Кабельно-проводниковая продукция и аксессуары

Защита ВЛ 6, 10 кВ от грозовых перенапряжений и пережога проводов при помощи длинно-искровых разрядников

Защита ВЛ среднего класса напряжения 6-70 кВ от грозовых перенапряжений и пережога защищенных проводов является весьма актуальной задачей. В некоторых странах для этих целей пытаются применять ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН). Основным недостатком, определяющим техническую и экономическую нецелесообразность применения ОПН для грозозащиты воздушных линий (ВЛ), является то, что они выходят из строя при прямых ударах молнии (ПУМ). Эта крайне отрицательная их характеристика неоспорима и признается самими разработчиками ОПН (см., например, [1, 2]).

В Японии накоплен большой опыт применения ОПН с воздушным промежутком для грозозащиты ВЛ 6,6 кВ. Эти устройства относительно успешно работают только в сочетании с грозозащитным тросом. Причем, увеличение энергоемкости ОПН, само по себе, не решает проблемы их разрушения от ПУМ. Даже в случае применения грозозащитных тросов наблюдаются повреждения ОПН при ПУМ с большими токами [3]. Следует отметить, что это весьма дорогое решение, т.к. для надежной защиты ВЛ помимо установки троса необходимо установить ОПН параллельно каждому изолятору ВЛ.

Длинно-искровые разрядники (РДИ) принципиально отличаются от всех известных аппаратов и устройств грозозащиты, прежде всего, тем, что не подвержены повреждениям от токов грозовых воздействий, т.к. токи протекают по каналу разряда вне аппарата в воздухе. Это обусловлено их уникальными принципом действия и конструктивными параметрами, которые и предопределили успешную возможность их массового повсеместного применения для грозозащиты распределительных электрических сетей с необходимо высокой степенью надежности.

Длинно-искровые разрядники рекомендованы ФСК ЕЭС для защиты ВЛ от грозовых перенапряжений и пережога проводов [4,5].

К настоящему моменту более 100 тыс. РДИ петлевого типа (РДИП) установлены и успешно эксплуатируются на ВЛ 10 кВ.

В ноябре 2006 года состоялась межведомственная комиссия ФСК по приемке трех новых типов РДИ 10 кВ: РДИ шлейфового типа (РДИШ-10); РДИ модульного типа с длиной перекрытия по поверхности 1,5 м (РДИМ-10-1,5); РДИ модульного типа для компактных ВЛ (РДИМ-10-К).

Принцип работы разрядников основан на использовании эффекта скользящего разряда, который обеспечивает большую длину импульсного перекрытия по поверхности разрядника. За счет этого, а также благодаря разбиению канала разряда на части промежуточными электродами, исключается переход импульсного перекрытия в силовую дугу тока промышленной частоты. Настоящая статья посвящена описанию принципов работы, конструкций и областей применения указанных выше разрядников.

РДИ шлейфового типа (РДИШ-10)


Разрядник предназначен для защиты ВЛ напряжением 6, 10 кВ трехфазного переменного тока с защищенными и неизолированными проводами от индуктированных грозовых перенапряжений и их последствий.

Конструкция РДИШ-10 показана на рис. 1. Основным элементом разрядника является отрезок специального кабеля с алюминиевой монолитной жилой O 9 мм и трехслойной изоляцией из сшитого полиэтилена (ПЭ) общей толщиной около 4 мм. Прилегающий к жиле слой выполнен из проводящего ПЭ, средний слой-из чисто изоляционного ПЭ, а наружный слой — из светостабилизированного трекингостойкого ПЭ. На одном из плечей отрезка кабеля установлены промежуточные кольцевые электроды, обеспечивающие разбиение канала перекрытия на отдельные отрезки. Кабель снабжен алюминиевыми оконцевателями, через которые жила кабеля выступает за пределы изоляции. Разрядник крепится к проводу за эти выпуски с использованием зажимов. В средней части кабеля установлена металлическая трубка, за которую, посредством скобы и обвязки вязальной проволокой, осуществляется крепеж разрядника к изолятору. К штырю этого же изолятора, напротив металлической трубки, устанавливается стержневой электрод для обеспечения необходимого искрового промежутка.


Соединительные зажимы изготовлены из стали, покрытой защитным слоем цинка, и имеют конструкцию, обеспечивающую надежное крепление разрядника к проводу ВЛ. Конструкция зажима имеет две модификации, позволяющие устанавливать разрядник как на неизолированные провода, так и на защищенные провода, для которых зажим имеет прокусывающие шипы.

Для достижения необходимого искрового промежутка 20-40 мм возможно изгибание стержневого электрода, путем приложения усилия после его установки.

При возникновении на проводе ВЛ индуктированного грозового импульса перенапряжения металлическая трубка на кабеле разрядника приобретает тот же высокий потенциал, что и провод (вследствие большой емкостной связи между трубкой и жилой кабеля). Поэтому первоначально практически все грозовое перенапряжение оказывается приложенным к искровому воздушному промежутку между трубкой и заземленным стержневым электродом. При напряжении порядка 50-70 кВ промежуток пробивается, и металлическая трубка на поверхности кабеля приобретает нулевой потенциал земли. Таким образом перенапряжение оказывается приложенным между жилой кабеля и металлической трубкой на его поверхности. Под воздействием этого перенапряжения вдоль поверхности изоляции разрядника развивается скользящий разряд, который проходит от металлической трубки через промежуточные кольцевые электроды к соответствующему оконцевателю. Таким образом провод ВЛ оказывается связанным с заземленной опорой через длинный канал разряда, который разбит на отдельные отрезки кольцевыми электродами. После прохождения импульсного тока грозового перенапряжения по каналу разряда протекает сопровождающий ток промышленной частоты. Однако при первом переходе тока через ноль разряд гаснет, не переходя в силовую дугу, что предотвращает возникновение короткого замыкания и отключение ВЛ.

Конструкция разрядника, кроме того, обеспечивает усиление крепления провода на опоре, то есть разрядник заменяет обычный шлейф двойного крепления.

Разрядники РДИШ-10 целесообразно применять для защиты ВЛ 6, 10 кВ от индуктированных грозовых перенапряжений в тех случаях, когда необходимо применять двойное крепление проводов. Их надо устанавливать по одному на опору с чередованием фаз, так же как РДИП [4]. Например, на первой опоре на фазе А устанавливается РДИШ-10 (а на фазах В и С — обычные металлические шлейфы); на второй опоре РДИШ-10 устанавливается на фазу В (а на фазах А и С — обычные металлические шлейфы); на третьей опоре РДИШ-10 устанавливается на фазу С (а на фазах А и В — обычные металлические шлейфы) и т. д.

РДИ модульного типа с длиной перекрытия по поверхности 1,5 м (РДИМ-10-1,5)


Возможны различные варианты исполнения РДИ. Наилучшими вольт-секундными характеристиками обладают РДИ модульного типа (РДИМ), что позволяет с их помощью защитить изоляцию ВЛ не только от индуктированных перенапряжений, но и от прямых ударов молнии в линию.

РДИМ состоит из двух отрезков кабеля с корделем, выполненным из резистивного материала. Отрезки кабеля сложены между собой так, что образуются три разрядных модуля 1, 2, 3 (см. рис. 2 а, б).
 


Отрезки резистивного корделя подсоединяются к металлическим оконцевателям через внутренние искровые промежутки И1, И2, И3, И4.

При воздействии импульса грозового перенапряжения они перекрываются и резистивный кордель верхнего отрезка кабеля, имеющий сопротивление R, выносит высокий потенциал U на поверхность нижнего отрезка кабеля в его средней части.

Аналогично, резистивный кордель нижнего отрезка кабеля, имеющий также сопротивление R, выносит низкий потенциал 0 на поверхность верхнего отрезка кабеля в его средней части.

Таким образом, к каждому разрядному модулю одновременно приложено полное напряжение U и для всех трех разрядных модулей 1, 2, 3 созданы условия для одновременного начала развития скользящих разрядов, которые, при перекрытии соответствующих модулей, создают единый, длинный канал перекрытия.

Основные составные части и вариант установки разрядника приведены на рис. 3, 4.
 

 


Разрядник состоит из двух отрезков кабеля из полиэтилена высокого давления с резистивным корделем, соединенных между собой хомутами.

Разрядник снабжен оконцевателями, с помощью которых он присоединяется при помощи универсального зажима к проводу и при помощи кронштейна крепления к опоре ВЛ. Элементы крепления дополнительно соединены с траверсой посредством шины для осуществления заземления.

Конструкция зажима для провода имеет две модификации, позволяющие устанавливать разрядник как на неизолированные провода, так и на защищенные провода, для которых зажим имеет прокусывающие шипы.

При возникновении на проводе ВЛ индуктированного грозового импульса или при прямом ударе молнии в линию вдоль поверхности изоляции разрядника развивается скользящий разряд.

После прохождения импульсного тока разряд гаснет, не переходя в силовую дугу, что предотвращает возникновение короткого замыкания и отключение ВЛ. Разрядник целесообразно применять для защиты участков линии, подверженных прямым ударам молнии, а также для защиты подходов к подстанциям ВЛ на деревянных опорах или на железобетонных опорах с изоляторами ШФ20Г или аналогичных им по классу напряжения.

РДИ модульного типа для компактных ВЛ (РДИМ-10-К)


Разрядник предназначен для защиты от индуктированных грозовых перенапряжений и их последствий воздушных линий электропередачи (ВЛ) напряжением 6, 10 кВ трехфазного переменного тока с неизолированными и защищенными проводами компактного исполнения с расстоянием между соседними проводами около 0,5 м и с изоляторами класса 20 кВ в районах со степенью загрязнения не выше II.

Основные составные части и вариант установки разрядника на промежуточной опоре одноцепной ВЛ приведены на рис. 5 и 6.


Разрядник состоит из двух отрезков кабеля с резистивным корделем и стержневого изолятора в виде тонкого жгута из силиконовой резины (см. рис. 5). Стержневой изолятор снабжен оконцевателями, с помощью которых разрядник крепится одним концом к проводу, а другим-к опоре, и служит для обеспечения необходимой механической прочности разрядника, а также для создания внешних искровых разрядных промежутков.

Отрезки кабеля крепятся к стержневому изолятору при помощи металлических втулок, образуя три разрядных модуля.


Закрепление разрядника на ВЛ (см. рис. 6) производится с помощью крепежного зажима. Конструкция крепежного зажима разрядника может быть изменена и иметь форму, адаптированную под конкретные условия крепления разрядника на опоре ВЛ.

При воздействии импульса грозового перенапряжения сначала перекрываются искровые промежутки по поверхности стержневого изолятора с обоих его концов между металлическими оконцевателями и крайними втулками крепления к нему отрезков кабеля.

Импульсное напряжение благодаря проводящим свойствам внутренних корделей двух отрезков кабеля прикладывается одновременно к трем разрядным модулям, при искровом замыкании которых формируется общий длинный канал перекрытия разрядника [6].

После прохождения импульсного грозового тока разряд гаснет, поскольку при заданной длине канала перекрытия силовая дуга не устанавливается, что предотвращает возникновение короткого замыкания и отключение ВЛ.

На одноцепных ВЛ разрядники устанавливаются по одному на каждую опору параллельно изолятору только средней фазы.

На двухцепных ВЛ разрядники устанавливаются по 2 шт. на каждую опору, по одному разряднику так же только на среднюю фазу каждой из цепей.

Благодаря такому способу установки разрядников на компактных ВЛ при воздействии индуктированных перенапряжений возможно только однофазное замыкание на землю. При этом сопровождающий ток является емкостным и в подавляющем большинстве случаев не превышает 10 А.

Поэтому относительно небольшой длины пути перекрытия по разряднику достаточно для гашения сопровождающего тока [6].

При воздействии индуктированного перенапряжения на ВЛ срабатывают разрядники, установленные на средней фазе, и она приобретает нулевой потенциал.

Благодаря большому коэффициенту связи между средней и крайней фазами компактной ВЛ, а также вследствие падения напряжения на сопротивлении заземления опор от тока, протекающего через сработавший разрядник, напряжение на изоляторах крайних фаз не превышает их разрядное напряжение. Таким образом все три фазы ВЛ оказываются защищенными от индуктированных перенапряжений [6].

Выводы


Рассмотренные разрядники длинно-искровые целесообразно применять для защиты ВЛ 6, 10 кВ с защищенными и неизолированными проводами в следующих случаях:
1. РДИШ-10 (шлейфового типа) — в тех случаях, когда необходимо осуществлять двойное крепление проводов.
2. РДИМ-10-1,5 (модульного типа с длиной перекрытия 1,5 м) — для защиты участков линии, подверженных прямым ударам молнии, а также для защиты подходов к подстанциям ВЛ на деревянных опорах или на железобетонных опорах с изоляторами ШФ20Г или аналогичных им по классу напряжения.
3. РДИМ-10-К (модульного типа, компактный) — для защиты ВЛ компактного исполнения с расстоянием между соседними проводами около 0,5 м и с изоляторами класса 20 кВ в районах со степенью загрязнения не выше II.


Г.В. Подпоркин, д. т. н., А.Д. Сиваев, к. т. н.
ОАО «НПО Стример», С. Петербург


www.streamer.ru


Список литературы
1. Markku Kokkonen «Development of Lightning Protection for Covered Conductor», ICCC 2000.
2. T. A. Short, R. H. Ammon «Monitoring Results of the Effectiveness of Surge Arreser Spacins on Distribution Line Protection», IEEE Trans. On Power Delivery, Vol. 14, No. 3, July 1999, pp.1142-1150.
3. K. Nakada et. al. «Energy Absorption of Surge Arresters on Power Distribution Lines due to Direct Lightning Strokes-Effects of an Overhead Ground Wire and Installation Position of Surge Arresters», IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.12, No. 4, October 1997, pp.1779-1785.
4. «Методические указания по защите распределительных электрических сетей напряжением 0,4…10 кВ от грозовых перенапряжений», ФСК, 2005.
5. «Положение о технической политике ОАО «ФСК ЕЭС» в распределительном электросетевом комплексе», ФСК, 2006.
6. Г.В. Подпоркин, В.Е. Пильщиков, А.Д. Сиваев «Защита ВЛ 6 -10 кВ от грозовых перенапряжений посредством длинно-искровых разрядников модульного типа», «Энергетик» 2003, №1, стр. 27-29.

Обсудить на форуме

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно