Защита ВЛ, выполненных СИП, от грозовых перенапряжений

Page 1
background image

Page 2
background image

КАБЕЛЬ−news / № 4 / апрель  2009

31

Актуально 

В  последнее  время  в  распределительных  сетях 

ОАО МРСК Северо-Запада», как, впрочем, и в других 
распределительных  сетевых  компаниях,  все  боль-
ше  работ  выполняется  с  применением  самонесу-
щего  и  изолированного  проводов.  Это  и  понятно: 
СИП  компактен,  надежен,  безопасен  в  отношении 
электротравматизма.  При  эксплуатации  отсутству-
ет  схлестывание  проводов,  их  обрывы  (вследствие 
грамотно подобранной арматуры). Однако, при всех 
видимых достоинствах, у СИП есть и недостаток: ВЛ, 
выполненные изолированным проводом, нуждаются 
в особой защите от грозовых перенапряжений.

Необходимость  защиты  ВЛ  разных  классов  на-

пряжения  от  ударов  молнии  возникла  едва  ли  не 
раньше,  чем  появилась  первая  ВЛ.  Со  временем 
грозозащита ВЛ разделилась на 2 направления: за-
щита ЛЭП высокого и сверхвысокого напряжения и 
защита распределительных сетей (в том числе и ВЛ 
0,4-20 кВ). И если проблемам грозоупорности ЛЭП 
35  кВ  и  выше  уделялось  пристальное  внимание: 
конструировалась  новая  изоляция,  обладающая 
высокой  импульсной  прочностью,  проводились 
эксперименты  с  грозотросом,  проводились  оцен-
ки  для  районов  с  различными  удельными  сопро-
тивлениями грунтов, то распределительные сети в 
данном  вопросе  оказались  незаслуженно  забыты. 
Оно  и  понятно:  ущерб  от  недоотпуска  электро-
энергии  из-за  отключения  ЛЭП-330  кВ  не  может 
сравниться с ущербом на ВЛ-10 кВ. Хотя по протя-
женности  воздушные  линии  распределительных 
сетей  на  порядок  превышают  суммарную  длину 
линий  высокого  напряжения.  Но,  тем  не  менее, 
долгое время грозоупорности распределительных 

сетей  не  уделяли  должного  внимания.  Вся  грозо-
защита  была  сведена  к  использованию  трубчатых 
разрядников,  устанавливаемых  на  подходах  ВЛ  к 
подстанции. Это выполнялось не столько ради за-
щиты изоляции ВЛ, сколько для защиты аппаратов 
ПС. Ситуация координально изменилась с началом 
строительства ВЛИ и ВЛЗ.

Рассмотрим  механизм  прохождения  грозового 

импульса  для  ВЛ-10  кВ,  выполненного  неизолиро-
ванным проводом. При попадании молнии в фазный 
провод (здесь можно говорить и о попадании молнии 
в землю рядом с ВЛ с последующим обратным пере-
крытием на провод, таких случаев большинство, и о 
попадании разряда в опору, такие случаи единичны) 
грозовая волна начинает движение вдоль линии. На 
ближайшей опоре происходит импульсное перекры-
тие на заземленную часть опоры, переход импульс-
ного перекрытия в силовую дугу. Далее, вследствие 
электродинамической  силы,  дугу  начинает  смещать 
по проводу. В конечном итоге она гаснет, т.к. восста-
навливающееся напряжение в момент перехода тока 
через  «0»  не  в  состоянии  заново  зажечь  дугу  в  воз-
душном промежутке (рис. 1).

Иная картина наблюдается при прохождении гро-

зового  импульса  по  ВЛ,  выполненной  СИП.  После 
первого  пробоя  на  заземленную  часть  опоры  дугу, 
в  отличие  от  случая  с  неизолированным  проводом, 
не смещает вдоль провода. Она горит из одной точ-
ки  и  при  достаточно  большой  энергии  разряда,  в 
конечном  счете,  пережигает  провод  (рис.  2).  Таким 
образом, отказавшись от грозозащиты ВЛИ и ВЛЗ, мы 
сводим к минимуму все те преимущества СИП, о кото-
рых говорилось в начале. 

Защита ВЛ, выполненных СИП,  
от грозовых перенапряжений

Рис. 1. Процесс 
горения дуги при 
пробое изоляции на 
Вл, выполненной 
неизолированным 
проводом

Рис. 2. Процесс 
горения дуги 
при пробое 
изоляции на Вл, 
выполненной СИП


Page 3
background image

КАБЕЛЬ−news / № 4 / апрель  2009

32

Актуально

Теперь  давайте  зададим  вопрос:  а  каждую  ли  ли-

нию, выполненную СИП, нужно защищать от ударов 
молнии? Очевидно, что нет. Грозозащита — понятие 
многогранное. И на выбор методов грозозащиты ока-
зывают влияние множество факторов. Как то: интен-
сивность грозовой деятельности в данном регионе, 
характеристика  территории,  по  которой  проходит 
линия,  величина  удельного  сопротивления  грунтов 
по трассе ВЛ. Даже материал опор ВЛ оказывает вли-
яние на выбор способов ее защиты. Наконец, грозоу-
порность  можно  существенно  повысить  применив 
на ВЛ изоляцию с высокой импульсной прочностью. 
Изоляция, которая применяется сегодня в оборудо-
вании  распределительных сетей, рассчитана  только 
на величину рабочего напряжения и на возникающие 
внутренние  перенапряжения.  Методические  указа-
ния  (далее  «Методические  указания…»)  по  защите 
распределительных электрических сетей напряжени-
ем 0,4-10 кВ от грозовых перенапряжений (разрабо-
таны ОАО «РОСЭП», введены в действие с 01.12.2004) 
говорят о том (п. 2.1.1.), что «от воздействия грозовых 
перенапряжений необходимо защищать воздушные 
линии  с  защищенными  проводами»,  не  делая  при 
этом  никаких  исключений.  Однако,  если  ВЛЗ  про-
ходит  в  зоне  экранирования  какого-либо  объекта, 
обеспечивающего  ее  грозоупорность  с  заданной 
вероятностью, то возникает вопрос: для чего нужно 
защищать  линию  на  данном  участке?  Экранирова-
ние  ВЛ  может  быть  обеспечено  различными  объек-
тами:  высотными  домами,  при  прохождении  трассы 
в  городской  черте,  деревьями,  при  прохождении  в 
лесном массиве, грозотросами идущих рядом ЛЭП и 
т.д.  И хотя «Методические указания…» предписыва-
ют для ВЛЗ 6-10 кВ, проходящих по населенной мест-
ности,  установку  длинно-искровых  разрядников,  но 
Правила устройства электроустановок (7-е издание, 
п.  2.5.118)  говорит  о  применении  устройств  защиты 
изоляции проводов при грозовых перекрытиях лишь 
в рекомендательной форме. 

Теперь  рассмотрим,  собственно  говоря,  способы 

защиты  ВЛ,  выполненных  с  применением  СИП,  от 
грозовых  перенапряжений.  Речь  пойдет,  конечно,  о 
линиях 6-20 кВ, хотя защиту ВЛИ-0,4 кВ также необхо-
димо осуществлять. 

Первый,  и  наиболее  хорошо  зарекомендовавший 

себя  способ  —  это  защита  ВЛ  при  помощи  грозоза-
щитного  троса.  Сам  по  себе  грозотрос  является  до-
статочно эффективным средством защиты от прямых 
ударов  молнии  (ПУМ),  обеспечивая  расчетную  зону 
защиты при заданной вероятности прорыва молнии. 
Однако, используя грозотрос, мы, во-первых, увели-
чиваем стоимость линии, а, во-вторых, возвращаемся 

к  тем  проблемам,  от  которых  ушли,  заменив  неизо-
лированный провод на СИП. Это необходимость су-
щественных  трат  на  расчистку  трасс  ВЛ,  вырубку 
угрожающих деревьев, периодическая проверка со-
стояния  как  самого  грозотроса,  так  и  его  арматуры, 
борьба с гололедообразованием на грозотросе. 

Правила  устройства  электроустановок  (7-е  изда-

ние, п. 4.2.153) говорят о том, что «защита подходов 
ВЛ 3-20 кВ к подстанциям молниеотводами по усло-
виям  грозозащиты  не  требуется».  В  этом  же  пункте 
даются  разъяснения,  что  для  ВЛ  3-20  кВ,  выполнен-
ной на деревянных опорах, «на расстоянии 200-300 м 
от  ПС  должен  быть  установлен  комплект  защитных 
аппаратов».  При  строительстве  ВЛ  на  металличе-
ских  и  ж/б  опорах  «установка  защитных  аппаратов 
не требуется». Мнение автора, что для районов с не-
высокой  грозовой  активностью  (не  более  40  часов 
в  году),  к  которым  относится  и  территория  МРСК 
Северо-Запада, защищать тросовым молниеотводом 
ВЛЗ 6-20 кВ не требуется. О защите грозотросом под-
ходов  ВЛЗ  к  подстанциям  можно  говорить  лишь  в 
отдельных случаях, например, когда ВЛЗ 6-20 кВ вы-
полнена в габаритах 35 кВ. 

Таким образом, оценивая использование грозотро-

са для защиты ВЛ и, в частности, ВЛЗ, можно сказать, 
что  нормативными  документами  его  применение 
не  требуется  (кроме  строительства  ВЛ  6-20  кВ  в  га-
баритах  35  кВ),  стоимость  линии  он  удорожает,  экс-
плуатационные  затраты  повышает.  Следовательно, 
необходимо искать иные способы защиты ВЛ — с по-
мощью защитных аппаратов.. 

Одно  из  таких  решений  —  это  установка  дуговых 

зажимов на изолированный провод (рис. 3). В месте 
крепления  провода  к  изолятору  изоляция  СИП  уда-
ляется  в  обе  стороны  от  изолятора  и  на  границах 
удаленной  изоляции  устанавливается  усиленная 
арматура  —  дуговые  зажимы.  Провод  из  изолиро-
ванного  становится  неизолированным.  Волна  пере-
напряжения,  дойдя  до  открытого  участка,  зажигает 
дугу  на  заземленную  часть  опоры.  Дуга  перемеща-
ется  по  проводу  и  гаснет  либо  на  дуговых  зажимах, 

U

Рис. 3. Установка дуговых  
зажимов на Вл, выполненной СИП


Page 4
background image

КАБЕЛЬ−news / № 4 / апрель  2009

33

Актуально 

либо  не  дойдя  до  них.  Простая  конструкция,  позво-
ляющая  решать  проблемы  грозозащиты  на  уровне 
защитных искровых промежутков. При выборе дан-
ного  способа  защиты  возникает  противоречие:  для 
чего мы используем СИП, чтобы затем оставить про-
вод без изоляции?

Еще  одно  аппаратное  решение  в  части  защиты 

ВЛЗ  от  грозовых  перенапряжений  —  это  исполь-
зование  ОПН,  подключенного  к  проводу  через 
искровой  промежуток  (рис.  4).  Ограничитель  пере-
напряжений  —  защитный  аппарат  с  сильно  нели-
нейной вольт-амперной характеристикой уже давно 
и  хорошо  себя  зарекомендовал.  ОПН,  в  отличие  от 
разрядников,  является  аппаратом,  постоянно  вклю-
ченным. И это действительно так, если речь идет об 
оборудования  подстанций.  В  случае  же  воздушных 
линий  ОПН,  подключенный  к  проводу  без  искрово-
го  промежутка,  должен  быть  рассчитан  на  ПУМ,  что 
значительно увеличивает его размеры. Поэтому, для 
защиты  ВЛЗ  от  грозовых  перенапряжений  был  вы-
бран способ подключения ОПН через искровой про-
межуток. Механизм работы устройства прост. Волна, 
дойдя до прокалывающего зажима на СИП, пробива-
ет  искровой  промежуток,  зажигается  дуга,  ток  про-
текает  через  ОПН,  который  ограничивает  величину 
напряжения  в  соответствии  со  своей  характеристи-
кой.  В  данной  ситуации  ОПН  работает  по  принципу 
вентильного разрядника: если величина напряжения 

на искровом промежутке достаточна для пробоя — 
ОПН подключается. Преимущество данного способа 
защиты ВЛЗ заключается в давно освоенном схемном 
решении. Только ранее вместо ОПН использовались 
разрядники.  Недостатком  же  может  служить  неспо-
собность  данной  конструкции  противостоять  ПУМ. 
При прямых ударах молнии ОПН, как правило, разру-
шается. Поэтому применять данную конструкцию ре-
комендуется  в  сочетании  с  грозозащитным  тросом. 
Это не всегда удобно.

 Строго говоря, ни один защитный аппарат не может 

одинаково  хорошо  противостоять  перенапряжени-
ям, вызванным прямыми ударами молнии в провод и 
индуктированными. Все дело в энергии, которую не-
обходимо отвести (пропустить через себя) аппарату. 
При малой энергоемкости защитного устройства на-
ступает тепловой пробой аппарата, при большой — 
значительно увеличиваются габариты и имеет место 
инерционность  развития  процесса.  Поэтому,  когда 
речь  идет  о  грозозащите  объекта,  необходимо  го-
ворить  о  комплексе  мер,  выполнение  которых  даст 
ожидаемый результат.

Еще  один  аппарат  для  защиты  ВЛЗ  от  грозовых 

перенапряжений,  который  в  последние  5-10  лет 
стал массово применяться длинно-искровой разряд-
ник  (РДИ)  (рис.  5).  Металлический  стержень,  поверх 
которого  нанесен  слой  изоляции,  крепится  одним 
концом на заземленную часть опоры, а другим, с ме-
таллической  трубкой,  располагается,  при  помощи 
фиксирующего крепления, рядом с прокалывающим 
зажимом СИП. Между зажимом и трубкой существует 
воздушный  промежуток.  Особенность  данного  раз-
рядника — это отсутствие дугового разряда, т.к. при 
пробое  воздушного  промежутка  вследствие  грозо-
вого перенапряжения, развивается скользящий раз-
ряд по поверхности изоляции. Разряд не переходит в 
дуговое перекрытие. Конструкции РДИ различны для 

Рис. 4. Установка ОПН 
с последовательно 
включенным искровым 
промежутком на Вл, 
выполненной СИП

Рис. 5 Установка РДИ на 
Вл, выполненной СИП


Page 5
background image

КАБЕЛЬ−news / № 4 / апрель  2009

34

Актуально

защиты  от  ПУМ  и  индуктированных  грозовых  пере-
напряжений прежде всего длиной пути разряда. Раз-
рядный  элемент  РДИ,  вдоль  которого  развивается 
скользящий  разряд,  имеет  длину,  в  несколько  раз 
превышающую  длину  импульсного  перекрытия  за-
щищаемой  изоляции.  Конструктивные  особенности 
разрядника  обеспечивают  более  низкое  разрядное 
напряжение  при  грозовом  импульсе  по  сравнению 
с  разрядным  напряжением  защищаемой  изоляции. 
Еще одна важная особенность РДИ — это то, что токи 
протекают  вне  аппарата.  Т.е.  сам  разрядник  пред-
ставляет собой кусок кабеля, внутри которого ток не 
протекает,  соответственно  разрядник  не  может  ни 
перегреться, ни пробиться. 

Описание других способов грозозащиты ВЛ, таких, 

как использование защитных искровых промежутков, 
применение трубчатых разрядников, «дугозащитных 
рогов»  автор  считает  нецелесообразным,  ввиду  их 
запрещения («дугозащитные рога»), либо низкой эф-
фективности.

И  в  заключение  несколько  слов  об  особенностях 

установки рассмотренных выше защитных аппаратов 
на ВЛ. Будем иметь ввиду, что ВЛ 6-20 кВ работают в 
режиме  с  изолированной  или  компенсированной 
нейтралью,  поэтому  токи  однофазного  замыкания 
на землю, возникающего при грозовых перекрытиях, 
легко гасятся любым защитным аппаратом. Сложнее 
обстоит  дело  при  2-фазных  и  3-фазных  перекрыти-
ях. Для защиты изоляции ВЛ при 2-фазных перекры-
тиях  необходимо  располагать  защитные  аппараты 
параллельно  изоляторам  и  с  последовательным  че-
редованием  фаз,  т.е.  на  первой  опоре  аппарат  уста-
навливается на фазу «А», на второй — на фазу «В», на 

третьей — на фазу «С», на четвертой — снова на фазу 
«А».  При  такой  схеме  ток  короткого  замыкания  про-
текает по пути, включающем удвоенное сопротивле-
ние заземления опоры. Величина тока уменьшается, 
тем самым создаются более комфортные условия для 
работы  защитного  аппарата.  Данная  схема  разме-
щения  разрядников  наиболее  оптимальна,  хотя  она 
и  не  защищает  линию  от  отключения.  Следует  заме-
тить,  что  данная  компоновка  защитных  аппаратов 
используется для защиты линии от индуктированных 
перенапряжений.  При  защите  от  ПУМ  необходимо 
устанавливать  устройства  защиты  параллельно  изо-
ляторам  на  каждой  фазе  каждой  опоры,  либо  (как  в 
случае с ОПН) использовать грозозащитный трос. Для 
случаев  двухцепной  ВЛ  на  одной  опоре  разрядники 
устанавливаются на одинаковых фазах разных цепей. 

В  соответствии  с  «Методическими  указаниями…» 

также  должна  выполняться  и  защита  подходов  ВЛ 
6-10 кВ к ПС 35-110/6-10 кВ. Она выполняется путем 
установки  комплекта  защитных  аппаратов  на  рас-
стоянии  200-300  м.  от  ПС.  Ранее  для  этих  целей  ис-
пользовались трубчатые разрядники, сейчас, в силу 
лучших  характеристик,  применяют  ОПН,  либо  ОПН 
в  сочетании  с  искровым  промежутком.  Аппараты 
устанавливаются на каждую фазу и служат для среза 
фронта волны, набегающей на ПС. Кроме того, предъ-
являются повышенные требования к типу опор и ве-
личине их заземления на подходе ВЛ к ПС. 

Подводя  итог  данной  работе  можно  сказать,  что 

проблема  повышения  грозоупорности  ВЛЗ  6-20  кВ 
должна  рассматриваться  как  система  уравнений  со 
множеством  неизвестных.  Нельзя  сводить  решение 
данной  задачи  просто  к  выбору  универсального 
средства, позволяющего решить  все  проблемы сра-
зу.  При  принятии  решения  необходимо  провести 
анализ первичного материала, как-то: район трассы 
ВЛ,  удельное  сопротивление  грунтов  в  месте  про-
хождения линии, материал опор, на которых постро-
ена линия, вид изоляции ВЛЗ, число грозовых часов в 
регионе, сопоставить это с экономическим ущербом 
от  повреждения  линии  из-за  грозы.  Только  после 
выполнения  анализа  можно  будет  остановиться  на 
конкретных мерах защиты ВЛЗ от грозовых перена-
пряжений.  Также  необходимо  понимать,  что  приня-
тые меры не могут одинаково эффективно защитить 
ВЛЗ во всех случаях. Грозозащита должна выбирать-
ся исходя из требуемой надежности, а надежность, в 
свою очередь — это величина вероятностная. 

а. В. Виноградов — главный специалист  

отдела подготовки технических условий

ОаО «МРСК Северо-Запада»

А. В. Виноградов —  

главный специалист 

отдела подготовки 

технических условий 

ОАО «МРСК Северо-Запада», 

автор статьи


Читать онлайн

В последнее время в распределительных сетях ОАО МРСК Северо-Запада», как, впрочем, и в других распределительных сетевых компаниях, все больше работ выполняется с применением самонесущего и изолированного проводов. Это и понятно: СИП компактен, надежен, безопасен в отношении электротравматизма. При эксплуатации отсутствует схлестывание проводов, их обрывы (вследствие грамотно подобранной арматуры). Однако, при всех видимых достоинствах, у СИП есть и недостаток: ВЛ, выполненные изолированным проводом, нуждаются в особой защите от грозовых перенапряжений.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 3(72), май-июнь 2022

Сравнительный анализ мероприятий по повышению надежности передачи электрической энергии в распределительных сетях

Управление сетями / Развитие сетей Энергоснабжение / Энергоэффективность Воздушные линии
Гвоздев Д.Б. Иванов Р.В.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»