64
ВОЗДУШНЫЕ
ЛИНИИ
Опыт применения линейных ОПН
и разрядников АО «Полимер-Аппарат»
Нормативно-технические документы
по применению линейных ОПН и разрядников
В
процессе
эксплуатации
на
изоляцию
воздушных
линий
электропередачи
воздейству
-
ют
внутренние
и
внешние
перенапряжения
.
Наибольшую
опасность
для
изоляции
ВЛ
из
внешних
перенапряжений
представляют
молниевые
разряды
.
Для
повышения
грозо
-
упорности
ВЛ
на
класс
напряжения
35–500
кВ
применяются
линейные
защитные
аппара
-
ты
—
ограничители
перенапряжений
и
линейные
разрядники
.
Колычев
А
.
В
.,
заместитель генерального директора по научной работе АО «Полимер-Аппарат»
В
настоящее время вопросам повышения гро-
зоупорности ВЛ 110–500 кВ с применением
линейных ограничителей перенапряжений
(ОПН) и линейных разрядников (ЛР) уделя-
ется достаточно большое внимание. Объективными
предпосылками для этого служат, с одной стороны,
возрастающие требования к надежности, качеству
электроснабжения потребителей, с другой стороны,
негативная статистика по аварийным отключениям
ВЛ, которая показывает, что доля грозовых отключе-
ний в общем числе отключений наиболее проблем-
ных ВЛ может достигать 50% и более [1].
Характерными случаями применения линейных
защитных аппаратов являются:
1) защита ВЛ, в особенности двухцепных ВЛ на опо-
рах башенного типа, в районах с плохо проводящи-
ми грунтами и большим сопротивлением заземле-
ния опор, которое трудно уменьшить доступными
способами (применение ЛР в этом случае позволя-
ет исключить межцепные замыкания и обеспечить
надежную работу хотя бы одной из цепей);
2) защита ВЛ без грозозащитных тросов в районах
с высокой интенсивностью гололедных и ветро-
вых нагрузок, а также пролетов ВЛ без троса.
Защита воздушных линий электропередачи от
грозовых перенапряжений определятся норматив-
ными документами ПУЭ [2], РД 153-34.3-35.125-99
[3]. Применение линейных защитных аппаратов от-
ражено в нормативно-технических документах, СТО
56947007-29.240.01.221-2016 Руководство по защи-
те электрических сетей напряжением 110–750 кВ от
грозовых и внутренних перенапряжений, Сборни-
ке директивных указаний. Часть 2. ПАО «Россети»
№ 478р от 03.11.2016 и СТО 56947007-29.130.10.197-
2015 Методические указания по применению ОПН на
ВЛ 6–750 кВ [4].
Согласно Методическим указаниям по приме-
нению ОПН на ВЛ 6–750 кВ, целью применения за-
щитных аппаратов (линейных ОПН и линейных раз-
рядников на ВЛ) является обеспечение требуемой
надежности работы электрических систем в услови-
ях грозовых перенапряжений.
Основной задачей является обеспечение средне-
го числа грозовых отключений ВЛ, не превышающего
допустимого значения, которое определяется требо-
ваниями АО «ФСК ЕЭС» и зависит от допустимого
числа перерывов электроснабжения, успешности
АПВ, ресурса выключателей, доли грозовых отклю-
чений в общем числе автоматических отключений
коротких замыканий, межремонтного периода вы-
ключателей, длины ВЛ. За допустимые показатели
принимается среднее эксплуатационные показатели
по грозовым отключениям. Например, для ВЛ 110 кВ
средний эксплуатационный показатель составляет
1,0 откл/100 км [3].
Для защиты изоляции воздушных линий электро-
передачи АО «Полимер-Аппарат» разработал и ат-
тестовал конструкции линейных ОПН и ЛР на классы
напряжения 6–500 кВ.
КОНСТРУКТИВНЫЕ
ОСОБЕННОСТИ
ЛИНЕЙНЫХ
ОПН
И
ЛР
С
ВНЕШНИМ
ИСКРОВЫМ
ПРОМЕЖУТКОМ
Линейные
ОПН
представляют собой полноценные
ограничители перенапряжений подвесного исполне-
ния, которые непосредственно подсоединяются к фаз-
ному проводу и предназначены для защиты линейной
изоляции. Заземление линейного ОПН осуществляет-
ся с помощью специального устройства — отделите-
ля, которое срабатывает при внутреннем пробое ОПН
и, соответственно, разрывает цепь его подключения
к заземленной опоре, устраняя возможность протека-
ния длительного тока однофазного КЗ на линии. При
этом возможно отключение линии, если настройка за-
щиты от однофазных замыканий будет менее 0,1 с.
При автоматическом повторном включении (АПВ) ВЛ
будет успешным. Отсоединенный провод заземле-
ния и поврежденный линейный ОПН не препятствуют
работе ВЛ и при осмотре линии оборванный шлейф
однозначно укажет на поврежденный аппарат. Зача-
стую повреждение первых отделителей было связано
с механическими воздействиями от ветровых нагру-
зок. При этом сам аппарат не повреждался. Разрабо-
танные в настоящее время отделители производства
АО «Полимер-Аппарат» обладают повышенными ме-
ханическими характеристиками.
Возможны два способа установки линейных ОПН
на ВЛ. Первый способ — ограничитель закрепляется
65
на траверсе опоры и гибким проводником подключа-
ется к проводу (рисунок 1а) и второй способ — подве-
ска на фазный провод, когда один фланец линейного
ОПН крепится к поддерживающему зажиму, а другой
конец гибким заземляющим проводником подключа-
ется к телу опоры (рисунок 1б).
Выбор основных характеристик линейных ОПН
обусловлен, с одной стороны, требованиями вы-
держиванием ОПН квазистационарных перена-
пряжений, возникающих в сети. С другой стороны,
остающееся напряжение на ли-
нейном ОПН должно быть согласо-
вано с разрядными характеристи-
ками линейной изоляции ВЛ:
1,5 ∙
U
о
О
с
П
т,1
Н
0
≤
U
50
,
где
U
о
О
с
П
т,1
Н
0
— остающееся напряже-
ние на линейном ОПН при грозо-
вом импульсе тока 10 кА (8/20 мкс);
U
50
— наименьшее из значений
50%-го разрядного напряжения гир-
лянды изоляторов при воздействии
стандартных грозовых импульсов
(1,2/50 мкс) положительной и отри-
цательной полярностей.
Линейные ОПН, устанавливае-
мые на ВЛ без тросов, подвержены
значительным токовым и энергети-
ческим воздействиям при ударах
молнии в фазные провода. Поэтому
выбор энергетических характери-
стик, класса пропускной способно-
сти линейного ОПН продиктованы
условием выхода из строя ОПН за
определенный период времени.
Обычно поток отказов линейных
ОПН (число повреждений) принимается на уровне
не более 0,1 повреждения на 100 км в год. Линейные
ОПН должны иметь класс пропускной способности не
ниже 3 класса.
Линейные
разрядники
с
внешним
искровым
промежутком
Разрядники линейные типа РВЛ (рисунок 2) пред-
ставляют собой ограничители перенапряжений,
установленные на траверсах опор ВЛ и отделенные
Рис
. 1.
Установка
линейного
ОПН
-110
кВ
:
а
)
с
креплением
к
фазному
про
-
воду
;
б
)
с
креплением
к
поддерживающему
зажиму
Рис
. 2.
Конструкция
линейного
разрядника
с
внешним
искровым
промежутком
:
а
)
ЛР
для
установки
на
проме
-
жуточной
опоре
;
б
)
ЛР
на
анкерно
-
угловой
опоре
У
110-2
с
дополнительным
изолятором
: 1 —
рабочий
резистор
;
2 —
электрод
(
экран
); 3 —
кронштейн
; 4 —
хомут
; 5 —
изоляционный
элемент
кронштейна
; 6 —
аппаратный
зажим
;
7 —
провод
присоединения
; 8 —
плашечный
зажим
а)
а)
б)
б)
№
6 (57) 2019
66
от фазного провода внешним искровым промежут-
ком (ВИП). При этом наличие искрового промежутка
позволяет использовать ОПН с рабочим напряжени-
ем меньшим, чем фазное напряжение сети.
Разрядник состоит из рабочего резистора (РР)
в изоляционной покрышке и внешнего искрового
промежутка (ВИП), образованного между электро-
дом, закрепленным на РР, и фазным проводом. Ра-
бочий резистор с помощью специальной арматуры
устанавливается на траверсе опоры ВЛ. Внешний
искровой промежуток образуется между электро-
дом, закрепленным на нижнем фланце РР, и прово-
дом ВЛ. Конструкция электродов и способ крепления
разрядника позволяют сохранять величину искрово-
го промежутка постоянной в любых погодных усло-
виях. При воздействии грозовых перенапряжений,
представляющих опасность для изоляции линии,
искровой промежуток пробивается и напряжение на
изоляции ограничивается до уровня остающегося
напряжения на РР при данном разрядном токе. По-
сле протекания разрядного тока (тока молнии) в про-
межутке остается ионизованный канал, по которому
протекает сопровождающий ток, вызванный рабо-
чим напряжением ВЛ. Этот ток не превышает долей
ампера и обрывается в течение одного полупериода
промышленной частоты. Импульсное перекрытие не
переходит в дугу короткого замыкания.
Защитная характеристика разрядника скоорди-
нирована с импульсной прочностью изоляции таким
образом, чтобы при воздействии грозовых перена-
пряжений происходило опережающее срабатывание
(перекрытие ВИП) разрядника по отношению к пере-
крытию линейной изоляции. Это условие должно
обеспечиваться при всех возможных скоростях на-
растания грозового перенапряжения — не менее
2 МВ/мкс.
СХЕМЫ
РАССТАНОВКИ
ЗАЩИТНЫХ
АППАРАТОВ
НА
ВОЗДУШНЫХ
ЛИНИЯХ
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Эффективность схем расстановки линейных защит-
ных аппаратов (ЗА) по снижению числа грозовых
отключений ВЛ определяется в первую очередь чис-
лом ЗА на опору. При этом схемы с одинаковым чис-
лом ЗА на опору имеют различную эффективность
в разных диапазонах сопротивлений ЗУ опор.
Выбор вариантов схем расстановки ЗА рассмо-
трен в СТО [4]. Решения по повышению грозозащиты
ВЛ 110–500 кВ осуществлялись
в соответствии с разработанными
проектами таких организаций, как
АО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ,
НИИПТ, СПбПУ [5, 6, 7].
Общая практика применения
ЗА на ВЛ 35–500 кВ показала, что
для ВЛ 110, 220 кВ с тросовой за-
щитой, трассы линий которых про-
ходят в районах с высоким удель-
ным сопротивлением грунтов
(более 1000 Ом∙м), для защиты
изоляции от обратных перекрытий
при ударах молнии в трос приме-
няются линейные разрядники с внешним искровым
промежутком. Для двухцепных ВЛ 110, 220 кВ с тро-
сом ЛР устанавливались только на одной из цепей,
что практически исключало двухцепные отключения
ВЛ, а также снижало число отключений незащищен-
ной цепи. На одноцепных ВЛ 110, 220 кВ с тросом
ЛР устанавливались на трех фазах на опорах с со-
противлением, заземления которых превышало не-
которые значения. Например, для ВЛ 220 кВ Тын-
да — Дипкун ЛР устанавливались на три фазы при
сопротивлении опор
R
ЗУ
> 20 Ом.
Линейные ОПН в основном устанавливались на
ВЛ с бестросовой защитой. На двухцепных ВЛ 110 кВ
защитные аппараты устанавливались на верхних
фазах обеих цепей или верхних и средних фазах.
На одноцепных ВЛ 110 кВ без троса линейные ОПН
устанавливались на верхней фазе. На одноцепных ВЛ
220, 330 и 500 кВ без грозозащитного троса с горизон-
тальным расположением фаз линейные ОПН уста-
навливались на крайних фазах. Установка защитных
аппаратов происходила на каждой опоре. В таблице 1
представлены схемы расстановки защитных линей-
ных аппаратов в зависимости от типа ВЛ.
АО «Полимер-Аппарат» принимал участие в про-
ектах по повышению надежности грозозащиты ВЛ
35, 110, 220, 330 и 500 кВ при использовании как ли-
нейных разрядников, так и линейных ОПН.
ОПЫТ
ПРИМЕНЕНИЯ
ЛИНЕЙНЫХ
ОПН
И
РАЗРЯДНИКОВ
АО
«
ПОЛИМЕР
-
АППАРАТ
»
ДЛЯ
ПОВЫШЕНИЯ
НАДЕЖНОСТИ
ГРОЗОЗАЩИТЫ
ВЛ
Линейные
ОПН
АО «Полимер-Аппарат» принимал участие в ре-
конструкции ВЛ 110 кВ Сочинского энергоузла. Ре-
конструкция ВЛ 110 и 220 кВ Сочинского региона
вызвана необходимостью повышения надежности
электроснабжения. Все ВЛ 110 и 220 кВ на башен-
ных опорах при вводе в эксплуатацию были защище-
ны одним тросом по всей длине. Трассы ВЛ имеют
участки интенсивного гололедообразования. Эксплу-
атационные показатели ВЛ 110 кВ Сочинских элек-
тросетей по общему числу отключений и по грозо-
вым находятся на уровне средних по отрасли, но при
этом отключения из-за снего-гололедно-ветровых на-
грузок для ВЛ составляют в среднем 67% и являются
основной причиной повреждения элементов ВЛ.
Табл. 1. Схемы расстановки защитных аппаратов
Тип ВЛ
С грозозащитным
тросом
Без грозозащитного троса
Количество цепей
на ВЛ
2 цепи
1 цепь
2 цепи
2 цепи
1 цепь
Тип защитного аппа-
рата
РВЛ
ОПН
Схема расстановки
защитных аппаратов
Примечание
:
•
•
—
ЗА
отсутствует
;
•
—
ЗА
установлен
ВОЗДУШНЫЕ
ЛИНИИ
67
ство ударов молнии
в средний провод ВЛ
с горизонтальным рас-
положением проводов
существенно меньше,
чем в крайние прово-
да, и в некоторых слу-
чаях допустимо уста-
навливать линейные
ОПН только на крайних
фазах ВЛ.
Подобным образом
в 2011 го ду выполне-
на грозозащита воз-
душных линий 330 кВ
Баксан — Кисловодск
и Черкесск — Кисло-
водск общей протяженностью 138 км (рисунок 4).
Опыт
применения
линейных
разрядников
типа
РВЛ
110–220
кВ
Применение линейных разрядников на ВЛ 110–
220 кВ с тросовой защитой, эксплуатируемых в мест-
ности с высоким удельным сопротивлением грунта,
показало свою высокую эффективность по повыше-
нию грозоупорности линий. Установка РВЛ-110 кВ на
всех фазах одной цепи двухцепных ВЛ 110 кВ прак-
тически полностью исключает двухцепные отключе-
ния линии.
Для ВЛ 220 кВ применение РВЛ-220 кВ позволя-
ет обеспечить показатель грозозащиты на уровне не
более 1,0 откл/100 км в год.
АО «Полимер-Аппарат» произвел поставку более
6000 разрядников 110 и 220 кВ, в частности для ВЛ
110 кВ Алехинская — Ай-Пимское месторождение АО
«Сургутнефтегаз», ВЛ 110 кВ Варьеган — Бахилов-
ская-1,2 АО «Тюменьэнерго» (рисунок 5), ВЛ 220 кВ
НГРЭС — Тында и Тында — Дипкун (рисунок 6).
В процессе эксплуатации повреждение разрядников
от ударов молнии в линию не зафиксировано. К до-
стоинствам разрядников можно также отнести мень-
шие эксплуатационные затраты на обслуживание.
Разрядники не требуют проведения профилактиче-
ских испытаний в процессе эксплуатации. Внешний
искровой промежуток изолирует разрядник от фаз-
Рис
. 3.
Применение
линейных
ОПН
производства
АО
«
Полимер
-
Аппарат
»
вместо
грозо
-
защитного
троса
ВЛ
110
кВ
Шепси
—
Туапсе
тяг
.
и
ВЛ
110
кВ
Сочинская
ТЭС
—
Сочи
Рис
. 4.
Линейные
ОПН
производства
АО
«
Полимер
-
Аппа
-
рат
»
на
ВЛ
330
кВ
Баксан
—
Кисловодск
-
Черкесск
Первая из реконструируемых — двухцепная ВЛ
110 кВ Шепси — Туапсе тяг. — проходит вдоль по-
бережья Черного моря по отрогам Главного хребта
Западного Кавказа. Длина — 10,3 км. Основной при-
чиной отключений на данной ВЛ являлись ветровые
и гололедно-ветровые нагрузки, зачастую связанные
с обрывом грозозащитного троса. При реконструк-
ции ВЛ грозозащитный трос не монтировался. После
установки ОПН производства АО «Полимер-Аппа-
рат» на ВЛ 110 кВ без троса (с 2007 года) на двух
верхних фазах (рисунок 3) грозовых отключений дан-
ной ВЛ составило не более 0,5 отключений в год при
160 грозовых часах.
Опыт эксплуатации линейных ОПН на ВЛ 110 кВ
Шепси — Туапсе тяг. наглядно показал эффектив-
ность принятой системы грозозащиты. С 2009 года
все проекты по реконструкции ВЛ, питающих олим-
пийские объекты Сочинского региона, выполняются
с применением линейных ОПН.
АО «Полимер-Аппарат» поставил более 2000 ли-
нейных ограничителей перенапряжений для ВЛ
110 кВ. На выполненных объектах двухцепных ВЛ
грозовых отключений не зафиксировано.
Воздушные линии классов напряжения 330 кВ
и выше часто выполняются с горизонтальным рас-
положением проводов, соответственно для защиты
от прямых ударов молнии необходимо устанавли-
вать ОПН на все три фазы ОПН. Однако количе-
Рис
. 5.
Линейные
разрядники
типа
РВЛ
-110
с
роговым
электродом
на
двухцепной
промежуточной
металличе
-
ской
опоре
типа
П
110-4
ВЛ
110
кВ
Варьеган
—
Бахилов
-
ская
-1,2
№
6 (57) 2019
68
ного напряжения и не приводит к протеканию тока
утечки.
АО «Полимер-Аппарат» выпускает линейные раз-
рядники на классы напряжения 6, 10, 35, 110–330 кВ.
Для всех типов разрядников определены техниче-
ские требования, проведены типовые испытания,
получены аттестаты соответствия в ПАО «Россети».
ВЫВОДЫ
1. АО «Полимер-Аппарат» разработал и поставляет
аттестованные в ПАО «Россети» линейные ОПН
на класс напряжения 6–500 кВ, линейные разряд-
ники типа РВЛ с внешним искровым промежутком
на класс напряжения 6–330 кВ.
2. Применение линейных ОПН и ЛР с внешним ис-
кровым промежутком производства АО «Поли-
мер-Аппарат» повышает надежность грозозащи-
ты ВЛ 110–500 кВ.
3. Применение линейных ОПН обосновано для
повышения грозоупорности ВЛ 35, 110–500 кВ
(одноцепных и двухцепных), которые эксплуати-
руются в районах с высокими ветровыми и голо-
ледно-ветровыми нагрузками (IV район по гололе-
ду и выше) без грозозащитных тросов.
4. Применение ЛР с внешним искровым промежут-
ком обосновано для повышения грозоупорности
ВЛ 110, 220 и 330 кВ в районах с высоким удель-
ным сопротивлением грунтов.
5. Грозоупорность двухцепных ВЛ 110, 220 кВ, экс-
плуатируемых в местности с высоким удельным
сопротивлением грунта, с полной защитой фаз ЛР
из цепей увеличивается:
– для защищенной цепи число грозовых отклю-
чений снижается в 8–15 раз;
– для незащищенной цепи (без ЛР) число грозо-
вых отключений снижается в 1,6–3 раза;
– двухцепные отключения 1 и 2 цепи снижаются
в 4–9 раз.
6. Грозоупорность бестросовых ВЛ 35, 110, 330 кВ
с установкой линейных ОПН увеличивается от
5 до 10 раз.
7. При проектировании новых или реконструкции
старых ВЛ должна рассматриваться возможность
Рис
. 6.
Линейные
разрядники
типа
РВЛ
-220
с
внешним
искровым
промежутком
на
ВЛ
220
кВ
:
а
)
НГРЭС
—
Тында
,
уста
-
новка
ЛР
на
промежуточной
опоре
;
б
)
Тында
—
Дипкун
,
установка
ЛР
на
анкерной
опоре
при
большом
угле
поворота
и экономическая целесообразность применения
защитных аппаратов как в сочетании с грозоза-
щитным тросом, так и без него.
8. При выборе поставщика защитных аппаратов
должна оцениваться надежность его продукции.
К поставке должны быть допущены только произ-
водители, обладающие современным технологи-
ческим парком оборудования, обеспечивающим
стабильно высокое качество продукции при мас-
совом производстве.
Р
ЛИТЕРАТУРА
1. Гайворонский А.С., Заболотников А.П. Технологии грозо-
защиты ВЛ высших классов напряжения на основе при-
менения линейных ОПН и разрядников с внешним ис-
кровым промежутком // Известия РАН. Энергетика, 2015,
№ 3. С. 103–117.
2. Правила устройства электроустановок. 7-е издание, пе-
реработанное и дополненное. М., 2003.
3. Руководство по защите электрических сетей 6–1150 кВ
от грозовых и внутренних перенапряжений. Под науч.
ред. Н.Н. Тиходеева. 2-е издание. СПб.: ПЭИПК Мин топ-
энерго РФ, 1999. 227 с.
4. СТО 56947007-29.130.10.197-2015. Стандарт организа-
ции ОАО «ФСК ЕЭС». Методические указания по при-
менению ОПН на ВЛ 6–750 кВ. М., 2015.
5. Гайворонский А.С. Линейные разрядники. Радикальное
средство грозозащиты ВЛ // Новости электротехники,
2006, № 2(38).
6. Данилов Г.А., Зубков А.С., Боровицкий В.Г., Лоша-
ков Ю.Е. Подвесные ОПН как средство повышения на-
дежности работы воздушных линий электропередачи
(опыт применения) // Энерго-Инфо, 2008, № 11(23).
7. Гайворонский А.С., Гринько О.В., Данилевский С.С., Ма-
зикин Н.В., Печеревин С.Г. Опыт применения линейных
разрядников с внешним искровым промежутком для по-
вышения грозоупорности ВЛ 220 кВ в районах с высо-
ким удельным сопротивлением грунтов // Известия РАН.
Энергетика, 2015, № 3. С. 140–151.
ВОЗДУШНЫЕ
ЛИНИИ
Акционерное общество
“Полимер-Аппарат”
Тел./факс: (812) 331-40-40
www.polymer-apparat.ru
Оригинал статьи: Опыт применения линейных ОПН и разрядников АО «Полимер-Аппарат»
В процессе эксплуатации на изоляцию воздушных линий электропередачи воздействуют внутренние и внешние перенапряжения. Наибольшую опасность для изоляции ВЛ из внешних перенапряжений представляют молниевые разряды. Для повышения грозоупорности ВЛ на класс напряжения 35–500 кВ применяются линейные защитные аппараты — ограничители перенапряжений и линейные разрядники.