Повреждение ВЛ от грозовых перенапряжений
Во время грозового сезона около 17 % от общего числа отключений в распределительных сетях напряжением 6-220 кВ происходит во время грозы.
В среднем, число грозовых часов в год составляет 20-60, следовательно, только 1 % времени эксплуатации сетей связан с проблемами грозовых отключений.
Большое количество нарушений в работе объектов электросетевого оборудования во время грозового сезона происходит из-за:
- прямых ударов молнии в ВЛ с перекрытием изоляции, возникновением КЗ и отключением ЛЭП;
- ударов молнии в опоры или грозотросВЛ с перекрытием изоляции и последующими КЗ и отключениями ВЛ;
- наведенных перенапряжений на ВЛ при близких ударах молнии и перекрытия изоляции с КЗ и отключением ВЛ;
- набегающих с ЛЭП на оборудование ПС грозовых перенапряжениях с повреждением силового оборудования;
- обратных перекрытий изоляции ошиновки или силового оборудования при ударах молнии в молниеотводы;
- воздействий молнии при ударах молнии на контрольные кабели и вторичное оборудование;
- прямых ударах молнии в оборудование подстанции.
Грозовая активность, например, Московской энергосистемы составляет 40-60 часов в год. При расчетном значении количество ударов молнии в территорию энергообъектов 100 уд/год, при этом в энергосистеме за 25 лет не было зарегистрировано ни одного случая повреждения высоковольтного силового оборудования на ПС и станциях от прямых ударов молнии (было зарегистрировано лишь нескольких случаев повреждения изоляторов шин высокого напряжения).
|
|
|
В то же время, примерно раз в 5 лет, происходят аварии из-за повреждения и неправильной работы систем РЗА. Примерно на порядок больше случаев повреждений систем видеонаблюдения, пожарной сигнализации и др. систем и устройств, которые не приводили к отключениям потребителей. Технологические нарушения с повреждениями силового оборудования чаще возникают из-за обратных перекрытий изоляции и от набегающих волн грозовых перенапряжений.
Средние числа грозовых отключений ВЛ 110 - 330 кВ в России близки к зарубежным показателям: 1,0 - 0,2 грозовых отключений на 100 км в год в России и 1,45 – 0,45 в США и Канаде. По общему числу автоматических отключений ВЛ 110 – 330 кВ в России значительно хуже: 9,0 – 2,0 отключения на 100 км в год, в то время как в США и Канаде 1,9 – 0,97.
Перекрытия изоляции при атмосферных перенапряжениях в условиях использования защитных мероприятий от молний в большинстве случаев сопровождаются успешным АПВ и, как правило, не приводят к перерыву в энергоснабжении. Удары молнии с прорывом защиты ЛЭП приводят к экономическим потерям на восстановление разрушенного электротехнического оборудования на ЛЭП, на ПС и часто связаны с недоотпуском электроэнергии потребителям.
|
|
|
ВЛ имеют высоту подвеса проводов более 5 м, провода подвержены риску повреждения молнией во время грозы из-за ориентации грозового разряда на высокие объекты, это приводит к отключению линий противоаварийной автоматикой и обесточиванию населённых пунктов или к авариям на ПС.
В качестве защиты токоведущих проводов используют протянутый над фазными проводами трос, заземлённый на опорах. Этот метод защиты получил широкое распространение за счёт простоты и относительной дешевизны. Тросовыми молниеотводами защищают ВЛ 110 кВ и выше, установленные на металлических и железобетонных опорах.
Для ВЛ 6-35 кВ, установленных на деревянных и др. опорах заземляющие тросы используются для молниезащиты на подходах к ПС.
Для грозозащиты обычно применяют стальной трос сечением 50-70 мм2.
Прорывы прямых ударов молнии приводят к перекрытиям изоляции к фазным и линейным КЗ с отключением ЛЭП и требуют применения специальных приемов защиты.
Применение стержневых молниеотводов
Опасность поражения и вывода из строя объектов зависит от параметров тока молнии, которые подвержены широкому статистическому разбросу.
|
|
|
От величины тока и скорости его изменения во времени зависит опасное воздействие атмосферного электричества. В Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений (РД 34.21.122-87) отсутствуют понятия о токе молнии, а в более позднем документе (Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций,
СО-153-34.21.122-2003) указаны только предельные значения тока для уровня молниезащиты, по которым предлагается оценивать грозовые перенапряжения.
Связь и вероятности прорыва молнии к защищаемому объекту при разных токах в документах не упоминается, хотя она представляет наибольший интерес для проектных организаций молниезащиты и организаций, реализующих молниезащиту на энергообъетах. Требования Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций об обязательном выполнении расчетов эффективности молниеотводов, проектные организации, как правило, заменяют выбором зон защиты, хотя в нормативных документах эти зоны даются только для одиночных и двойных молниеотводов.
В настоящее время проектные организации не рассматривают коллективное действие большого числа молниеотводов, хотя их использование позволяет существенно понизить высоту молниеприемников. Эффективность такого подхода состоит не только в снижении стоимости молниезащиты, но и в подавлении эффекта стягивания молний в направлении высоких сооружений.
|
|
|
Экспериментально показано, что число ударов молнии в стержневой молниеотвод пропорционально квадрату высоты, а так как молниеотвод устанавливается на защищаемом объекте (опоре) или вблизи его (вдоль подвода ЛЭП к ПС), снижение высоты резко сокращает число близких разрядов молнии, следовательно, и число опасных электромагнитных воздействий на коммуникации защищаемого объекта (оборудования ПС). Это важно, при массовом внедрении микропроцессорной техники, когда удары молнии сопровождаются мощными электромагнитными воздействиями на вторичные цепи управления.
Для снижения магнитного поля в защищаемом объекте целесообразно распределять ток молнии по максимально возможному числу токоотводов – естественных либо проложенных специально (увеличивая число токоотводов, удается эффективно ограничивать напряженность магнитного поля и внутри объекта и тем самым снижать уровни электромагнитных наводок в его электрических цепях).
Применение тросовой защиты
В настоящее время при изучении вероятности поражения объекта используются не только стержневые молниеприемники, а все чаще начинают использовать тросовую защиту. Для ЛЭП 110 и выше, на подходах к подстанционному оборудованию, тросовая защита становится основной.
В настоящее время расчет тросов отвода токов молнии обеспечивается определением зон защиты. Зоны защиты экспериментально определены в 40-х годах прошлого столетия с применением ГИН, которые не в полной мере отражают параметры импульсного напряжения характерного для реальной молнии. Реальные напряжения имеют различия во временных характеристиках.
Проведенные в последние годы научные лабораторные исследования на моделях показали, что для адекватного моделирования процесса поражения молнией с помощью длинной искры требуются установки, обеспечивающие необходимый импульс напряжения.
Такие установки требуют повышенной энергетики, и в настоящее время в России существует всего несколько высоковольтных генераторов, удовлетворяющих таким условиям. Для совершенствования систем молниезащиты требуется проведение экспериментальных лабораторных исследований на таких установках на крупномасштабных моделях.
В последние годы на такой установке в Высоковольтном научно-исследовательском центре в г. Истра (Московская область) были проведены такие экспериментальные исследования по сравнению эффективности молниеприемников различного типа. Статистическими испытаниями сравнивались молниеприемникистержнего и тросового типа. Было показано, что эффективность тросовыхмолниеприемников одинаковой высоты со стержневыми на порядок выше. Эти испытания подтвердили правомерность тенденции преимущественного применения тросовых молниеприемников на ответственных электроэнергетических объектах.
Учет особенностей разряда молнии по характеристикам разряда видимо приводит к более совершенной молниезащите при проектировании и формировании молниезащиты на ЛЭП 110 кВ и выше Канады, в Европейских странах.
При этом, тросовая защита имеет более стабильные и эффективные зоны приема токов молнии (см. рис. 4 ориентация разрядов от ГИН в разрядном промежутке 12 м). На рис. 4 приведен пример таких сравнительных испытаний (длина промежутка 12 м, длительность высоковольтного импульса по полувысоте 7500 мкс).
| 
| ||
| а) стержневой молниеприемник | б) тросовый молниеприемник | ||
| Рис. 4. Сравнительные испытания а) стержневого и б) тросового молниеприемника. Длина разрядного промежутка 12 м. Высота молниеприемников 3м. Наложенные фотографии 50 разрядов.
 Мы поможем в написании ваших работ! | |||