Защита ВЛ 10 кВ от грозовых перенапряжений

По данным РАО «ЕЭС России», общая протяженность, находящихся в эксплуатации в Российской Федерации ВЛ 6 и 10 кВ превышает 1200 тыс. км.

Надежность электроснабжения потребителей в значительной мере определяется надежностью работы ВЛ 6 и 10 кВ. В силу ряда объективных и субъективных причин надежность работы ВЛ 6 и 10 кВ является относительно низкой.

Внедрение в нашей стране распределительных ВЛ с проводами, защищенными изоляцией (ВЛЗ), которые имеют ощутимые эксплуатационно-техническими преимущества перед ВЛ с неизолированными проводами по меньшей повреждаемости, надежности электроснабжения потребителей, безопасности, габаритам, предопределяет необходимость применения какой-либо системы их грозозащиты для предотвращения пробоев изоляции и пережога проводов силовым током короткого замыкания.

Особенностью проблемы грозозащиты ВЛЗ является то, что в случае отсутствия специальных мер, при грозовом перекрытии изоляторов линии, сопровождаемом пробоем твердой изоляции провода, образующаяся с большой вероятностью дуга промышленной частоты не имеет возможности перемещаться по проводу и горит в месте пробоя изоляции до момента отключения линии. Это может привести к обжигу изоляции провода, изоляторов линии, а в случае больших токов короткого замыкания — к пережогу провода.

Длительное время защита ВЛЗ от грозовых перенапряжений осуществлялась с использованием так называемых устройств УЗД или, как еще называют эти устройства, «дугоотводных рогов».

УЗД являются самым простым и наиболее дешевым средством грозозащиты ВЛЗ, однако обладают рядом недостатков.

При питании некоторых ответственных потребителей недопустимо полное прерывание питания даже на паузу АПВ. Но при установке на линии устройств грозозащиты типа УЗД количество отключений ВЛ сильно увеличивается, т.к. многие из однофазных замыканий УЗД переводят в межфазные, что приводит к отключению ВЛ. Именно этот принцип и лежит в основе работы устройства и обеспечивает гашение силовой дуги.

Еще одним недостатком данной системы является возможность межфазного замыкания при попадании на дугозащитные рога посторонних предметов (например в лесистой местности), что может привести к выходу линии из строя уже на продолжительное время.

Кроме того, УЗД защищая от пережога непосредственно защищенные изоляцией провода, не защищают от перекрытия изоляторы ВЛ, что не лучшим образом сказывается на состоянии изоляторов ВЛ в целом.

Для решения данной проблемы двумя предприятиями: ЗАО «МЗВА» и ЗАО «ПолимерАппарат» было предложено новое устройство — УЗПН, которое в 2007 году было сертифицировано в системе ГОСТ-Р и успешно аттестовано с рекомендацией к применению комиссией ОАО «ФСК ЕЭС».

Выдерживаемое импульсное напряжение изоляторов, применяемых на ВЛ 10 кВ, составляет 135-145кВ. Набегающая на изолятор (обычно ШФ-20) ВЛ 10 кВ волна индуктированного перенапряжения может иметь амплитуду до 300 кВ и соответственно способна привести к перекрытию изолятора с образованием силовой дуги, горение которой впоследствии может поддерживаться током и напряжением промышленной частоты. Соответственно возникает опасность пережога провода защищенного изоляцией данной силовой дугой.

Для исключения вышеуказанных процессов параллельно изолятору через искровой промежуток подключается устройство УЗПН.

Выдерживаемое импульсное напряжение искрового промежутка УЗПН составляет 92 кВ. Соответственно при набегании на изолятор ВЛ 10 кВ волны перенапряжения с амплитудой более 92 кВ в момент t1 (рис.1) искровой промежуток УЗПН будет перекрыт с образованием силовой дуги между электродами УЗПН. В этот момент сопротивление ОПН входящего в конструкцию УЗПН значительно снизится. Остающееся при этом напряжение на УЗПН, а соответственно и на параллельно подключенном в цепь изоляторе, не будет превышать уровня 47,5 кВ, что обусловлено параметрами примененных в конструкции ОПН варисторов. Тем самым изолятор будет защищен от перекрытия силовой дугой, а провод от пережога.

После снятия грозового перенапряжения и снижения напряжения на УЗПН до штатного напряжения в 10кВ ток через ОПН, за счет возврата его сопротивления до исходных значений ограничивается до величины в несколько mA (рис. 2), при котором существование дуги в искровом промежутке не возможно, и дуга гаснет.

В заключении необходимо отметить, что стоимость УЗПН лишь незначительно превышает стоимость ранее широко применявшихся устройств типа УЗД, при этом многократно повышая надежность работы ВЛЗ в целом.