К вопросу грозоупорности воздушных линий электропередачи

Page 1

Page 2

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

успешным

автоматическим

повторным

включением

на

работу

электроприемников

потребителей

Рассмотрен

вопрос

влияния

индуктивности

опоры

на

возникновение

перенапря

жений

Затронут

вопрос

наличия

особых

условий

Западной

Сиби

ри

плане

возникновения

атмосферных

перенапряжений

на

воздушных

линиях

электропередачи

Описаны

выполнен

ные

эксперименты

по

выявлению

влияния

плохих

контактов

между

заземляющими

спусками

заземляющих

устройств

телом

опоры

на

уровень

грозоупорности

воздушных

линий

электропередачи

Буткевич

заместитель

главного инженера

по эксплуатации

филиала АО «Россети

Тюмень» Сургутские

электрические сети

Идиятуллин

первый заместитель

директора — главный

инженер филиала

АО «Россети

Тюмень» Сургутские

электрические сети

Уразалиев

начальник Службы

изоляции и защиты

от перенапряжений

филиала АО «Россети

Тюмень» Сургутские

электрические сети

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

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

воздушную

линию

Грозотрос

Опора

Фазный

провод

№

5 (62) 2020

Page 4

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

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:

= 2



f L

(1)

При расчетной частоте 2 МГц индуктивное сопро-

тивление

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

заземляющими

спусками

свайным

заземлителем

Табл. 1. Результаты измерений сопротивления между

металлическими пластинами, имити рующими элемен-

ты опоры, покрытыми коррозией

№ пп

, В

, МОм

7000

100

4000

200

2000

300

800

550

330

1000

0,55

2500

18000

* — между пластинами проложен лист бумаги

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

Page 5

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

телом

опоры

Рис

. 3.

Схема

моделирования

плохого

контакта

между

)

заземляющим

устройством

телом

опоры

;

)

одним

лучом

заземляющего

устройства

телом

опоры

при

хорошем

контакте

второго

луча

телом

опоры

зу

а)

б)

Рис

. 4.

Принципиальная

электрическая

схема

моде

лирования

плохого

контакта

между

)

заземляющим

устройством

телом

опоры

;

)

одним

лучом

заземляю

щего

устройства

телом

опоры

при

хорошем

контак

те

второго

луча

телом

опоры

ИП

ГУВ

зу

ИП

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

(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

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

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

проложен

ным

бумажным

листом

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

Оригинал статьи: К вопросу грозоупорности воздушных линий электропередачи

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.