Файл: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук, профессор Абрамович Б. Н. СанктПетербург 199.doc

Т.к. в Ленэнерго основная часть (почти все опоры) ВЛ 6(10) кВ железо­бетонные и металлические, то принято решение о применении принципиаль­но нового подхода к грозозащите ВЛИ, основанного на использовании длин- нойскровых грозозащитных разрядников (ДИГР) простых по конструкции и вследствие этого надежных и дешевых устройств [65].

После грозового перекрытия изоляции вероятность установления сило­вой дуги главным образом зависит от средней напряженности электрического поля, создаваемой рабочим напряжением линии на канале перекрытия.

Физические закономерности, связанные с переходом импульсного пере­крытия в силовую дугу, исследовались в разных лабораториях мира [22, 28, 29, 59, 86, 88, 89, 105]. На основе обобщения результатов этих исследований и опыта эксплуатации действующих ВЛ в России принято нормативное соот­ношение, позволяющее оценивать вероятность возникновения силовой дуги при грозовых перекрытиях изоляции [19].

Р_д =(1,59£/_ф//,-б)1(Г² =(1,59^-б)10"², (4.1)

где: Е = Цф/L - средняя напряженность электрического поля на канале пере­крытия, кВ/м;

11ф - фазное напряжение BJI, кВ;

L - длина пути перекрытия, м.

Формула (4.1) справедлива при Е > 10 кВ/м. При Е < 7 кВ/м образование силовой дуги практически невозможно [32, 54, 87, 90, 91, 94]. Р_д = 0, при Е < 7 кВ/м. Как видно из (4.1), при заданном номинальном напряжении вероят­ность возникновения дуги приблизительно обратно пропорциональна длине пути перекрытия. Поэтому за счет увеличения L можно снизить Р и, следова­тельно, сократить число отключений линии.

Разрядные напряжения по поверхности изолированных проводов ВЛИ 6(10) кВ весьма низкие. Так, например, в [104] исследовались пробивные на­пряжения полиэтиленовой изоляции изолированного провода. Авторы отме­чают, что первоначально они испытывали затруднения при испытаниях: при импульсном напряжении 150 кВ разряд скользил по поверхности, причем длина перекрытия по поверхности достигала 15 м, а твердая изоляция тол­щиной 3 мм не пробивалась. Аналогичный феномен отмечен в [84]. Сходные результаты были получены при испытаниях различных конструкций изолиро­ванных проводов в НПО "Стример" [63, 65].

---

На линиях с деревянными опорами, являющимися дополнительными изоляторами, длина пути перекрытия существенно больше, чем на линиях с металлическими или бетонными опорами. Вследствие этого вероятность воз­никновения дуги для деревянных опор существенно ниже, чем для металли­ческих или бетонных. Опыт эксплуатации показывает [89, 93], что для метал­лических опор Р_д = 0,7-й),85, а для деревянных Рд = 0,3-Ю,5.

Приведенный краткий технический анализ рассматриваемого явления позволяет установить, что улучшение грозозащиты линий электропредачи путем удлинения пути импульсного грозового перекрытия за счет использо­вания специальных длинноискровых грозозащитных разрядников (ДИГР), предотвращающих переход скользящего разряда в дуговой. Скользящий раз­ряд при этом представляет собой электрический разряд малой мощности по поверхности диэлектрика изолированного провода, возникающий вследствие частичной ионизации газообразной или жидкой среды, в которой он находит­ся, и имеет вид ярко светящихся нитей, часто разветвленных, быстро пере­мещающихся (скользящих) по поверхности.

В основных вариантах ДИГР главным элементом является отрезок изо­лированного провода длиной, в несколько раз превышающей длину изолято­ров линии. Конструктивные особенности разрядника обеспечивают его более низкую импульсную электрическую прочность по сравнению с защищаемой изоляцией. Главной особенностью предлагаемых разрядников является то, что вследствие большой длины при его импульсном перекрытии вероятность установления дуги короткого замыкания практически сводится к нулю, за счет чего существенно сокращается количество отключений В ЛИ. Разрабо­танные разрядники в зависимости от способа их установки по отношению к защищаемой фазной изоляции разделяются на конструкции параллельной и последовательной установки с изолятором.

Основной технической характеристикой длинно-искровых разрядников является длина скользящего разряда по поверхности изоляции, обеспечи­вающая необходимое условие для воспрепятствования образованию силовой дуги в момент импульсного грозового перекрытия, а значит работу линии без отключения.

Принятый критерий Е_доп < 7 кВ/м (Е_доп = иф/Ь - средний градиент фазно­го напряжения вдоль суммарного пути импульсного перекрытия Ь), практи­чески гарантирует отсутствие дуговых замыканий при грозовых перенапря­жениях. Исходя из длины импульсного грозового перекрытия определяется один из конструктивных параметров длинно-искрового разрядника - длина изоляционной поверхности.

---

Данные разрядники можно разделить на два вида, исходя из способа их установки по отношению к защищаемой фазной изоляции. Путь импульсного перекрытия, в случае установки параллельно изолятору (рис.4.6 а), состоит из воздушного зазора между проводом и поверхностным металлическим элек­тродом разрядника и непосредственно поверхности изоляции разрядника.

Рассмотрим перспективные варианты длинноскровых разрядников для ВЛИ 6(10) кВ, созданные при выполнении настоящей работы. Принцип дей­ствия таких разрядников заключается в том, что при возникновении грозово­го перенапряжения формируется длинный искровой скользящий разряд по поверхности разрядника. Напряженность электрического поля на канале пе­рекрытия от напряжения промышленной частоты недостаточна для образова­ния силовой дуги вследствие большой длины разряда. Тем самым обеспечи­вается бесперебойная работа электрической сети.

На рис. 4.1 показан ДИГР установленный на опоре ВЛ 10 кВ, предназна­ченный как для линий с неизолированными, так и для линий с изолирован­ными проводами.

Отрезок жесткого изолированного провода (например стальной стержень диаметром 12 мм, покрытый слоем светостабилизированного полиэтилена) 11 укреплен на опоре 4 при помощи узла крепления 5 (например, сварки). В средней части отрезка провода 11 поверх его изоляции надета металлическая трубка 12, которая образует с проводом 1 искровой разрядный промежуток 5.







1-провод, 3-изолятор, 4-опора, 5-узел крепления(сварка), 6-грозовое перекры­тие, 11-отрезок жесткого изолированного провода, 12-металлическая трубка.

Рис.4.1. Защита линии от грозовых перенапряжений при помощи ДИГР Металлический стержень отрезка 11 имеет потенциал опоры. Благодаря большой емкости между трубкой 12 и стержнем она имеет практически тот же потенциал, что и стержень, т.е. она приблизительно имеет потенциал опо­ры 4. Таким образом перенапряжение между проводом 1 и опорой 4 будет также приложено между проводом 1 и трубкой 12. При достаточно большой величине перенапряжения искровой промежуток ^ пробьется и перенапряже­ние будет приложено между трубкой 12 и стержнем отрезка изолированного провода 11 к его изоляции. Под действием приложенного перенапряжения с трубки вдоль поверхности изоляции 11 развивается скользящий разряд в одну или обе стороны отрезка 1 1 до тех пор пока он не замкнется на конце метал­лического стержня 11 или на опоре 4.

---

Благодаря большой длине перекрытия по поверхности отрезка изолиро­ванного провода Ц_ь общая длина перекрытия Ь = Ь_п + Б оказывается весьма велика и импульсное перекрытие не переходит в силовую дугу промышлен­ной частоты.

Подключение длинноискрового разрядника между опорой и проводом через воздушный искровой промежуток обеспечивает отсутствие воздействия рабочего напряжения на изоляционное тело разрядника.

Величина воздушного зазора выбирается исходя из следующих ограни­чений.

В соответствии с [9] существуют рекомендуемые размеры основных и дополнительных промежутков, используемых на линиях электропередачи и подстанциях в качестве средств ограничения перенапряжений (табл. 4.2.7., с.409).

Эти нормы могут быть распространены и на предлагаемые длинноиск- ровые разрядники, поскольку, в соответствии с принципом их работы при грозовом перенапряжении на проводе происходит перекрытие искрового воз­душного промежутка по поверхности изоляции самого разрядника. При этом промежуток вдоль поверхности разрядника является основным. Его длина всегда заведомо больше минимально допустимого расстояния, составляюще­го 60 мм. Воздушный искровой промежуток является дополнительным и, в соответствии с нормами [9], не должен быть для класса линии 10 кВ меньше 15 мм.

С учетом специфики предлагаемого способа грозозащиты для обеспече­ния достаточной его надежности необходимо руководствоваться не только нормами [9], но и реальными конструктивно-техническими условиями рабо­ты разрядников при эксплуатации линии [37, 41, 70]. В соответствии со схе­мой установки разрядника рабочее фазное напряжение постоянно приложено к воздушному промежутку между силовым проводом и трубчатым электро­дом на поверхности изоляции разрядника, имеющим вследствие емкостной связи с внутренним стержнем и относительно низкого активного поверхност­ного сопротивления изоляции нулевой потенциал.

Для того чтобы этот воздушный промежуток не перекрывался при воз­можных коммутационных перенапряжениях, его величина должна быть не менее 30 мм.

В экспериментальных исследованиях на модели В ЛИ 10 кВ с предлагае­мыми разрядниками были получены данные по защитным характеристикам разрядника. Так, для разрядника с длиной пути перекрытия по поверхности 1 = 750 мм и воздушным зазором S = 50 мм 50% разрядные напряжения соста­вили 11^50% = 135 кВ на положительной и

---

U5o% = 105 кВ на отрицательной по­лярностях.

Соответствующие разрядные напряжения защищаемого изолятора имели следующие значения U*5o% ⁼ 146 кВ, изо% = 135 кВ.

Такое соотношение разрядных характеристик обеспечивает надежную защиту изоляции от грозовых перенапряжений вплоть до максимально воз­можных амплитуд Umax ^ 400 кВ.

При уменьшении воздушного зазора возможно незначительное улучше­ние защитных характеристик ДИГР.

Таким образом, исходя из вышеизложенного, можно установить допус­тимый диапазон для воздушного промежутка S = 30н-50 мм.

Промышленные исследования ДИГР, рассмотренных в данной главе, проводились на установке, содержащей генератор импульсных напряжений, который имел следующие параметры:

выходное напряжение 1250 кВ

емкость в ударе 64 нФ

форма импульса 1,2/50 мкс

количество каскадов 5

)
где: п ^ количество касакадов.

Промышленные исследования показали, что при толщине полиэти­леновой изоляции 4 мм, Б = 50 мм и Ь_п = 750 мм при воздействии грозо­вого импульса отрицательной полярности 50 % разрядное напряжение разрядника составляет изо % Ю5 ^КВ> а защищаемого изолятора - изо % = 130 кВ.

При общей длине грозового перекрытия Ь = Ь_п + 8 = 75 + 5 = 80 см средняя напряженность электрического поля на канале разряда от на-

---