Перспективная система грозозащиты ВЛ 3-35 кВ и выше при помощи изоляторов-разрядников

КАБЕЛЬ−news / № 4 / апрель  2009

35

Актуально 

В  результате  интенсивных  работ  по  усовершен-

ствованию  систем  грозозащиты  ОАО  «НПО  «Стри-
мер»  удалось  разработать  разрядники  на  классы 
напряжение  20  и  35  кВ  с,  так  называемой,  мульти-
камерной системой (МКС). Предложен также прин-
ципиально  новый  аппарат:  изолятор–разрядник 
с  мульти-камерной  системой  (ИРМК),  который  со-
четает  в  себе  свойства  изолятора  и  разрядника 
одновременно.  При  использовании  ИРМК  воз-
можно  обеспечить  грозозащиту  ВЛ  любого  класса 
напряжения,  так  как  с  увеличением  класса  напря-
жения  увеличивается  число  изоляторов  в  гирлян-
де  и  соответственно  увеличивается  номинальное 
напряжение  и  дугогасящая  способность  гирлянды  
из ИР. 

Возможны различные конструкции изоляторов со 

свойствами  разрядников.  Основу  ИРМК  составля-
ют обычные массово выпускаемые изоляторы (сте-
клянные, фарфоровые или полимерные), на которых 
специальным  образом  установлена  МКС.  Причем 
установка МКС не приводит к ухудшению изоляци-
онных свойств изолятора, но благодаря ей он при-
обретает  свойства  разрядника.  Поэтому  в  случае 
применения ИРМК на ВЛ не требуется применения 
грозозащитного троса. При этом снижается высота, 
масса и стоимость опор, а также стоимость всей ВЛ 
в  целом  и  обеспечивается  надежная  грозозащита 
линий,  т.е.  резко  сокращается  число  отключений 
линий и уменьшаются ущербы от недоотпуска элек-

троэнергии  и  эксплуатационные  издержки.  Весьма 
перспективным представляется защита контактной 
сети железных дорог от прямых ударов молнии при 
помощи ИРМК.

Основным  элементом  мульти–камерных  раз-

рядников  (РМК)  в  том  числе  и  ИРМК  является 
мульти-камерная  система  (МКС)  (рис.  1).  Она  со-
стоит  из  большого  числа  электродов,  вмонти-
рованных  в  профиль  из  силиконовой  резины. 
Между  электродами  выполнены  отверстия,  вы-
ходящие  наружу  профиля.  Эти  отверстия  обра-
зуют  миниатюрные  газоразрядные  камеры.  При 
воздействии  на  разрядник  импульса  грозового 
перенапряжения пробиваются промежутки между  
электродами. 

Благодаря тому, что разряды между промежуточ-

ными электродами происходят внутри камер, объ-
емы которых весьма малы, при расширении канала 
создается высокое давление, под действием кото-
рого каналы искровых разрядов между электрода-
ми  перемещаются  к  поверхности  изоляционного 
тела  и  далее  —  выдуваются  наружу  в  окружаю-
щий  разрядник  воздух.  Вследствие  возникающего 
дутья  и  удлинения  каналов  между  электродами 
каналы разрядов охлаждаются, суммарное сопро-
тивление  всех  каналов  увеличивается,  т.е.  общее 
сопротивление  разрядника  возрастает  и  проис-
ходит  ограничение  импульсного  тока  грозового 
перенапряжения. 

Перспективная система грозозащиты  
ВЛ 3-35 кВ и выше при помощи  
изоляторов-разрядников

Рис. 1. Мульти — камерная система (МКС):

а) схема, поясняющая начальный момент развития разрядов; 

б) схема, поясняющая завершающий момент развития разрядов;

1 — профиль из силиконовой резины; 2 — промежуточные электроды;

3 — дугогасящая камера; 4 — канал разряда.

а)

б)

КАБЕЛЬ−news / № 4 / апрель  2009

36

Актуально

По  окончании  импульса  грозового  перена-

пряжения  к  разряднику  остается  приложенным 
напряжение  промышленной  частоты.  Как  пока-
зали  проведенные  исследования,  в  разрядни-
ках  с  МКС  возможны  два  типа  гашения  искрового  
разряда: 

1) при переходе сопровождающего тока 50 Гц че-

рез ноль (в дальнейшем такой тип гашения называ-
ется «гашением в нуле»);

2)  при  снижении  мгновенного  значения  импуль-

са  грозового  перенапряжения  до  определенного 
значения  большего  или  равного  мгновенному  зна-
чению  напряжения  промышленной  частоты,  т.е. 
осуществляется  гашение  тока  импульса  грозового 
перенапряжения  без  сопровождающего  тока  сети 
(в  дальнейшем  такой  тип  гашения  называется  «га-
шением в импульсе»).

Механизм  гашения  искрового  разряда  в  МКС  на-

поминает  механизм  гашения  дугового  разряда  в 
трубчатом  разряднике.  Существенное  отличие  со-
стоит  в  том,  что  внутри  трубчатого  разрядника  до-
статочно  долго  (до  10  мс,  т.  е.  до  10  000  мкс)  горит 
дуга. Она выжигает стенки газогенерирующей труб-
ки,  и  образовавшиеся  от  теплового  разрушения 
газы выдувают канал разряда наружу. В случае «га-
шения  в  нуле»  МКС  дуга  начинается  в  дугогасящих 
камерах,  а  затем  большая  ее  часть  выдувается  на-
ружу в открытое пространство. Материал камер не 
газогенерирующий, дутье образуется просто за счет 

расширения канала разряда, поэтому эрозия стенок 
камер незначительная.

В  случае  «гашения  в  импульсе»,  длительность 

которого  составляет  микросекунды  или  десятки 
микросекунд,  эрозии  практически  нет  даже  после 
многократных срабатываний МКС. 

МКС испытаны на электродинамическую устойчи-

вость импульсами тока с максимальным значением 
100-110  кА.  Образцы  МКС  выдержали  10  воздей-
ствий указанных импульсов без разрушения. Таким 
образом,  МКС  можно  применять  для  защиты  ВЛ  от 
прямых ударов молнии (ПУМ). 

На рис. 2 приведены фотографии ИРМК на основе 

стержневого  фарфорового  изолятора  типа  ПСФ70-
3.0/05-05 УХЛ, широко применяемого для подвески 
контактной  сети  постоянного  тока  3  кВ.  МКС  уста-
новлена по периметру одного из ребер изолятора. 
Она  занимает  примерно  три  четверти  окружно-
сти  ребра.  К  левому  концу  МКС  подходит  верхний 
подводящий  электрод,  установленный  на  вернем 
оконцевателе  изолятора,  а  к  правому  —  нижний 
электрод, установленный на нижнем оконцевателе. 
Между  подводящими  электродами  и  концами  МКС 
имеются искровые воздушные промежутки. 

При  воздействии  перенапряжения  на  ИРМК 

сначала  пробиваются  искровые  воздушные  про-
межутки,  а  затем  —  МКС.  Ток  грозового  перена-
пряжения  протекает  от  нижнего  оконцевателя  и 
его подводящего электрода через искровой канал 

Рис. 2 Изолятор — разрядник мульти — камерный на основе изолятора ПСФ70-3.0/05-05 УХл:

а) изображение ИРМК;  б) ИРМК при испытаниях.

1 — изоляционное тело; 2 — верхний оконцеватель; 3 — нижний оконцеватель;

4 — верхний подводящий электрод; 5 — нижний подводящий электрод; 

6 — мульти- камерная система; 7 — верхний искровой разрядный промежуток; 

8 — нижний искровой разрядный промежуток.

а)

б)

КАБЕЛЬ−news / № 4 / апрель  2009

37

Актуально 

нижнего искрового промежутка, затем — по МКС, и 
далее — через канал разряда верхнего искрового 
промежутка по верхнему подводящему электроду 
к  верхнему  оконцевателю.  Обратим  внимание  на 
то,  что  на  участке  кольца  из  силиконовой  резины 
с  МКС  между  подводящими  электродами  проме-
жуточных электродов нет, и разряд развивается по 
МКС, занимающий примерно три четверти периме-
тра ребра, а не между подводящими электродами.

На  рис.  3  схематически  показан  ИРМК,  установ-

ленный для подвески контактной сети.

При ударе молнии непосредственно в контактную 

сеть или в опору происходит перекрытие ИРМК, как 
это было описано выше. После окончания грозово-
го перенапряжения и стекании его тока через опору 
в землю благодаря работе МКС происходит гашение 
разряда  «в  импульсе»,  т.е.  без  сопровождающего 
тока,  и  контактная  сеть  продолжает  работу  без  от-
ключения.

На  рис.  4  показан  изолятор–разрядник  мульти-

камерный  на  основе  штыревого  изолятора  SDI  37. 
Принцип его работы аналогичен ИРМК, показанному 
на рис. 2, но он предназначен для защиты ВЛ 6-20 кВ 
от индуктированных перенапряжений. Аналогично 
выполняется ИРМК на наиболее распространенном 
в России изоляторе ШФ20Г.

На рис. 5 приведено схематическое изображение 

гирлянды ИРМК при испытаниях грозовым импуль-
сом. При воздействии перенапряжения на провод, а 
также на нижний подводящий электрод первого (от 
провода) изолятора, пробивается нижний искровой 
разрядный  промежуток,  и  напряжение  поступает 
на  левый  (по  схематическому  изображению  рис.5) 
край МКС. Она срабатывает, перекрывается верхний 
искровой  воздушный  промежуток  между  правым 
концом МКС и верхним подводящим электродом, и 
напряжение поступает на второй изолятор и т. д. 

После  срабатывания  всех  ИРМК  в  гирлянде  ток 

грозового перенапряжения отводится через опору 
в землю, однако за ним протекает сопровождающий 
ток промышленной частоты. При переходе тока че-
рез ноль дуга гаснет, и линия продолжает беспере-
бойную работу без отключения и АПВ.

Более подробную информацию о новейшей систе-

ме грозозащиты ВЛ Вы можете получить по запросу. 
Контактный  телефон  научно-исследовательского 
центра  ОАО  «НПО  «Стример»  (812)  248-9036,  элек-
тронный адрес [email protected]

Г. В. Подпоркин, д.т.н.

ОаО «НПО Стример»

Рис. 3 Иллюстрация 
защиты контактной сети 
постоянного тока при 
помощи ИРМК

Рис. 4 Изолятор-разрядник мульти-камерный  

на основе изолятора SDI 37

Рис. 5. Гирлянда из трех изоляторов при испытаниях

грозовым импльсом: 1 — тарельчатое изоляционное тело; 2 — шапка; 

3 — пестик; 4 — верхний подводящий электрод; 5 — нижний подводящий 

электрод; 6 — мульти- камерная система; 7 — верхний искровой разрядный 

промежуток; 8 — нижний искровой разрядный промежуток; 9 — провод