушных линий электропередачи 6-220 кВ

05.14.12- Техника высоких напряжений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1В ДПР

Санкт-Петербург - 2013 г.

005052377

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

доктор технических наук, старший научный сотрудник, Подпоркин Георгий Викторович.

Халилов Фирудин Халилович, доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «СПбГПУ»;

Герасимов Юрий Александрович кандидат технических наук, ЗАО «ЭнергоПроект», гл. спец. тех. отдела.

Ведущая организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Петербургский энергетический институт повышения квалификации»

ог"

Защита состоится "¿о " апреля 2013 г. ъ/и часов на заседании диссертационного совета Д 212.229.11 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, г. Санкт- Петербург, Политехническая ул., д. 29, чиЪнмс* корпус, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Автореферат разослан "-¿А- " марта 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.229.11

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

-** У Попов М. Г.

Общая характеристика работы

Актуальность. Качество электроснабжения большинства потребителей напрямую зависит от надежности работы воздушных линий электропередачи (ВЛ). Одной из основных причин большого числа повреждений ВЛ является грозовая активность. Попадания молнии в провода, опоры и тросы ВЛ, а также в рядом стоящие объекты могут приводить к возникновению перенапряжений, достаточных для перекрытия линейной изоляции, а следовательно к дуговым замыканиям и отключениям ВЛ. Годовой ущерб электроэнергетики в России от отключений и повреждений, вызванных опасными погодными факторами составляет около 30 млрд. руб. в год, из них не менее 15 % приходится на грозовые причины.

Поэтому проблема повышения эффективности грозозащиты и сокращения числа отключений потребителей от источников электрической энергии очень актуальна, и ей уделяется повышенное внимание в энергосистемах.

В силу ряда объективных и субъективных причин надежность работы распределительных сетей 6-35 кВ является относительно низкой. К объективным причинам низкой надежности ВЛ 6-35 кВ относится, в частности, весьма низкий уровень импульсной прочности линейной изоляции. Поэтому на линиях традиционной конструкции практически каждый удар молнии в линию или вблизи нее вызывает перекрытие изоляторов.

Для ВЛ 110-220 кВ несмотря на более высокий уровень изоляции грозовые перенапряжения также представляют опасность. Особенно большое число грозовых отключений наблюдается в районах с малой удельной проводимостью грунтов, где невозможно добиться необходимого низкого сопротивления заземляющих устройств. На таких ВЛ тросовая защита оказывается неэффективной.

Увеличить надёжность электроснабжения по ВЛ 6-35 кВ можно путём применения защищенных проводов, по тогда возникает новая проблема- пережог провода при дуговых замыканиях. Грозозащита ВЛ 6-35 кВ и одновременно защита проводов от пережога может быть выполнена с использованием длинно -искровых разрядников (РДИ).

Снизить число отключений на ВЛ более высоких классов напряжения можно также с помощью разрядников, устанавливаемых на линии. Но применение технологии РДИ для ВЛ 110-220 кВ не представляется возможным, так как габариты устройств чрезмерно увеличиваются (увеличивается длина кабеля-основы), а при этом ужесточаются и условия работы изоляции кабеля-основы, увеличивается вероятность ее пробоя.

Цель работы. Основной целью работы явилась разработка новых типов разрядников на классы напряжения 6-220 кВ, основанных как на принципе удлинения импульсного скользящего разряда (РДИ), так и имеющих в основе мульти-электродную (МЭС) или мультикамерную системы (МКС).

Для практического достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

- разработать концепцию разрядника нового, антенного типа (РДИА);

- для создания РДИА на класс 35 кВ провести расчеты и экспериментальные исследования для определения конструкции, выбора необходимого типа провода и способа его подвески;

- для создания нового типа устройств разработать, изготовить и провести лабораторные испытания образцов МЭС, а затем и МКС;

- разработать конструкции разрядников с МЭС и МКС, провести комплекс испытаний: на гашение сопровождающего тока, при воздействии переменного напряжения, импульсных воздействиях, протекании большого импульсного тока;

- провести технико-экономический анализ эффективности применения разработанных устройств.

Научная новизна и практическая ценность. В настоящей работе предложена новая конструкция РДИ на класс напряжения 35 кВ, основным рабочим элементом которого является сам провод ВЛ (защищенный провод ПЗВГ), и использующая новый принцип работы, при котором перекрытие (срабатывание) разрядника происходит до попадания молнии в ВЛ, засчет наведения приближающимся каналом молнии, на установленной на рабочем элементе разрядника антенне, высокого потенциала. А также предложено использовать изоляционные свойства провода ПЗВГ для увеличения общей импульсной прочности изоляции ВЛ. Разработанная система молниезащиты была смонтирована в 2007 г. на ВЛЗ 35 кВ (Респ. Коми).

Разработана и применена система разбиения канала разряда на части промежуточными электродами, что существенно увеличило эффективность серийно выпускаемых РДИ на 6-10 кВ.

Предложены новые конструкции разрядников, использующие принцип разбиения дуги на большое (сотни) число малых дуг электродами, а также с покрытием электродов изоляцией из кремнийорганической резины, с отверстиями напротив межэлектродных промежутков для выхода наружу газоразрядных продуктов, т.е. с образованием миниатюрных дугогасящих камер. Обнаружен эффект гашения «в импульсе», т.е. без протекания сопровождающего тока по разряднику. Разработаны и испытаны новые конструкции разрядников, использующие данный принцип работы, в том числе разработан изолятор-разрядник (ИРМК). Разработанные устройства (разрядник для ВЛ 6-20 кВ- РМК-20 и изолятор-разрядник ИРМК) применяются на действующих ВЛ с 2009 г. В том числе и на ВЛ 220 кВ (с 2011 г., Ростовэнерго).

Разработанные способы молниезащиты воздушных линий с использованием устройств основанных на предложенных новых принципах работы уже при-

меняются на действующих воздушных линиях 6 -220 кВ, как традиционного исполнения, так и с изолированными проводами.

На защиту выносятся: принцип применения изоляции провода в качестве рабочего тела длинно-искрового разрядника, а также способ организации перекрытия (срабатывания) разрядника до непосредственного попадания молнии в ВЛ, засчет установки специального экрана, на котором происходит наведение высокого потенциала при приближении лидера молнии. Принцип использования изоляции провода для повышения импульсной прочности изоляции ВЛЗ 35 кВ. Принцип увеличения дугогасящей способности искровых разрядников засчет разбиения дуги на большое (сотни) число малых отрезков электродами, а также изоляции электродов и мест разряда с образованием миниатюрных газоразрядных камер. Способ молниезащиты ВЛ разрядниками, использующими данный принцип работы. А также результаты экспериментальных исследований, в частности эффект гашения «в импульсе».

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались:

- на 2-ой и 3-ей «Российской конференции по молниезащите», Москва, 2010 г., С.Петербург, 2012 г.;

-на 3-ей и 4-ой научно-практической конференции «ЛЭП-2008», «ЛЭП-2010», Новосибирск, 2008, 2010 г.г.;

-на 5-ом и 6-ом международном симпозиуме «Элтранс-2009», «Элтранс-2011», С.Петербург, 2009, 2011 г.г.;

-на 29-ой международной конференции по молниезащите «1СЬР 2008», Упсала (Швеция), 2008 г.;

-на 10-ой и 11-й конференции по молниезащите «81РБА 2009», «81РБА 2011», Форталенца (Бразилия), 2009, 2011 г.г.; -на международной конференции СЮЯЕ, Цавтат, Хорватия, 2008 г.. По теме диссертации в соавторстве опубликовано 15 печатных работ. Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Диссертационная работа изложена на 197 страницах машинописного текста, включает 108 рисунков, 33 таблицы, четыре приложения на 20 страницах и содержит список литературы из 46 наименований.

Содержание диссертационной работы. Во введении раскрывается актуальность темы исследования, ее практическая ценность и научная новизна, сформулированы основные цели диссертации, описана структура работы.

В первой главе работы поясняются природа и причины молниевых повреждений ВЛ, сделан обзор существующих средств молниезащиты.

В пораженных молнией металлических объектах, в частности в токоведущих элементах электрооборудования, за счет импульсов тока молнии возникают кратковременные, но высокие по амплитуде перенапряжения - до нескольких мегавольт. При этом возможны пробои и перекрытия изоляции даже в сетях высших классов напряжения. Дуга, возникшая в месте повреждения, часто продолжает гореть и после окончания импульса тока молнии, что на ВЛЗ 6-20 кВ в большом числе случаев (порядка 10 %) приводит к пережогам проводов. Поэтому провода ВЛЗ должны защищаться от пережога дугой промышленной частоты, возникающей после молниевого перекрытия изоляции ВЛ.

£ Е

- - ~ -——__

.......В ........, ■

а) б)

Рис. 1 Установление силовой дуги промышленной частоты после перекрыттия: а) на линии с незащищенными проводами; б) на линии с защищенными проводами

ю\

Рис. 2 РДИП-10-1У-УХЛ1 Рис. 3 Защита ВЛ ОПН и тросом

Кроме перенапряжений прямого удара, молния может вызвать на проводах и тросах индуктированные перенапряжения, они значительно меньше перенапряжений прямого удара (не более 300 кВ), и представляют опасность лишь для В Л до 35 кВ. В зависимости от рельефа местности, по которой проходит ВЛ, и от степени её экранированности соседними объектами число индуктированных перенапряжений, представляющих опасность для изоляции ВЛ 6-35 кВ, по сравнению с общим числом молниевых перенапряжений может изменяться в диапазоне от 50% до 100%.

Из представленного в главе обзора видно, что молниезащита ВЛ различных классов напряжения начиная с 6 кВ и продолжая до 220 кВ остается сложной за-

дачей и многие вопросы не решены и по сей день. Для ВЛ 6-20 кВ проблема молниевых отключений и пережогов проводов может быть решена с помощью ОПН или РДИ, но ОПН может быть поврежден при прямом ударе молнии в ВЛ, а на классы напряжения 15-20 кВ нет модификации РДИ.

Для класса 35 кВ и выше, основным способом молниезащиты остается подвешивание молниезащитиого троса. Но эта мера мало эффективна при высоком сопротивлении контуров заземления опор, так как при протекании тока молнии по телу опоры и по заземлителю возникает большое падение напряжения, которое может привести к перекрытию изоляторов фаз. Кроме того, в районах с сильным гололедообразованием отказываются от применения тросов из-за частых их обрывов. Поэтому до последнего времени наиболее эффективной мерой, обеспечивающей грозоупорность ВЛ 6-35 кВ, считалось применение АПВ.

Все чаще на ВЛ 35 кВ и выше применяют ОПН, но для классов напряжения 220 кВ и выше ОПН громоздки и дороги. Уже почти двадцать лет заграницей ведутся разработки изолятора-разрядника. Функции разрядника в таких устройствах также выполняет нелинейный элемент. Однако повреждение ОПН, встроенного в изоляционное тело изолятора может привести к его разрушению, поэтому такие изоляторы-разрядники не нашли широкого применения.

Рис. 4 Эскиз изолятора-разрядника с нелинейными элементами

По результатам обзора сформулированы цели диссертации, это попытка решения еще не решенных задач и создание альтернативных устройств молниезащиты. А именно усовершенствование конструкции уже существующих устройств (РДИ) и разработка их новых видов для ВЛ 35 кВ, а также создание ряда устройств с новым принципом работы.

Вторая глава посвящена длинно-искровым разрядникам (РДИ), пояснен принцип работы РДИ, изложен процесс разработки РДИ антенного типа (РДИА). Основная идея РДИА состоит в том, что благодаря антенне, подключённой к разряднику, происходит его перекрытие ещё до непосредственного контакта лидера молнии с ВЛ. На стадии продвижения лидера молнии от грозового облака к ВЛ на антенне наводится высокий потенциал, под действием которого формируется и развивается скользящий разряд. Скользящий разряд перекрывает РДИ ещё до того, как лидер молнии достигает линии. В данной диссертационной работе рас-

смотрен вариант конструктивного исполнения и проведены расчеты для РДИА, основным элементом которого является провод ВЛ 35 кВ (трехслойный защищенный провод ПЗВГ).

1 - траверса; 2 - изолятор; 3 - лодочка; 4 - прокладка из проводящего полимерного материала; 5 - провод ПЗВГ; 6 - прокусывающий зажим; 7 - антенна в виде тороида; 8 - спиральная вязка

Рис. 6 Иллюстрация молниезащиты ВЛЗ 35 кВ:

а) начало развития каналов разряда с узла крепления антенны;

б) полное перекрытие участка защищенного провода от лодочки до прокусывающего зажима;

в) удар молнии в линию, перекрытие изолятора. 1 - канал молнии; 2 - объёмный заряд; 3 - жила провода; 4 - защитная изоляция; 5 - антенна в виде тороида; 6 - прокусывающий зажим; 7 - канал разряда вдоль поверхности изоляции;

8 - поддерживающий зажим с протектором; 9 - канал перекрытия изолятора; 10 -опора

Подвеска проводов на промежуточной опоре осуществляется таким образом, чтобы не повредить их изоляцию в местах крепления к изолятору. Экран в виде тороида установлен на поверхности провода на расстоянии 0,7 м от узла крепления провода, с другой стороны экрана на расстоянии 0,7 м установлен зажим (6).

определена по формуле: L= 04| , (при 20</<600А).

Следует обратить внимание, что наличие антенны на поверхности защищенного провода обеспечивает перекрытие участка защищенного провода между прокусывающим зажимом и протектором по его поверхности при плавном нарастании напряжения, не опасном для изоляции защищенного провода.

Необходимая общая длина перекрытия (по изолятору и по участку защищенного провода), обеспечивающая погасание дуги сопровождающего тока, была

JJ 70 Г

Таким образом при токе 50 А и наибольшем фазном напряжении ифт = 1,15-35Л/3 =23,3 kB, общая длина перекрытия, обеспечивающая погасание дуги, составляет м.

Для оценки работоспособности системы был произведен расчет наведенного на антенне потенциала. Напряжение, наведённое на антенне, зависит от погонного заряда вдоль приближающегося канала молнии. Погонный заряд может быть

приближённо связан с током молнии соотношением q0 = J—~ х 100 где 1м — ток

V 1,56

молнии, кА; q0- погонный заряд, мкКл/м.

Очевидно, что эффективность работы РДИ антенного типа целесообразно проверить для молний с минимальным значением тока (5 кА) и для удара молнии в провод в середине пролёта. Эти условия соответствуют минимальному наведенному потенциалу.

При расчётах по методу эквивалентных зарядов канал молнии моделировался вертикальным цилиндрическим проводником с длиной 5000 м. При этом погонный заряд составлял 180 мкКл/м, т. е. общий заряд цилиндра, моделирующего канал, составлял 0,9 Кл. Радиус цилиндра, моделирующего канал молнии, опре-

JT„___18010'

2™<>Е<Щ, " 2 • 3.14 • 8.85 • 10"12 ■ 0.8 • 106 ЕСТр -0,8 МВ/м напряжённость электрического поля в стримерной зоне отрицательно заряженного канала молнии.

Головка канала молнии моделировалась также отрезком цилиндра длиной 8 м с радиусом 4 м. Полный заряд головки принимался

<7, = 9<fnr,, =9-180-4 = ШОмкКл.

Заряд грозового облака не учитывался. На расстоянии около 100 м от поверхности земли начинает развиваться заключительная вспышка лидера, поэтому расчёт проведён для скорости продвижения канала молнии vK=3-106 м/с, высота его нижнего конца над поверхностью земли изменялась от 300 м до 20 м. Расчёты показали, что потенциал канала остаётся равным примерно UK~20 MB.

делялся по формуле = = ,, , oog ,„.,2 „0 «4.», где

При продвижении канала молнии к земле увеличивается частичная ёмкость между каналом и антенной Ска. Антенна и её узел крепления на поверхности провода имеют ёмкость на землю Саі. Параллельно Са1 включено сопротивление утечки на землю II.

1к П Я V I_Т

Рис. 7 Эквивалентная электрическая схема расчёта потенциала антенны

Частичные ёмкости между каналом молнии и антенной Ска и между антенной (с учётом электрода и стримеров скользящего разряда) и землёй Саз рассчитаны по методу эквивалентных зарядов. Т.е. для определения частичной емкости "канал - антенна" Ска на цилиндре, моделирующем канал молнии, задается потенциал равный условной единице, при этом частичная емкость Ска равна заряду

элементов эквивалентирующих антенну С„, = . Аналогично для частичной

1,5-12

емкости "антенна-земля ".

Результаты вычисления частичных ёмкостей Ска хорошо аппроксимируются

степенными функциями вида Ст = , где а, п -параметры, Н - высота канала

молнии над землёй, м.

Если за ноль принять момент соприкосновения молнии с опорой ВЛ, а за т принять время, необходимое каналу молнии для прохождения воздушного промежутка до ВЛ, то высоту конца молнии над землёй можно выразить формулой Н « // + 5 = Ь + укт , где V,. - скорость продвижения канала молнии; Б — промежуток между концом стримерной зоны лидера молнии и опорой или проводом ВЛ. И соответственно получаем зависимость частичных ёмкостей «канал - ан-а а

тенна» от времени ~—г«-Для проведения расчетов были рассчи-

а Нп (/) + \\т)

таны коэффициенты аппроксимации «а» и «и» для различных габаритов антенны.

Расчёты наведенного потенциала проведены с использованием программы "МкгоСар" для трёх значений радиусов тороида 11ТОр =25, 30 и 35 см и трёх значений радиусов трубы тороида г=0,5; 1 и 1,5 см. Сопротивление утечки принималось И=1 МОм, а скорость продвижения канала лидера - ук=3 106 м/с.

Высота молнии над землей, м

|-і-:-;-І—і—:-1

23.35 18-35 13.35 8.35 3.35 0 -1.65 .6.65

Время до разряда, мкс

Рис. 8 Зависимости потенциала антенны от времени до окончательного пробоя промежутка между молнией и ВЛ и от высоты молнии над землёй, при радиусе тороида 11ТОр =30 см и различных значениях радиуса его трубы г

Расчеты показали, что уже при высоте молнии 50 м. на антенне наводится потенциал порядка 100 кВ, что достаточно для формирования требуемого канала перекрытия вдоль провода.

Разработанная система молниезащиты проста и не требует больших финансовых затрат, в случае если на ВЛ используется провод ПЗВГ (трехслойный защищенный провод) или аналоги. Данная система молниезащиты вошла в проект по реконструкции нескольких подстанций и строительству новой ВЛ в республике Коми для обеспечения электроснабжение Низевого и Макарьельского месторождений (ОАО «Лукойл»).

Также во второй главе проведена оценка числа отключений и вероятности пережога проводов на ВЛЗ 35 кВ при различных вариантах молниезащиты. Проведенные расчеты показали целесообразность выполнения молниезащиты ВЛ без молниезащитного троса с усилением линейной изоляции за счёт использования изоляционных свойств защищенного провода до уровня ІІ5о%=400 кВ и с установкой одного разрядника на верхнюю фазу.

Монтаж системы молниезащиты был осуществлен в октябре 2007 года. К моменту написания данной работы (2012 г.) В Л с РДИ-А-35 отработала 4 грозовых сезона. За это время молниевых отключений ВЛ не было зафиксировано. Таким образом применение такой системы на действующей ВЛ доказало ее эффективность и перспективность использования на вновь проектируемых и реконструируемых ВЛ.

Третья глава посвящена разработке мультиэлектродной системы (МЭС), ее испытаниям, разработке конструкций разрядников с ее применением. Кроме того, проведенные работы позволили улучшить характеристики серийно выпускаемых изделий для В Л 6 и 10 кВ. А именно, на РДИ стали устанавливаться дополнительные промежуточные электроды. Установка всего 15 таких электродов на рабочее плечо разрядника РДИП-10 увеличило величину сопровождающего тока, который способно погасить устройство с 200 до 600 А. МЭС состоит из гораздо большего числа электродов 50, 100 и более шт., с расстояниями между ними от одного до нескольких мм. Конструктивно разрядник с МЭС представляет собой отрезок кабеля, на который по спирали намотана лента с закрепленными на ней электродами.

При испытаниях образцов с МЭС был выявлен эффект гашения «в импульсе», т.е. гашения за времена порядка 50-100 мкс и без протекания сопровождающего тока.

иг

і

\

100 150 время,МКС

-100 -200 ; -300 І -400 ' -500 -600 -700 -800 -900

100 150 время.мкс

Рис. 9 Зависимости напряжения и тока МЭС ш=200 от времени при «гашении в импульсе»

Разрядник при работе подвергается воздействию как переменного (50 Гц), так и молниевого (-200 кГц) напряжения. Для облегчения перекрытия разрядника по электродам при воздействии молниевого напряжения необходима максимальная неравномерность напряжения между электродами, а для отсутствия перекрытий после прохождения импульса и приложении напряжения промышленной частоты, необходимо максимально выровнить распределение напряжения между электродами. Первая задача выполняется сама собой, засчет имеющихся емкостей между электродами и жилой кабеля, вторая же была решена засчет применения слабо проводящей подложки под электродами (сопротивление между электродами от нескольких сотен до нескольких тысяч Ом). Был произведен расчет распределения напряжения между электродами.

Сопротивление между электродами

Емкость между электродами

Рис. 10 Схемы замещения МЭС:

о.е.

1

0,8 0,6 0,4 0.2

°123456789 10 N

Рис. 11 Распределение напряжения между электродами, при Я=3 кОм

Применение МЭС позволило уменьшить габариты устройств, был создан и испытан ряд прототипов разрядников на 20 и 35 кВ. Разрядник с МЭС для ВЛ 35 кВ (РДИ-35 «петля-шлейф») был выпущен небольшой партией. В 2006 году разработанные разрядники были смонтированы на ВЛ 35 кВ в районе г. Нижневартовска. Таким образом, к моменту написания работы В Л 35 кВ с молниезащитой выполненной на основе разрядников с МЭС отработала 5 грозовых сезонов и от эксплуатирующей организации не было получено никаких нареканий по ее работе.

.и

! і і і ..і...... _Грозовой

.... і 1 Г : : .......і......і............і......і-.......:......;......і......;...... ГЦ

... ......

\ : : ; : ; : :______:______;______: .

-V- 1 1 і : І .......і......і...... і......і...... ......І......і............І......і...... ......

\ . Л......І......і......і......і......

\ .......і......і......і......і......1. . ______

.......І......І......І......•......;......

Рис. 12 Разрядник РДИ-35-1У-УХЛ1-ПШ в момент испытаний

Очевидно, что конструкция разрядников с МЭС для ВЛ 35 кВ громоздка, но полученные наработки и положительные результаты дали толчок к продолжению исследований. Основным направлением которых с 2007 по 2012 г. стало создание МЭС с изоляцией очагов разряда.

Четвертая глава охватывает работы по разработке мультикамерной системы (МКС), ее испытания, разработку новых конструкций разрядников и изоляторов-разрядников на классы напряжения 6-35 кВ. МЭС преобразуется в мультика-мерную систему при покрытии электродов слоем изоляции (кремнийорганиче-ской резиной) с отверстиями напротив межэлектродных промежутков для выхода наружу газоразрядных продуктов.

а) начало развития разряда б) завершение развития разряда

Рис. 13 Мультикамерная система (МКС): 1 - профиль из силиконовой резины; 2 - промежуточные электроды; 3- дугогасящая камера; 4 - канал разряда

мни

/

4

Благодаря тому, что разряды между промежуточными электродами происходят внутри камер, объёмы которых весьма малы, при расширении канала создаётся высокое давление, под действием которого каналы искровых разрядов выдуваются наружу в окружающий разрядник воздух. Вследствие возникающего дутья и удлинения каналы разрядов охлаждаются, суммарное сопротивление всех каналов увеличивается, происходит ограничение импульсного тока молниевого перенапряжения. По окончании импульса молниевого перенапряжения к разряднику остаётся приложенным напряжение промышленной частоты. Однако вследствие большого сопротивления разрядника, и благодаря тому, что канал разбит на множество элементарных каналов между промежуточными электродами, разряд не может самостоятельно существовать и гаснет.

Как показали проведённые исследования, в разрядниках с МЭС и МКС возможны два типа гашения искрового разряда:

- при переходе сопровождающего тока 50 Гц через ноль ( «гашение в нуле»); -при снижении мгновенного значения импульса молниевого перенапряжения до определённого значения большего или равного мгновенному значению напряжения промышленной частоты («гашение в импульсе»).

Основной задачей экспериментальных исследований, была проверка дуто-гасящих характеристик образцов, для чего была выбрана испытательная схема и создана экспериментальная установка.

Сеть ПВН Образец ГИН-ГИТ

Рис. 14 Синтетическая схема испытаний разрядников

В результате экспериментов с образцами, в которых варьировались: расстояние между электродами, габариты и форма камеры, материал, была выбрана оптимальная конструкция МКС.

100

-200 "Е0°

н -ООО ■1100 -1400

0 2 4 6 В 10

время, мс

а) гашение «в импульсе»

ййо

ІООО

с

і ° -1000 -2000

17

Время, мс

б) гашение «в нуле»

Рис. 15 Осциллограммы напряжения и тока на МКС при гашении

На основе МКС разработан ряд устройств. Разрядник РМК-20 (для ВЛ 6-20 кВ) прошел все необходимые испытания и поставлен в серийное производство. К 2012 г. на В Л 6-20 кВ в РФ и зарубежом установлено более 10 тыс. шт. РМК-20. Кроме того, разработаны методика, кронштейн и инструмент для осуществления монтажа данного разрядника под напряжением. В 2010 г. осуществлен монтаж порядка 800 шт. РМК-20 под напряжением (г. Лангепас).

Изолятор-разрядник мультикамерный (ИРМК-Ш20АО) на основе стеклянного тарельчатого изолятора. ИРМК состоит из стеклянного изолятора и наклеенной по периметру ребра МКС. МКС занимает примерно 5/6 ребра изолятора. ИРМК был впервые установлен на ВЛ 35 кВ г. Камышин в 2009 г..

Часть устройств на основе МКС осталась в разряде макетов и опытных образцов. Сама идея МКС оказалась перспективной, обнаруженный еще при испытаниях МЭС и встречающийся еще чаще при испытаниях МКС эффект гашения «в импульсе» показал перспективность выбранного направления исследований и экспериментов.

* ^ ^Г ІГ

Рис. 16 Разрядник РМК-20

Рис. 17 ИРМК на основе изолятора Ш20АО

В пятой главе изложены результаты работы по совершенствованию МКС и изолятора-разрядника мультикамерного (ИРМК) для применения на ВЛ до 220 кВ. Сделанные расчеты вероятного числа отключений для В Л 110 кВ Сова-Сарымская 1,2 позволили выработать типовую схему расстановки защитных аппаратов в зависимости от сопротивлений заземляющих контуров опор, которую можно применять и на других ВЛ. Монтаж ГИРМК на ВЛ Сова-Сарымская 1,2, в соответствии с разработанной поопорной схемой расстановки, планируется осуществить в 2013 году.

Была проделана большая работа по изменению конструкции МКС для ИРМК. В том числе с учетом требований по протекаемому при срабатывании току и заряду молнии. Для проведения испытаний на гашение и пропускную способность, с учетом более жестких требований, была модернизирована испытательная установка. В настоящее время во время испытаний на гашение моделируется импульс молнии с током до 30 кА 8/55 мкс (при напряжении до 300 кВ) и сопровождающий ток до 10 кА. Установка позволяет проводить испытания с пропусканием через образец заряда до 30 Кл. Проведен ряд испытаний ГИРМК-220 кВ в лабораториях РФ и зарубежом (ВЭИ, НИИВА, 26 ЦНИИ, СибНИИЭ, БТИ). Проведена аттестации в системе ФСК ГИРМК-220 кВ. В 2011-2012 г. на В Л 220 кВ ШГЭС-Ц30 (г. Ростов) смонтировано порядка 6 тыс. ИРМК. Доосна-щение всей В Л (140 км) планируется к грозовому сезону 2013 г. На данной В Л смонтирована не имеющая аналогов в РФ система комплексного мониторинга грозовой активности, аварийных случаев и работы защитных аппаратов. ИРМК разработанной конструкции были установлены на ряде других В Л 35 и 110 кВ, на сегодняшний день эксплуатируется порядка 20 тыс. ИРМК.

Несмотря на существенные достоинства, существующая конструкция ИРМК имеет ограничения по применению. Ограничение касается максимального тока к.з. в месте установки ИРМК. Это связано с тем, что гашение сопровождающего тока в большинстве случаев происходит в нуле, т.е. ток протекает по МКС относительно длительное время (до 10 мс), что естественно накладывает ограничение на максимальный ток к.з., который может погасить ИРМК.

Рис. 18 Эскизы ИРМК с размерами и фото при испытаниях

Рис. 19 Фото ГИРМК смонтированных на ВЛ 220 кВ

Шестая глава посвящена технико-экономическому обоснованию применения изоляторов-разрядников на ВЛ. Расчет выполнен на примере ВЛ 110 кВ Сова-Сарымская 1,2. В рамках данного исследования в качестве дохода от использования ГИРМК было принято снижение затрат, связанных с уменьшением количества отключений ВЛ: уменьшение ущерба от перерыва электроснабжения, уменьшение затрат на ликвидации аварий.

Расчеты показали, что срок окупаемости данного проекта составляет 17,5 лет. А внутренний коэффициент экономической эффективности составил 6,9%, что соответствует рыночным показателям.

Основные результаты работы и выводы

1. Разработан длипно-искровой разрядник нового антенного типа, в основе которого сам провод ВЛ (трехслойный защищенный провод ПЗВГ для ВЛ 35 кВ). Произведен расчет наведенного потенциала на антенне при приближении канала молнии. Разработана и испытана «бережная» подвеска провода ПЗВГ, повышающая импульсную прочность изоляции ВЛ. Выполнен монтаж РДИА-35 на ВЛ (2007 г., протяженность 60 км). Разработанный метод молниезащиты прост и дешев при реализации на ВЛЗ-35 кВ.

2. По результатам проведенных исследований на серийно выпускаемых РДИ стали применяться промежуточные электроды, что повысило их дугогася-щую способность (для РДИП-10 сопровождающий ток, при котором происходит

гашение увеличился с 200 до 600 А). РДИ с промежуточными электродами выпущено порядка 0,5 млн. шт..

3. Разработана мультиэлектродная система, при работе которой наблюдается эффект гашения «в импульсе». На основе МЭС разработан ряд устройств для BJI20-35 кВ. Произведена установка разрядников с МЭС на BJI35 кВ (2006 г.).

4. Разработана мультикамерная система и ряд устройств на ее основе. Запущен серийный выпуск разрядника РМК-20 (с 2009 г., на 2012 г. в эксплуатации 10 тыс. шт.). Разработаны методика, кронштейн и оснастка для монтажа РМК-20 под напряжением (осуществлен первый монтаж в 2010 г.).

5.Разработан изолятор-разрядник мультикамерный HPMK-U120AD (в эксплуатации на BJI 35 кВ с 2009 г., на 2012 г. установлено 20 тыс. шт.).

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России:

1. Калакутский, Е.С. Система защиты BJI 35 кВ с защищенными проводами от грозовых перенапряжений и их пережога / Е.С. Калакутский, Г.В. Подпор-кин // Энергетик. - 2006. - № 10. - С. 19 - 23.

2. Грозозащита ВЛ 10-35 кВ и выше с помощью мультикамерных разрядников и изоляторов-разрядников / Е.С. Калакутский, Г.В. Подпоркин, Е.Ю. Енькин [и др.] // Электричество. - 2010. - №10 - С. 11 - 16.

3. Патент на изобретение 2346368 РФ. Разрядник для грозозащиты и линия электропередачи, снабженная таким разрядником / Е.С. Калакутский, Г.В. Подпоркин. - № 2007131216/09 ; заявл. 16.08.2007 ; опубл. 10.02.2009.

4. Патент PCT/RU2009/000006 Международный. Lightning arrester and a power transmission line provided with such an arrester / E.S. Kalakutsky, G.V. Podpor-kin. заявл. 19.01.2009 ; опубл. 22.07.2010 - № WO/2010/082861.

5. Патент на полезную модель 109925 РФ. Разрядник, высоковольтный изолятор с разрядником и высоковольтная линия электропередачи, использующая данный изолятор / Е.С. Калакутский, Е.Ю. Енькин, Г.В. Подпоркин [и др.]. - № 2011119932/07 ; заявл. 19.05.2011 ; опубл. 27.10.2011.

6. Патент на полезную модель 111359 РФ. Разрядник, высоковольтный изолятор с разрядником и высоковольтная линия электропередачи, использующая данный изолятор / Е.С. Калакутский, В.Е. Пильщиков, Г.В. Подпоркин [и др.].-№2011131940/07 ; заявл. 29.07.2011 ; опубл. 10.12.2011.

7. Патент на полезную модель 111719 РФ. Разрядник, высоковольтный изолятор с разрядником и высоковольтная линия электропередачи, использующая данный изолятор / Е.С. Калакутский, В.Е. Пильщиков, Г.В. Подпоркин [и др.].-№2011133520/07; заявл. 10.08.2011 ; опубл. 20.12.2011.

Другие статьи и материалы конференций:

1. Калакутский, Е.С. Разработка разрядников для грозозащиты BJI 20-35 кВ/ Е.С. Калакутский, Г.В. Подпоркин, В.Е. Пильщиков [и др.] // Сборник докладов третьей научно-практической конференции ЛЭП 2008. - Новосибирск, 2008. - С. 165 - 169.

2. Kalakutsky, E.S. Lightning overvoltage and conductor-burn protection system for 35 kV overhead lines with covered conductors / E.S. Kalakutsky, G.V. Pod-porkin // 29lh International Conference of Lightning Protection- ICLP 2008. -Uppsala (Sweden), 2008. - p.6.30.1-7.

3. Kalakutsky, E.S. Lightning protection of electric power overhead distribution lines by long-flashover arresters in Russia /E.S. Kalakutsky, G. V. Podporkin, V.E. Pilshikov [at alias] // CIGRE 2008. - Paris, 2008.

4. Kalakutsky, E.S. Lightning protection of overhead lines rated at 3-35 kV and above with the help of multi-chamber arresters and insulator-arresters / E.S. Kalakutsky, G.V. Podporkin, V.E. Pilshikov [at alias] // X SIPDA 2009. - Curitiba (Brazil), 2009.

5. Калакутский, Е.С. Молниезащита В Л 6-220 кВ мультикамерными разрядниками и изоляторами-разрядниками / Е.С. Калакутский // Сборник докладов четвертой научно-практической конференции ЛЭП 2010. - Новосибирск, 2010.-С. 153 - 158.

6. Kalakutsky, E.S. Lightning protection of overhead lines rated at 3-35 kV and above with the help of multi-chamber arresters and insulator-arresters / E.S. Kalakutsky, G.V. Podporkin, V.E. Pilshikov [at alias] // APEMC 2010. - Beijing, 2010. -p.1247-1250.

7. Kalakutsky, E.S. Development of multi-chamber insulator-arresters for lightning protection of 220 kV overhead transmission lines / E.S. Kalakutsky, G.V. Podporkin, V.E. Pilshikov [at alias] // XI SIPDA 2011. - Fortaleza (Brazil), 2011. -p. 160-165.

8. Kalakutsky, E.S. Overhead lines lightning protection by multi-chamber arresters and insulator-arresters / E.S. Kalakutsky, G.V. Podporkin, V.E. Pilshikov [at alias] // IEEE Transaction on power delivery. - January 2011. - vol.26. - №.1. -p.214-221.

Подписано в печать 14.03.2013. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 10445Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.:(812)550-40-14 Тел./факс: (812) 297-57-76

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

На правах рукописи

У

Евгений Сергеевич Калакутский

Разработка и исследование длинно-искровых и мультикамерных разрядников для молниезащиты воздушных линий электропередачи 6-220 кВ

05.14.12- Техника высоких напряжений

^ Диссертация на соискание ученой степени

ю

кандидата технических наук

ю „ со Я

О -

04 £

т^1 Научный руководитель, Г.В. Подпоркин

О

Д.Т.Н., с.н.с.

Санкт-Петербург - 2013 г.

Оглавление

Оглавление...........................................................................................................2

Сокращения и обозначения................................................................................4

Введение...............................................................................................................5

Глава 1. Молниевые отключения В Л и способы защиты...............................8

1.1 Физические основы процесса................................................................8

1.2 Обзор существующих систем молниезащиты В Л 6-35 кВ..............13

1.3 Обзор существующих систем молниезащиты В Л 110-220 кВ........23

1.4 Выводы по главе 1 и постановка задачи диссертации......................32

Глава 2. Разработка разрядника длинно-искрового антенного типа...........33

2.1 Расчёт вероятного числа отключений и пережогов проводов при различных способах молниезащиты В Л 35 кВ..........................................33

2.2 Принцип работы РДИ антенного типа..................................................39

2.3 Принцип работы РДИА на основе трехслойных защищенных проводов для В Л 35 кВ ПЗВГ......................................................................42

2.4 Реализация молниезащиты ВЛЗ 35 кВ при помощи РДИА................54

2.5 Выводы по главе 2...................................................................................60

Глава 3. Разработка разрядников с мультиэлектродной системой..............62

3.1 Применение промежуточных электродов на РДИ...............................62

3.2 Мультиэлектродная система и ее испытания.......................................63

3.3 Разработка РДИ с МЭС для В Л 20-35 кВ.............................................78

3.4 Выводы по главе 3...................................................................................88

Глава 4. Разработка разрядников с мультикамерной системой...................89

4.1 Разработка мультикамерной системы и ее испытания........................89

4.2 Разработка разрядника мультикамерного РМК-20..............................93

4.3 Разработка разрядников и изоляторов-разрядников с мультикамерной системой для В Л 3-35 кВ............................................................................122

4.4 Выводы по главе 4.................................................................................134

Глава 5. Разработка изоляторов-разрядников с мультикамерной системой 135

5.1 Расчет вероятного числа молниевых отключений для В Л 110 кВ. . 135

2

5.2 Разработка гирлянды изоляторов-разрядников мультикамерных для

BJI 220 кВ и ее испытания..........................................................................141

5.3 Реализация молниезащиты BJ1 220 кВ при помощи гирлянд

изоляторов-разрядников мультикамерных...............................................155

5.4 Выводы по главе 5.................................................................................163

Глава 6. Технико-экономическое обоснование............................................165

Заключение......................................................................................................172

Список использованной литературы.............................................................174

Приложение 1. Расчет наведенного потенциала на антенне тороидального вида...................................................................................................................178

1.1 Расчет частичных емкостей.................................................................178

1.2 Расчет наведенного на антенне потенциала.......................................186

Приложение 2. Поопорная схема расстановки ГИРМК для BJ1 Сова-

Сарымская 1,2..................................................................................................189

Приложение 3. Расчеты к технико-экономическому обоснованию..........191

Приложение 4. Список публикаций результатов работы...........................196

Сокращения и обозначения

ВЛ- воздушная линия электропередачи

ВЛЗ- воздушная линия электропередачи с защищенным проводом

ДТМ- датчик токов молнии

ИРМК- изолятор- разрядник мультикамерный

кВ- киловольт

МКС- мультикамерная система

МР- магнитный регистратор

МЭС- мультиэлектродная система

ОПН- ограничитель перенапряжений нелинейный

ОПН-Л- ограничитель перенапряжений нелинейный для ВЛ

ПВН-переходное восстанавливающееся напряжение

ПЗВГ- марка защищенного провода для В Л 35 кВ производства ОАО «Севкабель»

ПУМ- прямой удар молнии

РДИ- разрядник длинно-искровой

РДИА- разрядник длинно-искровой антенного типа

РДИМ- разрядник длинно-искровой модульного типа

РДИП- разрядник длинно-искровой петлевого типа

РМК- разрядник мультикамерный

СДП- система дистанционной пеленгации

СКМ- система комплексного мониторинга

СМГР- система мониторинга грозовых разрядов

Введение.

Одной из основных причин большого числа повреждений воздушных линий электропередачи является грозовая активность. Попадания молнии в провода, опоры и тросы ВЛ, а также в рядом стоящие объекты могут приводить к возникновению перенапряжений, достаточных для перекрытия линейной изоляции, а следовательно к дуговым замыканиям и отключениям ВЛ. Годовой ущерб электроэнергетики в России от отключений и повреждений, вызванных опасными погодными факторами, составляет около 30 млрд. руб. в год, из них не менее 15 % приходится на грозовые причины

В силу ряда объективных и субъективных причин надежность работы распределительных сетей 6-35 кВ является относительно низкой. Большинство потребителей получает питание через сети 6-35 кВ, имеющие меньшую надежность, чем сети более высоких классов напряжения.

К объективным причинам низкой надежности В Л 6-35 кВ относится, в частности, весьма низкий уровень импульсной прочности линейной изоляции. Поэтому на линиях традиционной конструкции практически каждый удар молнии в линию или вблизи нее вызывает перекрытие изоляторов.

Для В Л 110-220 кВ, несмотря на более высокий уровень изоляции, молниевые перенапряжения также представляют опасность. Особенно большое число молниевых отключений наблюдается в районах с высоким удельным сопротивлением, где невозможно добиться необходимого низкого сопротивления заземляющих устройств. На таких ВЛ тросовая защита оказывается неэффективной.

Увеличить надёжность электроснабжения по В Л 6-35 кВ можно путём применения защищённых проводов, но тогда возникает новая проблема-пережог провода при дуговых замыканиях. Молниезащита В Л 6-35 кВ и одновременно защита проводов от пережога может быть выполнена с использованием длинно - искровых разрядников (РДИ).

Снизить число молниевых отключений на ВЛ более высоких классов напряжения можно также с помощью разрядников (например нелинейных ограничителей перенапряжений или иных устройств), устанавливаемых на линии. Но применение технологии РДИ для В Л 110-220 кВ не представляется возможным, так как габариты устройств чрезмерно увеличиваются (увеличивается длина кабеля-основы), а при этом ужесточаются и условия работы изоляции кабеля-основы, увеличивается вероятность пробоя изоляции.

Данная работа направлена на развитие технологии РДИ для возможности их эффективного применения на В Л 35 кВ с голыми и защищенными (ВЛЗ) проводами, а также на разработку новых видов разрядников на классы напряжения 6-220 кВ. Диссертация отражает работу, проделанную коллективом ОАО «НПО «Стример» за последние 8 лет, начиная от длинно-искровых разрядников и заканчивая разработкой мультикамерных разрядников и изоляторов-разрядников. Таким образом, целью работы явилось повышение эффективности разрядников и разработка их новых видов. Исследования носили, по большей части, экспериментальный характер, и за время работы было испытано несколько сотен образцов. Особую ценность этой работы составляет практическая значимость полученных результатов. Разработанные на всех этапах работы устройства уже эксплуатируются на В Л и ВЛЗ 6, 10, 20, 35, 110 и 220 кВ, причем количество установленных различных видов разрядников составляет от нескольких сотен до десятков тысяч по России и за ее пределами. Разработанные конструкции устройств были запатентованы, а результаты работы были опубликованы в российских и зарубежных периодических изданиях, кроме того, о ходе проводимых работ неоднократно делались доклады на различных российских и международных конференциях.

Структура работы связана с хронологией проводимых работ.

В первой главе работы поясняются природа и причины молниевых повреждений ВЛ, сделан обзор существующих средств молниезащиты.

Глава вторая касается длинно-искровых разрядников (РДИ), и содержит общую методику проводимых испытаний, пояснен принцип работы РДИ, изложен процесс разработки РДИ антенного типа и рассказано о реализации молниезащиты с их помощью на ВЛЗ 35 кВ (респ. Коми, 2007 г.). Также в ней проведена оценка числа отключений и вероятности пережога проводов на ВЛЗ.

Глава третья посвящена разработке мультиэлектродной системы (МЭС), ее испытаниям, разработке конструкций разрядников с применением МЭС. Также рассказано о реализации молниезащиты с помощью разрядников с МЭС на В Л 35 кВ (г. Нижневартовск, 2006 г.).

Глава четвертая охватывает работы по разработке мультикамерной системы (МКС), ее испытаниям, разработке новых конструкций разрядников и изоляторов-разрядников на классы напряжения 6-35 кВ. В главе освящен и опыт применения разработанных устройств на ВЛ 6 кВ (г. Лангепас, 2010 г.) и ВЛ 35 кВ (г. Камышин, 2009 г.).

В пятой главе изложены результаты работы по совершенствованию МКС и изолятора-разрядника мультикамерного (ИРМК), сделан обзор проведенных испытаний гирлянды ИРМК для ВЛ 220 кВ, намечены пути дальнейших исследований в части улучшения дугогасящей способности МКС. В заключении рассказывается об осуществлении проекта молниезащиты В Л 220 кВ (г. Ростов, 2011 г.).

Глава шестая посвящена технико-экономическому обоснованию установки устройств молниезащиты на ВЛ. Расчет произведен для конкретной В Л Сова-Сарымская 1,2, были определены срок окупаемости и экономическая эффективность проекта установки разрядников на ВЛ.

Глава 1. Молниевые отключения ВЛ и способы защиты 1.1 Физические основы процесса

Примерно 30-50% отключений В Л вызваны механическими причинами (падение опор, обрыв проводов под действием ветра и гололеда, вандализм и т.д.) и около 50-70% отключений- электрическими к которым относятся:

-перекрытие изоляции и установление силовой дуги при молниевых перенапряжениях;

-перекрытие изоляции при коммутационных и квазистационарных перенапряжениях;

-перекрытие изоляции при загрязнении и увлажнении при рабочем напряжении;

-пробой изоляторов молниевыми импульсами; -разрушение изоляторов вследствие воздействия силовой дуги; -другие электрические причины.

Повреждение ВЛ приводит не только к большим ущербам от недоот-пуска электроэнергии, но и к значительным затратам энергосистем на эксплуатационные расходы.

Причиной рассматриваемых в работе отключений ВЛ является разряд молнии. В пораженных молнией металлических объектах, в частности в токоведущих элементах электрооборудования, за счет импульсов тока молнии возникают кратковременные, но высокие по амплитуде перенапряжения - до нескольких мегавольт. При этом возможны пробои и перекрытия изоляции даже в сетях высших классов напряжения. Дуга, возникшая в месте повреждения, часто продолжает гореть и после окончания импульса тока молнии - за счет подпитки от имеющихся в сети источников энергии. Это означает, что молниевое перекрытие способно перерасти в устойчивое короткое замыкание в сети, приводящее к отключению ВЛ. А

на линиях с защищенными проводами (ВЛЗ) в большом числе случаев приводить к пережогам проводов и, соответственно, длительному прекращению электроснабжения и необходимости замены провода.

Кроме перенапряжений прямого удара, молния может вызвать на проводах и тросах индуктированные перенапряжения [2]. Индуктированные перенапряжения значительно меньше перенапряжений прямого удара, но и они представляют опасность для В Л до 35 кВ.

Увеличить надёжность электроснабжения по В Л 6-35 кВ можно путём применения защищённых проводов, которые исключают отключение линии при кратковременном схлёстывании проводов под действием ветра и гололёда в пролёте, а также при соприкосновении проводов с ветками деревьев. Это даёт возможность резко сократить расстояние между фазами и ширину просеки. Защищённые провода широко применяются в промыш-ленно развитых странах на ВЛ 6-69 кВ. Для линий 6-20 кВ, в основном, применяются провода с одним слоем изоляции, выполненным из светоста-билизированного сшитого полиэтилена толщиной 2-3 мм. Однако некоторые энергетические компании, например в США, используют и трёхслойные защищённые провода [3]. Первый, прилегающий к проводу слой, выполняется из полупроводящего полиэтилена и служит для снижения напряжённости электрического поля вблизи поверхности витого провода. Второй слой делается из чисто изоляционного сшитого полиэтилена, а третий — из светостабилизированного, трекингостойкого полиэтилена. Электрическая прочность трёхслойных проводов существенно выше, чем однослойных. В настоящее время завод «Севкабель» впервые в России также освоил производство трёхслойных защищённых проводов типа ПЗВГ для ВЛ 35 кВ, а также защищенных проводов для ВЛ 110 кВ.

Защищённые провода должны защищаться от пережога дугой промышленной частоты, возникающей после молниевого перекрытия изоляции В Л [4]. На В Л с защищёнными проводами (ВЛЗ) при молниевом перенапряжении происходит перекрытие изолятора линии, а затем - пробой

защитной оболочки провода. Весьма часто молниевое перекрытие переходит в дугу промышленной частоты, которая горит в месте пробоя оболочки до тех пор, пока линия не будет отключена. В случае больших токов к.з. или длительного горения дуги это приводит к пережогу провода.

Молниезащита В Л 6-10 кВ и одновременно защита проводов от пережога может быть выполнена с использованием длинно - искровых разрядников (РДИ). РДИ применяются на ряде В Л 6-10 кВ ОАО «Ленэнерго» с 1999 г., а также в других энергосистемах. Их преимущества по сравнению с другими средствами молниезащиты подтверждены руководящими документами РАО «ЕЭС России» и ФСК ЕЭС. РДИ рекомендованы ФСК ЕЭС в качестве основного средства защиты от молниевых перенапряжений и пережога проводов В Л 10 кВ с защищенными проводами, защиты ослабленных мест на ВЛ, защиты ВЛ в местах с аномально высокой грозовой активностью, а также для защиты подходов к подстанциям [4,5,6,7].

В зависимости от рельефа местности, по которой проходит ВЛ, и от степени её экранированности соседними объектами, например высокими деревьями, зданиями, ЛЭП более высоких классов напряжения, число индуктированных перенапряжений, представляющих опасность для изоляции В Л 6-35 кВ, по сравнению с общим числом молниевых перенапряжений может изменяться в диапазоне от 50% (в случае прохождения трассы В Л по открытому полю) до 100% ( например, при прохождении В Л в высоком лесу). Максимальное значение индуктированных перенапряжений, как правило, не превышает 300 кВ [2].

Индуктированные перенапряжения на проводах всех трёх фаз примерно одинаковы и воздействуют сразу на обширный участок В Л, включающий в себя несколько опор. Подавляющее большинство отключений В Л 6-10 кВ связаны именно с индуктированными перенапряжениями. Такие перенапряжения приводят к перекрытию одного изолятора, то есть имеет место однофазное замыкание на землю, и вслед за током молниевого перенапряжения по каналу разряда протекает сопровождающий ток. Для

линий с изолированной нейтралью это емкостной ток, в большинстве случаев не превышающий 10-20 А.

При прямом ударе молнии в линию, не защищенную разрядниками, физическая картина процессов, приводящих к отключению линии, в общем, известна и выглядит следующим образом. При ударе молнии в провод ток молнии протекает по проводам линии в обе стороны от места удара. На эквивалентном сопротивлении линии, равном половине волнового сопротивления линии, создаётся весьма большое падение напряжения, которое приложено к ближайшему изолятору фазы. Под действием этого напряжения изолятор перекрывается, и по каналу перекрытия, по телу опоры и далее через сопротивление заземления опоры протекает значительный импульсный ток. Потом на сопротивлении заземления, а также индуктивном сопротивлении опоры образуется большое падение напряжение, что приводит к перекрытию оставшихся двух изоляторов.

При попадании молнии в молниезащитный трос, который применяется для молниезащиты В Л 35 кВ и выше, картина в целом аналогична, то есть при протекании тока молнии по телу опоры и по заземлителю возникает большое падение напряжения, которое может привести к перекрытию изоляторов фаз. Например, при протекании по телу опоры импульсного тока молнии в 30 кА и сопротивлении заземлителя 10 Ом, падение напряжения составит 300 кВ, что достаточно для перекрытия гирлянды изоляторов для класса 35 кВ.

В конечном счете, во всех случаях происходит перекрытие изолятора (см. рис. 1.1,а). С большой вероятностью под действием