К вопросу грозоупорности воздушных линий электропередачи

Page 1
background image

Page 2
background image

82

в

о

з

д

у

ш

н

ы

е

 л

и

н

и

и

воздушные линии

К вопросу 
грозоупорности 
воздушных линий 
электропередачи

Статья

 

посвящена

 

рассмотрению

 

вопросов

 

грозоупорности

 

воз

-

душных

 

линий

 

электропередачи

Затронуты

 

вопросы

 

устойчи

-

вости

 

повреждений

 

на

 

воздушных

 

линиях

 

электропередачи

 

при

 

атмосферных

 

перенапряжениях

влияние

 

аварийных

 

отключе

-

ний

 

с

 

успешным

 

автоматическим

 

повторным

 

включением

 

на

 

работу

 

электроприемников

 

потребителей

Рассмотрен

 

вопрос

 

влияния

 

индуктивности

 

опоры

 

на

 

возникновение

 

перенапря

-

жений

Затронут

 

вопрос

 

наличия

 

особых

 

условий

 

в

 

Западной

 

Сиби

 

ри

 

в

 

плане

 

возникновения

 

атмосферных

 

перенапряжений

 

на

 

воздушных

 

линиях

 

электропередачи

Описаны

 

выполнен

-

ные

 

эксперименты

 

по

 

выявлению

 

влияния

 

плохих

 

контактов

 

между

 

заземляющими

 

спусками

 

заземляющих

 

устройств

и

 

телом

 

опоры

 

на

 

уровень

 

грозоупорности

 

воздушных

линий

 

электропередачи

.

Буткевич

 

В

.

Ф

.,

заместитель 

главного инженера 

по эксплуатации 

филиала АО «Россети 

Тюмень» Сургутские 

электрические сети

Идиятуллин

 

И

.

Г

.,

первый заместитель 

директора — главный 

инженер филиала 

АО «Россети 

Тюмень» Сургутские 

электрические сети

Уразалиев

 

И

.

Б

.,

начальник Службы 

изоляции и защиты 

от перенапряжений 

филиала АО «Россети 

Тюмень» Сургутские 

электрические сети

О

сновной  задачей  деятельности  сетевых 

организаций  является  обеспечение  на-

дежного электроснабжения потребителей, 

которое зависит и от надежной работы воз-

душных линий электропередачи.

Грозовые  перенапряжения  на  высоковольтных 

воздушных линиях электропередачи возникают в ре-

зультате прямого удара молнии в опору, грозозащит-

ный  трос,  фазный  провод  или  при  близких  ударах 

молнии  в  результате  индуцирования  на  элементах 

воздушных  линий  напряжения.  При  этом  изоляция 

воздушных  линий  электропередачи  испытывает  пе-

ренапряжения,  которые  часто  приводят  к  ее  пере-

крытию  и,  как  следствие,  аварийному  отключению 

воздушных линий электропередачи. 

Учитывая  конструктивные  особенности  воздуш-

ных  линий  электропередачи,  полностью  исключить 

возможность нарушений изоляции в результате пере-

напряжений, которые приводят к аварийным отклю-

чениям, нельзя. До 80% таких нарушений являются 

самоустраняющимися. С учетом этого были разрабо-

таны  и  многие  годы  применяются  схемы  автомати-

ческого повторного включения линий (однократного, 

двукратного,  трехкратного  действия),  позволяющие 

повторно включать линию после самоустранения на-

рушения изоляции (далее — АПВ). 

С ростом кратности АПВ вероятность успешного 

включения  воздушной  линии  значительно  снижает-

ся, поэтому на практике для повторного включения 

воздушной  линии,  как  правило,  реализуется  АПВ 

однократного действия. 

В  соответствии  с  требованиями  п.  1.2.19  Пра-

вил  устройства  электроустановок  [1]  определено, 


Page 3
background image

83

что  перерыв  электроснабжения  электроприемни-

ков  на  время  действия  АПВ  не  должен  приводить 

к  нарушению  работы  электроприемников  и  техно-

логических процессов, в том числе, электроприем-

ников первой категории. В случае недопустимости 

перерывов  электроснабжения  электроприемников 

на  время  действия  автоматики  они  должны  отно-

ситься к особой группе электроприемников первой 

категории с  реализацией ряда мероприятий, обес-

печивающих  необходимую  надежность  электро-

снабжения [1]. 

В  филиале  АО  «Россети  Тюмень»  Сургутские 

электрические сети в 70–90% случаев, в зависимо-

сти от грозовой активности, причиной отключений 

воздушных  линий  являются  атмосферные  пере-

напряжения,  из  которых  порядка  93%  происходят 

с  успешным  АПВ.  При  расследовании  случаев  от-

ключений с успешным АПВ время перерывов элек-

троснабжения потребителей не учитывается, также 

не учитывается это время при расчете индикатив-

ных  показателей  оказываемых  услуг.  Фактически 

имеет  место  сброс  нагрузки  при  отключении  воз-

душных  линий  с  успешным  АПВ  и  последующий 

набор  ее  в  течение  определенного  времени.  Это 

можно отнести к упущенной выгоде. Решение этой 

проблемы в значительной степени состоит в реше-

нии  вопросов  повышения  устойчивости  нагрузки 

потребителями. 

Самым  опасным  представляется  прямой  удар 

молнии  в  фазный  провод.  Волна  перенапряжения 

уходит в разные стороны от места удара, происходит 

перекрытие изоляции фазного провода, что в свою 

очередь ведет к возникновению короткого замыкания 

и отключению линии. Прорыв молнии через грозоза-

щитный трос является достаточно редким событием. 

В случае разрядов молнии в заземленные части воз-

душной  линии  (опора,  грозозащитный  трос),  даже 

при  весьма  малых  значениях  сопротивления  рас-

теканию тока контура заземления опоры, вероятны 

перекрытия изоляции (рисунок 1). При таких ударах 

молнии по опоре в землю стекает импульсный ток, 

создающий  падение  напряжения  на  сопротивлении 

растеканию  тока  заземляющего  устройства  опоры 

и  на  индуктивном  сопротивлении  опоры.  Высокое 

напряжение между опорой и фазным проводом при-

водит к перекрытию изоляции с траверсы на фазный 

провод, то есть к «обратному» перекрытию. Вслед-

ствие  падения  напряжения  на  индуктивном  сопро-

тивлении  опоры  даже  нормативное  значение  со-

противления  растеканию  тока  контура  заземления 

опоры (менее 30 Ом) не может полностью гаранти-

ровать отсутствие «обратных» перекрытий изоляции 

воздушной линии при ударах молнии в грозозащит-

ный трос или опору. При любых значениях сопротив-

ления  растеканию  тока  контуров  заземления  опор 

ток молнии стекает в землю не только через зазем-

ляющее устройство ближайшей опоры, но и по тросу 

направляется  в  заземляющие  устройства  соседних 

(смежных)  опор.  Распределение  токов  зависит  от 

параметров конкретной цепи. Наблюдалось на прак-

тике  одновременное  перекрытие  изоляции  на  пяти 

смежных опорах воздушной линии 110 кВ.

Для повышения грозоупорности воздушных линий 

существует ряд способов. Один из которых — это при-

ведение сопротивления растеканию тока контуров за-

земления опор к регламентированному значению. 

В соответствии с требованиями нормативно-тех-

нических документов (ПУЭ п. 2.5.116) для воздушных 

линий 110–330 кВ, построенных без грозозащитно-

го троса, число грозовых отключений линии, опре-

деленное  расчетом,  с  учетом  опыта  эксплуатации 

не должно превышать трех в год [1]. Для ВЛ с гро-

зозащитным тросом в нормативно-технических до-

кументах  не  указывается  допустимое  предельное 

число грозовых отключений. Попытки привести тех-

ническое состояние воздушных линий к состоянию, 

исключающему аварийные отключения по причине 

атмосферных перенапряжений, могут быть нереа-

лизуемы или экономически нецелесообразны. 

Применение  линейных  ограничителей  перена-

пряжения  является  эффективным,  достаточно  за-

тратным  способом  повышения  грозоупорности  воз-

душных  линий.  При  этом  применение  линейных 

ограничителей перенапряжения не позволяет полно-

стью исключить перекрытия линейной изоляции. 

В Западной Сибири возможны особые условия, 

которые требуют изучения в плане возникновения 

атмосферных  перенапряжений  на  воздушных  ли-

ниях  и,  соответственно,  разработки  решений  по 

повышению  грозоупорности.  В  условиях  Западно-

Сибирской равнины, вероятно, существует возмож-

ность накопления облаками значительно больших 

электрических  зарядов  по  сравнению  с  другими 

регионами.  Это  может  приводить  к  возникнове-

нию  значительно  больших  величин  токов  молнии 

и большей крутизне грозовых импульсов, что долж-

но  учитываться  при  расчетах  с  учетом  частотных 

составляющих  грозового  импульса.  При  большей 

крутизне  грозового  импульса,  по  сравнению  со 

стандартным,  при  расчетах  последствий  воздей-

Рис

. 1. 

Вероятные

 

места

 

ударов

 

молнии

 

в

 

воздушную

 

линию

Грозотрос

Опора

Фазный

провод

 5 (62) 2020


Page 4
background image

84

земляющими  спусками  (рисунок  2),  грозотросом 

и опорой в высоковольтной лаборатории филиала 

АО  «Россети  Тюмень»  Сургутские  электрические 

сети был проведен ряд экспериментов. Проведены 

измерения сопротивления между металлическими 

пластинами, имитирующими элементы опоры, по-

крытыми коррозией, при разных напряжениях. Ре-

зультаты измерений приведены в таблице 1.

По результатам измерений можно сделать вывод, 

что оксидный слой, создающий значительное сопро-

тивление  между  пластинами,  пробивается  уже  при 

напряжении 

U

 свыше 1 кВ. Для имитации значитель-

но большего сопротивле ния между телом опоры и за-

земляющим  спуском  и  между  пластинами  был  про-

ложен  лист  бумаги  и  измерено  сопротивление  при 

напряжении  2,5  кВ.  Значение  сопротивления  равня-

лось 18 ГОм. 

ствий  грозового  импульса,  возможно,  необходимо 

учитывать  спектр  значительно  более  высоких  ча-

стот. В этом случае, вероятно, необходимо учиты-

вать индуктивные параметры опоры. Так, для опор 

решетчатого типа погонная индуктивность состав-

ляет 0,5–1 мкГн/м. При таких значениях полная ин-

дуктивность опоры 110 кВ решетчатого типа может 

составлять до 31 мкГн. Индуктивное сопротивление 

опоры можно рассчитывать по формуле:
 

x

L

 = 2 



f L

(1)

При расчетной частоте 2 МГц индуктивное сопро-

тивление 

X

L

 опоры равно 389 Ом. Результаты расчета 

для общепринятых параметров воздействующих гро-

зовых  импульсов  подтверждают  существенное  вли-

яние  параметров  опоры  на  процесс  возникновения 

перенапряжения.  Величина  падения  напряжения  на 

индуктивном сопротивлении опоры и сопротивлении 

растеканию тока контура заземления опоры не должна 

превышать электрическую прочность гирлянд изоля-

ции воздушной линии. Даже при токе молнии, равном 

20 кА, падение напряжения на индуктивном сопротив-

лении опоры будет составлять примерно 7810 кВ. При 

этом  импульсная  прочность  (пятидесятипроцентное 

импульсное разрядное напряжение) гирлянды линей-

ных стеклянных изоляторов составляет 1068,7 кВ [2]. 

Для токов молнии, возникающих в условиях Западной 

Сибири, возможны другие частотные и амплитудные 

значения, которые приведут к значительно большим 

чем 7810 кВ значениям напряжения между телом опо-

ры и нулевым потенциалом земли, фазным проводом 

с переменным потенциалом.

Для  оценки  возможности  повышения  грозо-

упорности воздушной линии путем улучшения ме-

таллических  контактов  между  телом  опоры  и  за-

Рис

. 2. 

Контактные

 

соединения

 

между

 

телом

 

опоры

 

и

 

заземляющими

 

спусками

свайным

 

заземлителем

Табл. 1. Результаты измерений сопротивления между 

металлическими пластинами, имити рующими элемен-

ты опоры, покрытыми коррозией

№ пп

U

, В

R

, МОм

1

50

7000

2

100

4000

3

200

2000

4

300

800

5

550

330

6

1000

0,55

7

2500

0

8*

2500

18000

* — между пластинами проложен лист бумаги

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ


Page 5
background image

85

Моделирование выполнялось для двух вариантов 

нарушения контактов заземляющего устройства с те-

лом опоры. 

На рисунке 3а представлен вариант плохого кон-

такта  между  заземляющим  устройством  и  телом 

опоры.

Рис

. 5. 

Плохой

 

контакт

 

между

 

заземляющим

 

устройством

 

и

 

телом

 

опоры

Рис

. 3. 

Схема

 

моделирования

 

плохого

 

контакта

 

между

а

заземляющим

 

устройством

 

и

 

телом

 

опоры

б

одним

 

лучом

 

заземляющего

 

устройства

 

и

 

телом

 

опоры

 

при

 

хорошем

 

контакте

 

второго

 

луча

 

с

 

телом

 

опоры

R

к

R

зу

R

к

а)

б)

Рис

. 4. 

Принципиальная

 

электрическая

 

схема

 

моде

-

лирования

 

плохого

 

контакта

 

между

а

заземляющим

 

устройством

 

и

 

телом

 

опоры

б

одним

 

лучом

 

заземляю

-

щего

 

устройства

 

и

 

телом

 

опоры

 

при

 

хорошем

 

контак

-

те

 

второго

 

луча

 

с

 

телом

 

опоры

ИП

R

к

ГУВ

R

зу

ИП

R

к

ГУВ

а)

б)

С  помощью  генератора  ударных  волн  (ГУВ),  со-

стоящего из генератора высокого напряжения и им-

пульсных  конденсаторов  (тип  SWG  1750-C,  Герма-

ния), была собрана электрическая схема (рисунок 4), 

имитирующая  воздействие  высокого  импульсного 

напряжения на модель плохих контактов 

R

к

 (две пла-

стины, покрытые коррозией, и две пластины, покры-

тые коррозией с проложенным между ними листом 

бумаги).

Генератором  ударных  волн  на  контакты  подава-

лось импульсное напряжение через искровой проме-

жуток (ИП), образованный двумя полусферическими 

электродами,  от  расстояния  между  которыми  зави-

села величина подаваемого напряжения (рисунок 5). 

Расстояние  между  полусферическими  электродами 

искрового  промежутка  было  выставлено  в  разме-

ре 7 мм. Искровой промежуток пробивался при на-

 5 (62) 2020


Page 6
background image

86

пряжении  на  генераторе  высо-

ковольтных  импульсов  равным 

8  кВ.  К  моделям  контактов  при-

кладывалось  импульсное  напря-

жение,  равное  8  кВ.  Последова-

тельно  с  контактами,  в  качестве 

индикатора, была включена лам-

па накаливания. При подаче им-

пульсного напряжения на модель 

контактов происходил пробой ок-

сидной  пленки  пластин  и  проло-

женной между ними бумаги. Лам-

па накаливания разрушалась. 

В  результате  моделирования 

мы  получили  подтверждение, 

что  при  высоком  сопротивлении 

между  контактными  пластинами 

происходит  пробой  (рисунок  6) 

изоляционного промежутка между 

этими  пластинами  (с  проложен-

ным бумажным листом и без него) 

при  импульсных  напряжениях 

значительно  ниже  напряжения, 

возникающего между опорой и за-

земляющим устройством при уда-

рах молнии.

На  рисунке  3б  представлен 

вариант  плохого  контакта  меж-

ду  одним  лучом  заземляющего 

устройства  и  телом  опоры  при 

хорошем  контакте  второго  луча 

с телом опоры.

Сопротивление  растеканию 

тока 

R

зу

  второго  луча  принято 

равным  50  Ом  и  на  модели  вы-

полнено в виде нихромовой про-

волоки. 

Последовательность 

проведения  эксперимента  ана-

логична, как и для первого вари-

анта.  Подаваемое  напряжение 

не  изменилось.  Как  и  в  первом 

эксперименте,  происходил  про-

бой оксидных пленок контактных 

пластин  и  проложенного  листа 

бумаги  между  пластинами.  Мож-

но сделать вывод, что при плохом 

контакте заземляющего спуска одного луча заземля-

ющего устройства с телом опоры это заземляющее 

устройство будет работать при появлении потенциа-

ла на теле опоры при ударе молнии.

ВЫВОДЫ

Вопросы грозоупорности воздушных линий электро-

передачи  в  условиях  Западной  Сибири  требуют 

более  глубокого  изучения.  В  результате  проведен-

ных экспериментов выяснилось, что путем улучше-

Рис

. 6. 

Пробой

 

изоляционного

 

промежутка

 

между

 

пластинами

 

с

 

проложен

-

ным

 

бумажным

 

листом

 

и

 

без

 

него

ния  контактов  между  заземляющими  устройства-

ми и телом опоры, грозозащитным тросом и телом 

опоры  повысить  грозоупорность  воздушной  линии 

не удастся. В то же время работы по восстановле-

нию контактных соединений необходимо проводить 

и  доводить  до  исправного  технического  состояния, 

так  как  наличие  плохих  контактов  может  привести 

к повреждению грозозащитного троса (повреждение 

проволок повива), увеличению напряжения прикос-

новения к опоре и т.д.  

ЛИТЕРАТУРА
1.  Правила  устройства  электроуста-

новок (ПУЭ-7). Новосибирск: Сиб. 

унив. изд-во, 2005. 854 с.

2.  Шумилов  Ю.Н.  Импульсная  элек-

трическая  прочность  полимерных 

стержневых  и  гирлянд  тарельча-

тых  изоляторов  в  зоне  сильных 

загрязнений  //  Вiсник  НТУ,  2013, 

№ 59 (1032). С. 154–163.

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ


Читать онлайн

Статья посвящена рассмотрению вопросов грозоупорности воздушных линий электропередачи. Затронуты вопросы устойчивости повреждений на воздушных линиях электропередачи при атмосферных перенапряжениях, влияние аварийных отключений с успешным автоматическим повторным включением на работу электроприемников потребителей. Рассмотрен вопрос влияния индуктивности опоры на возникновение перенапряжений. Затронут вопрос наличия особых условий в Западной Сиби ри в плане возникновения атмосферных перенапряжений на воздушных линиях электропередачи. Описаны выполненные эксперименты по выявлению влияния плохих контактов между заземляющими спусками заземляющих устройств и телом опоры на уровень грозоупорности воздушных линий электропередачи.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 5(74), сентябрь-октябрь 2022

Оценка технического состояния и остаточного ресурса проводов и грозотросов воздушных линий электропередачи

Воздушные линии Диагностика и мониторинг
Кульков В.Г. Курьянов В.Н. Султанов М.М. Тышкевич В.Н. Норов Дж.Ш. Соколов Р.В.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»