28
Май–июнь 2012
|
www.tdworld.com, www.tdworld.ru
29
www.tdworld.ru, www.tdworld.com
|
Май–июнь 2012
Это
результат
технологического
нарушения
,
не
вызвавшего
тяжёлых
последствий
.
В
данном
случае
цепь
более
высокого
напряжения
замкнулась
на
низковольтную
цепь
,
расположенную
ниже
,
разрядник
закоротился
,
защитив
тем
самым
служебное
оборудование
и
оборудование
потребителей
,
подключённое
к
цепи
с
более
низким
напряжением
.
Фото
разрядника
:
Стивен
E.
Лэки
(Stephen E. Lackey).
ОБОРУДОВАНИЕ
Воздушных линий
Э
то
было
одно
из
так
называемых
высоковольт
-
ных
чрезвычайных
происшествий
.
При
спили
-
вании
старого
дерева
одна
из
его
ветвей
,
на
-
висавшая
над
линией
электропередачи
,
упала
на
неё
,
замкнув
при
этом
фазный
провод
верхней
цепи
с
проводом
нижней
.
Результат
был
предсказуем
.
Взор
-
вались
изоляторы
нескольких
разрядников
распредели
-
тельной
цепи
более
низкого
напряжения
,
а
также
выш
-
ли
из
строя
некоторые
трансформаторы
.
Стоимость
оборудования
компании
Dominion Virginia
Power,
вышедшего
из
строя
,
составила
несколько
ты
-
сяч
долларов
.
Помимо
этого
вышли
из
строя
приборы
многих
потребителей
,
получавших
электроэнергию
от
нижней
цепи
:
телевизоры
,
тепловые
насосы
и
прочая
техника
.
Стоимость
ремонта
и
замены
бытовых
элек
-
троприборов
составила
от
1000
до
2000
долларов
и
более
в
расчёте
на
одного
потребителя
.
Некоторые
по
-
требители
,
находившиеся
дома
в
момент
аварии
,
были
испуганы
этим
происшествием
,
другие
опасались
,
что
такое
может
случиться
снова
.
Возможно
ли
решить
эту
сложную
проблему
высоковольтных
линий
с
минималь
-
ными
затратами
?
Верхняя
цепь
Инцидент
на
воздушной
линии
с
двумя
цепями
раз
-
ного
напряжения
наглядно
показывает
,
что
размещение
таких
линий
на
одних
и
тех
же
опорах
может
приводить
к
их
замыканию
.
При
этом
повреждается
и
выходит
из
строя
не
только
оборудование
сетевой
компании
,
но
и
электроприборы
потребителей
.
Компания
Dominion
ежегодно
сталкивается
с
13
затратными
высоковольт
-
ными
авариями
в
своей
распределительной
системе
.
При
протяжённости
линий
электропередачи
,
превы
-
шающей
966
км
,
с
преимущественным
расположением
цепей
напряжением
34,5
кВ
над
линиями
напряжением
13,2
кВ
,
ежегодный
показатель
аварийности
достигает
значений
0,014
аварий
на
1
км
.
Традиционные
способы
минимизации
или
исключе
-
ния
риска
таких
перенапряжений
имели
ограниченный
успех
главным
образом
из
-
за
их
высокой
стоимости
или
сложности
исполнения
.
Некоторые
из
таких
традицион
-
ных
методов
включают
:
•
изменение
положения
или
перевод
одной
из
цепей
в
кабельную
линию
;
•
перевод
цепи
с
более
низким
напряжением
на
на
-
пряжение
,
которое
имеет
верхняя
цепь
;
•
изолирование
нижней
цепи
.
Из
-
за
высокой
стоимости
таких
методов
защиты
деньги
на
них
выделяются
неохотно
,
тем
более
что
высоковольтные
аварии
случаются
достаточно
редко
.
Хотя
все
три
названных
метода
являются
дорогостоя
-
щими
,
энергетическим
предприятиям
приходится
ис
-
пользовать
один
из
них
в
сетях
,
где
высоковольтные
происшествия
повторяются
чаще
.
Когда возникает контакт
между цепями разного
напряжения
Разрядники подстанционного типа — это простое решение
сложной проблемы перенапряжений при авариях.
Дэниэл Джей Уард (Daniel J. Ward),
энергетическая компания Dominion Virginia (Dominion Virginia Power)
30
Май–июнь 2012
|
www.tdworld.com, www.tdworld.ru
Разрядник
,
используемый
для
защиты
от
перенапряжений
при
возникновении
продолжительного
перенапряжения
,
срабатыва
-
ет
как
быстродействующий
замыкатель
.
На
упрощённой
схеме
показано
,
что
,
когда
между
двумя
цепями
происходит
замыка
-
ние
,
перенапряжение
вызывает
проводимость
у
разрядника
и
он
быстро
закорачивается
.
Низкоимпендансный
шунт
защищает
от
перенапряжения
менее
высоковольтную
цепь
.
Большинство
разрядников
применяются
для
работы
в
диапазоне
,
охватывающем
номинальное
фазовое
напряжение
и
ограниченном
значениями
кратковременных
перенапряжений
сверху
.
ОБОРУДОВАНИЕ
Воздушных линий
Что
в
данном
случае
может
сделать
потребитель
?
К
сожалению
,
немного
.
Некоторые
потребители
,
при
-
влечённые
гарантийными
обязательствами
,
часто
при
-
обретают
более
дорогие
домашние
предохранители
,
которые
обычно
стоят
около
десятка
тысяч
долларов
.
К
сожалению
,
прекрасно
напечатанное
руководство
по
применению
этих
устройств
содержит
примечание
,
что
гарантия
не
включает
покрытия
расходов
на
ликвида
-
цию
последствий
устойчивых
перенапряжений
.
Когда
между
цепью
низкого
напряжения
и
цепью
более
высокого
напряжения
устанавливается
прово
-
дящий
контур
,
цепь
с
более
высоким
напряжением
оказывается
доминирующей
.
Обычно
при
этом
в
обеих
цепях
происходят
повторные
включения
,
поэтому
цепь
с
меньшим
напряжением
принимает
энергию
от
более
высоковольтной
цепи
.
Трансформаторы
нижней
цепи
в
данном
случае
делают
то
,
для
чего
они
и
предназначе
-
ны
—
трансформируют
напряжение
в
заданном
режиме
.
Так
,
для
двух
цепей
компании
Dominion
конечное
на
-
пряжение
превысило
номинальное
в
2,6
раза
,
т
.
е
.
со
-
ставило
300
В
,
и
подавалось
в
розетку
,
напряжение
в
которой
не
должно
было
превышать
120
В
.
При
таком
уровне
перенапряжения
довольно
легко
представить
себе
,
в
какой
степени
были
повреждены
или
выведены
из
строя
электроприборы
потребителей
.
Более
высо
-
кое
напряжение
при
воздействии
на
цепь
более
низкого
напряжения
также
является
причиной
отказов
служеб
-
ного
оборудования
этой
цепи
.
Защитные
разрядники
распределительных
линий
быстро
закорачиваются
и
происходит
взрыв
их
изоляторов
.
Некоторые
распреде
-
лительные
трансформаторы
также
становятся
жертва
-
ми
высокого
напряжения
.
Каждый
импульс
повторного
включения
приводит
к
дополнительному
повреждению
в
нижней
низковольтной
цепи
.
Проблема
перенапряжения
,
связанная
с
двухцепны
-
ми
линиями
,
не
является
проблемой
только
компании
Dominion.
Это
проблема
всей
отрасли
.
Попытки
решения
проблемы
Основная
проблема
заключается
в
способности
своевременного
обнаружения
продолжительного
пере
-
напряжения
,
воздействующего
на
двухцепную
линию
,
и
в
обеспечении
защиты
как
служебного
оборудования
цепи
с
более
низким
напряжением
,
так
и
оборудования
потребителей
,
обслуживаемого
этой
цепью
.
Эта
проблема
более
десяти
лет
оставалась
слож
-
ной
задачей
для
компании
Dominion.
Одной
из
первых
идей
было
установить
в
цепь
с
более
низким
напряже
-
нием
автомат
повторного
включения
(
АПВ
)
с
нормаль
-
но
разомкнутыми
контактами
.
Силовые
выводы
АПВ
подключали
цепь
к
земле
,
и
он
должен
был
сработать
как
быстродействующий
заземлитель
.
Оставалось
только
установить
датчик
напряжения
и
убедиться
,
что
происходит
не
кратковременное
(
устойчивое
)
пере
-
напряжение
.
Последнее
требование
не
оставило
от
идеи
камня
на
камне
,
так
как
просто
дожидаться
вы
-
хода
оборудования
из
строя
—
это
слишком
большая
роскошь
.
Очевидно
,
что
идея
шунтирования
на
землю
ниж
-
ней
цепи
имеет
право
на
жизнь
,
но
только
не
приме
-
нением
АПВ
.
Для
этого
можно
использовать
разрядник
,
ограничивающий
перенапряжение
в
цепи
более
низкого
напряжения
.
Кроме
того
,
разрядник
работает
подобно
ключу
,
который
включается
автоматически
при
опреде
-
лённом
уровне
напряжения
.
Это
должен
быть
разряд
-
ник
без
изолятора
,
способный
поглотить
большое
коли
-
чество
энергии
.
Для
решения
этой
задачи
идеально
подошёл
раз
-
рядник
подстанционного
класса
.
Для
большей
без
-
опасности
была
выбрана
модификация
с
большой
рассеиваемой
энергией
.
В
данном
случае
разрядник
подстанционного
класса
должен
работать
как
защитный
разрушающийся
разрядник
одноразового
типа
(
т
.
е
.
он
будет
закорачиваться
при
продолжительном
перена
-
пряжении
и
предотвращать
повреждение
служебного
оборудования
в
нижней
цепи
),
а
после
срабатывания
его
необходимо
будет
просто
заменить
.
Однако
до
конца
не
было
понятно
,
способен
ли
данный
подход
обеспечить
достаточную
защиту
для
конечного
оборудования
и
приборов
потребителя
,
в
частности
электроники
?
Ведь
если
они
не
будут
за
-
щищены
,
этот
способ
окажется
просто
зрелищным
ат
-
тракционом
.
Совет
по
информационным
технологиям
(The Information Technology Industry Council — ITIC)
31
www.tdworld.ru, www.tdworld.com
|
Май–июнь 2012
Из
-
за
низкой
высоты
разрядников
и
их
большого
проводящего
основания
на
них
дополнительно
установлена
защита
от
птиц
.
Вдобавок
для
определения
вышедшего
из
строя
разрядника
и
для
содействия
при
ремонте
на
выводы
разрядника
установлен
индикатор
неисправности
в
цепи
.
ОБОРУДОВАНИЕ
Воздушных линий
разработал
перечень
допустимых
напряжений
для
IT-
оборудования
,
питающегося
от
сети
120
В
.
В
ча
-
сти
превышения
напряжения
ITIC
указывает
,
что
,
на
-
пример
,
электронные
устройства
должны
с
большой
вероятностью
сохранять
работоспособность
при
дву
-
кратном
перенапряжении
продолжительностью
не
бо
-
лее
1
мс
.
Исходя
из
токовой
пропускной
способности
и
имеющейся
величины
тока
повреждения
разрядника
,
было
бы
разумным
ожидать
,
что
разрядник
подстан
-
ционного
класса
смог
бы
ограничить
перенапряжение
двукратным
уровнем
.
Продолжительность
перенапря
-
жения
оставалась
неясной
.
Разрядники
обычно
применяются
таким
образом
,
чтобы
их
импульсное
пробивное
напряжение
не
было
превышено
.
В
связи
с
этим
предполагалось
использо
-
вать
10-
киловольтный
разрядник
с
полным
осознанием
того
,
что
подключение
к
напряжению
19,92
кВ
будет
за
пределами
значения
напряжения
пробоя
.
Ожидалось
,
что
увеличившаяся
нагрузка
быстро
(
менее
чем
за
1
мс
)
закоротит
метал
-
оксид
-
варисторные
блоки
разрядника
.
Останется
ли
разрядник
неповреждённым
и
закорочен
-
ным
при
значении
тока
около
6000
А
в
дополнение
к
двукратному
повторному
включению
?
Защитит
ли
он
?
Также
встал
вопрос
об
энергетических
характеристи
-
ках
,
которые
для
разрядников
подстанционного
класса
основаны
на
импульсных
тестах
.
Более
конкретная
информация
об
этих
величинах
,
которая
относится
к
продолжительным
перенапряже
-
ниям
на
основной
частоте
,
также
была
нечёткая
,
и
эта
неопределённость
привела
к
выбору
более
высоких
энергетических
характеристик
,
чем
у
стандартных
раз
-
рядников
подстанционного
класса
,
используемых
груп
-
пой
подстанций
компании
Dominion.
Полевые
испытания
Чтобы
попытаться
ответить
на
эти
давно
существу
-
ющие
вопросы
,
связанные
с
проблемой
перенапря
-
жения
,
логичным
следующим
шагом
были
испытания
в
высоковольтной
лаборатории
,
но
все
лаборатории
оказались
занятыми
почти
на
год
вперёд
.
В
качестве
запасного
варианта
в
августе
2007
г
.
были
проведены
полевые
испытания
в
районе
,
где
цепь
34,5
кВ
прохо
-
дит
над
цепью
13,2
кВ
на
протяжении
3,2
км
.
Данная
линия
была
выбрана
по
причине
того
,
что
за
предыду
-
щие
4
года
на
ней
произошли
три
продолжительных
перенапряжения
.
Обе
цепи
были
защищены
автома
-
тическими
выключателями
и
АПВ
с
двукратным
вклю
-
чением
.
Достигаемый
на
подстанции
при
34,5
кВ
ава
-
рийный
ток
при
замыкании
фазы
на
землю
составлял
9400
А
.
Одна
сборка
разрядников
подстанционного
класса
была
установлена
на
трёхметровую
поперечину
под
це
-
пью
13,2
кВ
рядом
с
выводами
со
стороны
источника
для
цепи
34,5
кВ
.
Другая
сборка
была
установлена
на
расстоянии
1,6
км
.
Поскольку
разрядники
на
10
кВ
были
довольно
короткими
,
то
к
ним
были
добавлены
откры
-
тые
предохранители
.
И
,
наконец
,
на
подводящих
проводах
разрядника
были
установлены
индикаторы
пробоя
,
чтобы
точно
убедиться
,
что
разрядник
закоротился
и
предстоит
ра
-
бота
по
его
восстановлению
.
Восемь
месяцев
спустя
произошёл
новый
инцидент
—
автомобиль
врезался
в
опору
ЛЭП
,
в
результате
чего
один
из
фазных
проводов
верхней
цепи
упал
на
фазный
провод
нижней
.
Место
аварии
находилось
на
расстоя
-
нии
примерно
в
0,16
км
от
одной
из
сборок
разрядников
подстанционного
класса
и
в
1,4
км
от
другой
.
Как
и
ожи
-
далось
,
разрядники
подстанционного
класса
на
повреж
-
дённой
фазе
были
подвержены
короткому
замыканию
.
Для
пяти
из
шести
аварийных
событий
зафиксирован
-
ный
аварийный
ток
от
цифровых
реле
на
подстанции
был
в
диапазоне
от
5000
до
6600
А
.
В
результате
аварии
три
сотни
потребителей
оста
-
лись
без
электроэнергии
на
некоторое
время
,
а
обо
-
рудование
компании
Dominion
не
было
повреждено
.
Ущерб
составил
два
закороченных
разрядника
подстан
-
ционного
класса
и
опоры
,
повреждённые
в
результате
ДТП
.
От
пострадавших
потребителей
не
поступило
ни
одной
жалобы
.
Это
был
огромный
успех
.
Продолжение
Вторые
полевые
испытания
были
проведены
пару
месяцев
спустя
.
Они
включали
в
себя
установку
двух
сборок
разрядников
подстанционного
класса
на
трёхки
-
лометровом
участке
линии
34,5
кВ
,
под
которой
распо
-
ложена
линия
13,2
кВ
.
Во
время
бури
в
мае
2010
г
.
две
цепи
замкнулись
.
Место
пробоя
не
было
очевидным
,
но
полагали
,
что
причиной
стала
ветка
дерева
.
Ничего
кро
-
ме
замены
двух
разрядников
подстанционного
класса
не
потребовалось
,
никакое
оборудование
не
было
раз
-
рушено
и
компания
не
получила
ни
одной
претензии
от
потребителей
.
То
,
что
аварии
из
-
за
перенапряжения
произошли
на
выбранных
цепях
в
течение
небольшого
промежут
-
ка
времени
,
можно
назвать
благоприятным
стечением
обстоятельств
,
учитывая
среднюю
аварийность
и
длину
участвующих
в
испытаниях
цепей
.
32
Май–июнь 2012
|
www.tdworld.com, www.tdworld.ru
Заключение
Данное
устройство
защиты
от
перенапряжения
—
это
простая
идея
,
основанная
на
использовании
раз
-
рядников
подстанционного
класса
в
полимерном
корпусе
.
Устройство
защиты
от
перенапряжения
яв
-
ляется
слабым
звеном
воздушных
линий
,
которое
при
-
меняется
на
двухцепных
линиях
электропередачи
для
предотвращения
повреждения
как
потребительского
,
ОБОРУДОВАНИЕ
Воздушных линий
Замыкание
цепи
более
в ы с о к о г о
напряжения
на
цепь
меньшего
может
происхо
-
дить
не
только
в
случае
прохож
-
дения
этих
воздушных
линий
(
ВЛ
)
на
одних
и
тех
же
многоцепных
опорах
,
как
это
описано
в
статье
.
Например
,
такое
замыкание
мо
-
жет
случиться
и
в
местах
пере
-
сечения
двух
одноцепных
ВЛ
,
не
имеющих
отношения
друг
к
другу
.
Как
известно
,
в
местах
пересече
-
ния
двух
ВЛ
линия
более
высоко
-
го
напряжения
всегда
проходит
сверху
,
а
значит
,
её
фазные
прово
-
да
могут
упасть
на
нижнюю
цепь
.
Последний
вариант
является
ха
-
рактерным
для
России
,
так
как
описанных
в
статье
многоцеп
-
ных
линий
в
России
практически
нет
.
Несмотря
на
то
,
что
паде
-
ния
проводов
высоковольтных
ВЛ
на
линии
меньшего
напряжения
в
России
,
конечно
же
,
случаются
,
проблем
с
многочисленными
по
-
вреждениями
у
потребителей
,
как
мне
известно
,
не
зафиксировано
.
Дело
в
том
,
что
установка
раз
-
рядников
(
ограничителей
перена
-
пряжений
нелинейных
—
ОПН
)
по
концам
ВЛ
,
рекомендуемая
авто
-
рами
статьи
как
способ
защиты
,
в
России
давно
осуществляется
,
хотя
и
по
другим
причинам
.
Такие
ОПН
устанавливаются
по
концам
ВЛ
6—750
кВ
для
защиты
оборудо
-
вания
концевых
распределитель
-
ных
устройств
от
грозовых
и
ком
-
мутационных
перенапряжений
.
В
случае
замыкания
высоковольт
-
ной
ВЛ
на
линию
меньшего
напря
-
жения
,
имеющую
установленные
по
концам
ОПН
,
ограничители
весьма
быстро
сгорают
под
дей
-
ствием
повышенного
напряжения
промышленной
частоты
,
защи
-
щая
тем
самым
оборудование
распределительных
устройств
и
потребителей
.
КОММЕНТАРИЙ
Михаил Дмитриев, к.т.н., начальник отдела научно-технических
исследований ЗАО «Завод энергозащитных устройств»
(Санкт-Петербург)
так
и
служебного
оборудования
от
длительных
пере
-
напряжений
.
Полевые
испытания
оказались
довольно
успешны
-
ми
.
Таким
образом
,
использовав
большое
количество
разрядников
подстанционного
класса
в
распредели
-
тельной
системе
,
компания
Dominion
установила
,
что
применение
устройств
защиты
от
перенапряжений
яв
-
ляется
самым
эффективным
решением
с
точки
зрения
затрат
для
предотвращения
повреждений
из
-
за
дли
-
тельных
перенапряжений
на
двухцепных
линиях
.
Благодарность
Работа
над
проектом
устройства
защиты
от
перена
-
пряжения
включала
и
некоторую
совместную
работу
в
компании
Dominion.
Без
исходных
данных
и
предполо
-
жений
Дэна
Салливана
(Dan Sullivan)
и
Стива
Барнарда
(Steve Barnard)
задумка
автора
осталась
бы
только
хо
-
рошей
идеей
,
но
,
возможно
,
никогда
не
была
бы
реали
-
зована
.
Их
помощь
бесценна
.
Дэниэл
Джей
Уард
(Daniel J. Ward (dan.ward@
dom.com) —
главный
инженер
компании
Dominion
Virginia Power.
Закончил
технологический
институт
Стивенса
со
степенью
бакалавра
техники
и
технологии
и
Юнион
-
колледж
со
степенью
магистра
электротех
-
ники
.
До
прихода
в
Dominion
работал
21
год
в
General
Electric.
Являясь
членом
IEEE,
Уард
получил
награ
-
ду
секции
электроэнергетики
Института
инженеров
электротехники
и
электроники
(IEEE/PES)
за
достиже
-
ния
в
области
распределения
электрической
энергии
.
Он
переработал
главу
,
касающуюся
распределения
энергии
,
стандартного
руководства
для
инженеров
-
электротехников
издания
2006
года
.
Упомянутые
в
статье
компании
:
Dominion Virginia | Power www.dom.com
Information Technology Industry Council | www.itic.org
Оригинал статьи: Когда возникает контакт между цепями разного напряжения
Разрядники подстанционного типа обеспечивают простое решение сложной проблемы перенапряжений при авариях.
Комментарий к статье:
Михаил Дмитриев, к.т.н., начальник отдела научно-технических исследований ЗАО «Завод энергозащитных устройств» (Санкт-Петербург).
