Определение числа ударов молнии в ЛЭП и число аварий на ЛЭП на деревянных опорах

Определение числа ударов молнии в ЛЭП и числа аварий на ЛЭП на металлических опорах

Число ударов молнии в ЛЭП можно определить по “Руководящим указаниям по расчету зон защиты стержневых и тросовых молниеотводов”[9] по формуле:

n×N= 2 3.5h_ч n×_s× l 10×^-3, где l- длина ЛЭП в км;h– высота опоры в м,n _ч – число грозовых часов (в Омскойn _ч= 40-60 в год);n_s– число ударов в 1 км²за один грозовой час (n_s47 раз.»h(рис.2.1). Например, для ЛЭП длиной 100 км на опорах высотой 20 м получимN×3,5×= 0.067). Т.е. ЛЭП собирает все удары молнии с полосы шириной 2

В новом издании “Руководства по защите электрических сетей 6-1150 кВ” [2] k×эта формула изменена N= 2_hp×h×_o× l 10×^-3,гдеp_o– плотность ударов молнии на землю в 1 км²p_on×= 0.05 _ч (т.е.n_sуменьшено до 0.05);k_h– коэффициент, учитывающий зависимость ширины полосы, с которой ЛЭП собирает боковые удары, от высоты опорыh(рис. 2.2). Т.е.k_h= 1.3 – 3.8, а не 3.5 как было раньше, но дляh=20 мk_h≈ 3,5.

Рис. 2.1. Ширина полосы, с которой Рис. 2.2. Зависимость Kh=f(h)

ЛЭП собирает удары молнии

Число аварий на ЛЭП приNударов молнии в ЛЭП можно оценить по формуле [5]:N_ав=NP(I_м)P_дb(1 -_АПВ)

Дело в том, что из всех ударов Nопасны только те, которые будут завершаться перекрытиями гирлянд (рис. 3.1,а) - , где − вероятность перекрытия, оно произойдет, если ток молнииI_м превысит уровень грозоупорности, который для ЛЭП на металлических опорах определяется по формулеI_м = ,гдеU– напряжение импульсного перекрытия гирлянды;Zэ - эквивалентное сопротивление цепи в месте удараZэ = 70 – 120 Ом.

Но из всех перекрытий опасны только те, при которых импульсное перекрытие заканчивается дуговым. Вероятность перехода импульсного замыкания в дуговое для ЛЭП на металлических опорах равна: на 35 кВ P_д = 0.6 – 0.7; на 110 кВ и вышеP_д b= 0.9 – 1.Для ЛЭП с автоматическим повторным включением (АПВ) авариями будут только те случаи, когда АПВ будут не успешными (_АПВ b– коэффициент успешности АПВ)._АПВ = 0.75 – 0.9. Расчетный показатель грозоупорностиn_ав = 1/N_ав 7 – 15 лет.»

Определение числа ударов молнии в ЛЭП и число аварий на ЛЭП на деревянных опорах

n×h×3.5×Число ударов молнии в ЛЭП на деревянных опорах определяется также как и на металлических N= 2_ч n×_s× l 10×^-3. Но ЛЭП на деревянных опорах тросами не защищаются, потому что применение тросов не увеличивает показателя грозоупорности ЛЭП. Поясним это примером. Число аварий на ЛЭП на деревянных опорах можно оценить по формуле:N_ав=N·P(I_м)·P_дb·(1 -_АПВ), гдеN– число ударов молнии в ЛЭП;P(I_м) - вероятность, что ток молнии превысит уровень грозоупорности;P_дb- вероятность перехода импульсного замыкания в дуговое;_АПВ – коэффициент успешности АПВ.

Число аварий на ЛЭП на металлических опорах определяется по такой же формуле. Однако, у ЛЭП на деревянных опорах меньше вероятности P_д иP(I_м).

Например, вероятность перехода импульсного замыкания в дуговое для ЛЭП на 35 кВ: на металлических опорах P_д = 0.6 – 0.7; на деревянных опорахP_д = 0.1 – 0.15. Это объясняется тем, что на металлических опорах перекрывается гирлянда изоляторов (рис.3.1,а) и такое перекрытие обычно завершается дуговым.

На деревянных опорах (нейтраль изолирована) перекрытие возможно только между проводами вдоль двух гирлянд и траверсы (рис.3.1,б). А такой длинный искровой канал очень редко переходит в дуговой.

а) б)

Рис. 3.1. Пути перекрытия для: а) ЛЭП на металлических опорах; б) ЛЭП на деревянных опорах

Уровень грозоупорности для ЛЭП на деревянных опорах определяется по формуле

I_м = , гдеk_п - коэффициент связи между проводами k_п= 0.2 – 0.3. Он учитывает то, что при пробегании волны по одному проводу, на другом индуцируется волна той же полярности.

Поэтому не смотря на то, что все удары молнии у ЛЭП на деревянных опорах попадают в провод, они редко приводят к дуговому замыканию и отключению ЛЭП.

Показатель грозоупорности ЛЭП на деревянных опорах не ниже показателя грозоупорности ЛЭП на металлических опорах и трос не требуется.

4. Устройство и назначение трубчатого разрядника. Можно ли защитить трансформатор трубчатым разрядником?

Основу трубчатого разрядника (ТР) составляет трубка из газогенерирующего материала (рис.4.1). Один конец трубки закрыт крышкой со стержневым электродом, на другом конце электрод в виде кольца. ТР имеет два искровых промежутка: внешний S1 и внутреннийS2. Внешний служит для разрыва цепи, иначе трубка будет постоянно разлагаться под действием токов утечки. ТР работает так. Под действием грозового импульса, пробиваются оба промежутка, по образовавшемуся каналу начинает течь сопровождающий ток промышленной частоты и искровое замыкание переходит в дуговое. Под воздействием канала дуги в трубке идет интенсивное выделение газа, давление увеличивается, происходит выхлоп и дуга гаснет.

Рис.4.1. Принципиальная схема трубчатого разрядника

Марка ТР − РТФ означает, что ТР на 110 кВ имеет диапазон отключаемых токов 0.8 - 5 кА.

Трубка может быть из фибры (РТФ), которая обматывается сверху бакелизированной бумагой и пропитывается влагостойким лаком. У трубки из винипласта (РТВ) верхний предел отключаемых токов до 15 кА. Для повышения этого предела до 30 кА на винипласт наносится многослойная обмотка из стеклоткани, пропитанной эпоксидной смолой (РТВУ – усиленная).

Трубчатые разрядники используются для защиты от грозовых импульсов ослабленной изоляции ЛЭП и подходов к подстанции.

Можно ли защитить трансформатор трубчатым разрядником?

Для защиты изоляции электрооборудования станций и подстанций, а также линий электропередач от грозовых и коммутационных перенапряжений применяются защитные промежутки, трубчатые разрядники, вентильные разрядники и ограничители перенапряжений. На действующих подстанциях пока основным средством защиты изоляции электрооборудования станции и подстанции являются вентильные разрядники [1]. Защитные промежутки и трубчатые разрядники используются лишь как дополнительное средство. Для пояснения этого на рис.4.2 приведены вольт-секундные характеристики изоляции и защитных аппаратов.

Рис. 4.2. Вольт-секундные характеристики изоляции (2), вентильного разрядника (1), трубчатого разрядника и защитного промежутка (3).

Наклон вольт-секундной характеристики определяется коэффициентом импульса

гдеU_.имп - импульсное пробивное напряжение;U₅₀ - пробивное напряжение на промышленной частоте.

Коэффициент импульса разрядников III−IVгруппk_и = 1,3-1,5,а трубчатых разрядников k_и = 1,8−2,0).Вольт-секундная характеристика вентильного разрядникаIII−IVгрупп хорошо согласуется с вольт-секундной характеристикой изоляции и лежит на 20-25 % ниже ее. А вот защитный промежуток и трубчатый разрядник не могут защитить изоляцию во всем диапазоне волн. Поэтому вентильные разрядники (или ОПН) должны быть установлены на всех подстанциях 35 кВ и выше, если к ним подходят воздушные линии [1].