Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Воздушные линии электропередачи (ВЛ) подвержены воздействию атмосферных (грозовых) перенапряжений -- кратковременных повышений напряжения, вызванных разрядами молнии. Амплитуда грозовых перенапряжений может достигать нескольких миллионов вольт, а токи молнии -- сотен килоампер. Без надлежащей грозозащиты перенапряжения приводят к перекрытию изоляции, повреждению оборудования и аварийным отключениям.
Различают два основных механизма возникновения грозовых перенапряжений на ВЛ:
Прямой удар молнии (ПУМ) -- непосредственный разряд молнии в провод, трос или опору. При ударе в провод возникает перенапряжение, определяемое волновым сопротивлением провода и амплитудой тока молнии. При ударе в опору или трос ток молнии стекает через сопротивление заземления, и на опоре развивается напряжение, которое может вызвать обратное перекрытие изоляции от опоры к проводу.
Индуктированные перенапряжения -- наводки от разрядов молнии вблизи трассы ВЛ. Их амплитуда обычно не превышает 300-400 кВ и опасна преимущественно для ВЛ напряжением до 35 кВ, уровень изоляции которых относительно невысок.
Грозозащитный трос -- стальной или сталеалюминиевый канат, подвешенный выше фазных проводов на опорах ВЛ и заземлённый на каждой опоре (или через определённые интервалы). Трос перехватывает разряды молнии, предотвращая их прямое попадание в фазные провода.
Согласно п. 2.5.116 ПУЭ (7-е издание), ВЛ напряжением 110-750 кВ с металлическими и железобетонными опорами должны быть защищены от прямых ударов молнии тросами по всей длине. Сооружение ВЛ 110-500 кВ без тросов допускается лишь в исключительных случаях:
-- в районах с числом грозовых часов в году менее 20;
-- на участках с удельным сопротивлением грунта rho >= 103 Ом*м;
-- на участках с расчётной толщиной стенки гололёда более 25 мм;
-- для ВЛ с усиленной изоляцией при обеспечении расчётного числа грозовых отключений, соответствующего ВЛ с тросовой защитой.
Угол защиты alpha -- угол между вертикалью, проведённой через точку подвеса троса, и линией, соединяющей точку подвеса троса с крайним (наиболее удалённым) фазным проводом. Чем меньше угол защиты, тем надёжнее экранирование проводов от прямых ударов молнии.
При защите ВЛ двумя тросами расстояние между ними на опоре должно быть не более 5-кратного расстояния по вертикали от тросов до проводов. При высоте подвеса тросов на опоре более 30 м расстояние между тросами корректируется с учётом понижающего коэффициента (п. 2.5.120 ПУЭ).
Сопротивление заземления опор -- один из определяющих параметров грозоупорности ВЛ. При ударе молнии в опору или трос ток молнии стекает через заземляющее устройство, создавая на нём падение напряжения. Чем ниже сопротивление заземления, тем меньше напряжение на опоре и вероятность обратного перекрытия изоляции.
Согласно п. 2.5.129 ПУЭ, заземлению подлежат: опоры с грозозащитным тросом; железобетонные и металлические опоры ВЛ 3-35 кВ; опоры с установленным оборудованием. Наибольшие допустимые значения сопротивления заземляющих устройств опор приведены в таблице:
В качестве заземлителей используются: естественные заземлители -- арматура железобетонных фундаментов (при удельном сопротивлении грунта rho <= 1000 Ом*м и отсутствии полимерной гидроизоляции, п. 2.5.131 ПУЭ); искусственные заземлители -- стальные стержни (электроды), горизонтальные лучевые заземлители, глубинные заземлители. Сопротивление измеряется при отсоединённом тросе (п. 2.5.130 ПУЭ).
Трубчатый разрядник (РТ) -- защитный аппарат для ВЛ, состоящий из дугогасительной трубки (фиброво-бакелитовой или полимерной) с внутренним и внешним искровыми промежутками. При перекрытии внешнего промежутка дуга возникает внутри трубки, газы от разложения материала стенок создают давление, которое гасит дугу при прохождении тока через ноль.
Основные параметры выбора РТ: номинальное напряжение (должно соответствовать классу напряжения ВЛ); пределы отключаемых токов (нижний -- определяется способностью гашения дуги, верхний -- термической стойкостью). РТ устанавливаются на подходах ВЛ к подстанциям, в местах перехода с воздушной линии на кабель, на опорах с ослабленной изоляцией.
ОПН -- аппарат на основе нелинейных металлооксидных варисторов (ZnO), обеспечивающий ограничение перенапряжений путём отвода импульсного тока в землю. В отличие от вентильных разрядников, ОПН не имеет искровых промежутков и обладает лучшими защитными характеристиками.
Линейные ОПН (ЛОПН) устанавливаются непосредственно на опорах ВЛ параллельно гирлянде изоляторов. Они предназначены для снижения числа грозовых отключений ВЛ путём предотвращения импульсного перекрытия изоляции. ЛОПН особенно эффективны на участках ВЛ с повышенным сопротивлением заземления опор (более 30 Ом), где тросовая защита недостаточна.
Удельное число грозовых отключений nгр (на 100 км в год) -- основной показатель грозоупорности ВЛ. Оно определяется числом ударов молнии в ВЛ, вероятностью перекрытия изоляции и вероятностью перехода импульсного перекрытия в силовую дугу.
nгр = Nуд * (Pпр * etaпр + Pобр * etaобр)
где: Nуд -- число ударов молнии в ВЛ на 100 км в год, зависящее от высоты опор, числа грозовых часов и наличия тросовой защиты; Pпр -- вероятность прорыва молнии мимо тросов к проводам; etaпр -- вероятность перекрытия изоляции при прорыве; Pобр -- вероятность обратного перекрытия при ударе в опору/трос; etaобр -- вероятность установления силовой дуги при обратном перекрытии.
Для ВЛ 110 кВ с тросовой защитой и сопротивлением заземления опор не более 10 Ом удельное число грозовых отключений составляет 0,5-1,5 на 100 км в год при числе грозовых часов 40-60. Снижение сопротивления заземления до 5 Ом уменьшает число отключений примерно в 2 раза.
ВЛ напряжением 6-10 кВ не защищаются грозозащитными тросами (п. 2.5.118 ПУЭ). Основные мероприятия по грозозащите ВЛ 6-10 кВ:
Железобетонные и металлические опоры ВЛ 3-35 кВ подлежат обязательному заземлению (п. 2.5.129 ПУЭ). Сопротивление заземления определяется по табл. 2.5.19 в зависимости от удельного сопротивления грунта.
На ВЛ 6-10 кВ в качестве защитных аппаратов применяются вентильные разрядники (РВ), ОПН и трубчатые разрядники (РТ). Основные места установки:
-- подходы ВЛ к подстанциям (на расстоянии 100-200 м от шин ПС);
-- места перехода ВЛ в кабельную линию;
-- опоры с секционирующими и коммутационными аппаратами.
Пример: Для ВЛ 10 кВ на железобетонных опорах при грунте с rho = 200 Ом*м:
Rз <= 15 Ом (по табл. 2.5.19)
ОПН: Uнр >= 12,7 кВ (наибольшее рабочее напряжение сети 10 кВ с изолированной нейтралью при однофазном замыкании -- линейное напряжение).
На подходе к ПС: комплект ОПН-10 на расстоянии 100-150 м от шин, с Rз <= 10 Ом.
ВЛ 110 кВ на металлических и железобетонных опорах защищаются тросами по всей длине (п. 2.5.116 ПУЭ). Комплекс мероприятий по грозозащите включает:
Угол защиты тросом: не более 30 градусов для одностоечных опор с одним тросом, не более 20 градусов для опор с двумя тросами (п. 2.5.120 ПУЭ). На подходах к подстанциям на длине 1-3 км тросы заземляются на каждой опоре.
Пример: ВЛ 110 кВ на одноцепных металлических опорах с одним тросом, грунт с rho = 300 Ом*м:
Rз <= 15 Ом (по табл. 2.5.19 для rho 101-500)
Число грозовых часов в районе: 50
Для снижения числа грозовых отключений рекомендуется стремиться к Rз <= 10 Ом на максимально возможном числе опор.
Согласно главе 4.2 ПУЭ, на подходах ВЛ 110 кВ к подстанциям устанавливаются комплекты ОПН или вентильных разрядников. На ВЛ 110 кВ с железобетонными опорами на подходе длиной 1-3 км обеспечивается:
-- тросовая защита с заземлением троса на каждой опоре;
-- сопротивление заземления каждой опоры подхода не более 10 Ом;
-- установка ОПН-110 или РВ на шинах подстанции и/или на первой от ПС опоре.
Нет. Согласно п. 2.5.118 ПУЭ 7-го издания, для ВЛ напряжением до 35 кВ применение грозозащитных тросов не требуется. Грозозащита ВЛ 6-35 кВ обеспечивается заземлением опор и установкой защитных аппаратов (ОПН, РВ, РТ) в ответственных точках линии -- на подходах к подстанциям, в местах перехода в кабель, на опорах с оборудованием.
Для одностоечных опор ВЛ 110 кВ с одним тросом -- не более 30 градусов, с двумя тросами -- не более 20 градусов (п. 2.5.120 ПУЭ). На опорах с горизонтальным расположением проводов и двумя тросами угол защиты по отношению к внешним проводам должен быть не более 20 градусов. В районах по гололёду IV и более для ВЛ 110-330 кВ допускается увеличение угла защиты до 30 градусов.
Нормируемое сопротивление зависит от удельного эквивалентного сопротивления грунта: при rho до 100 Ом*м -- не более 10 Ом, при 101-500 Ом*м -- 15 Ом, при 501-1000 Ом*м -- 20 Ом, при rho более 1000 Ом*м -- 30 Ом (табл. 2.5.19 ПУЭ). Для опор высотой более 50 м эти значения уменьшаются вдвое. Для двухцепных опор также рекомендуется двукратное снижение.
ОПН (ограничитель перенапряжений нелинейный) выполнен на основе металлооксидных варисторов (ZnO) без искровых промежутков. Вентильный разрядник (РВ) содержит последовательные искровые промежутки и нелинейные резисторы. ОПН обеспечивает более глубокое ограничение перенапряжений, не имеет сопровождающего тока, обладает лучшей повторяемостью характеристик и меньшими габаритами. В современной практике ОПН практически полностью заменили вентильные разрядники на вновь проектируемых объектах.
Трубчатые разрядники (РТ) устанавливаются на опорах ВЛ 35-220 кВ в следующих местах: на подходах к подстанциям (на первых 1-3 опорах от ПС), в местах перехода ВЛ с одного напряжения на другое, на опорах с ослабленной изоляцией, на больших переходах. Сопротивление заземления опоры с РТ не должно превышать 10 Ом при rho до 1000 Ом*м (п. 2.5.119 ПУЭ, гл. 4.2).
Основные факторы: число грозовых часов (или плотность разрядов на землю) в районе трассы ВЛ; высота опор (чем выше, тем больше вероятность удара); наличие и эффективность тросовой защиты (угол защиты); сопротивление заземления опор (определяет вероятность обратного перекрытия); уровень изоляции линии (число и тип изоляторов); тип грунта и рельеф местности. Для ВЛ 110 кВ при тросовой защите и Rз <= 10 Ом типичное удельное число отключений составляет 0,5-1,5 на 100 км/год.
Нет. Согласно п. 2.5.129 ПУЭ, деревянные опоры и деревянные опоры с металлическими траверсами ВЛ без грозозащитных тросов или других устройств молниезащиты не заземляются. Деревянные элементы опоры обеспечивают дополнительную изоляцию от земли, что снижает вероятность протекания тока молнии через фазный провод.
Линейные ОПН наиболее эффективны на участках ВЛ с повышенным сопротивлением заземления опор (rho > 1000 Ом*м), где невозможно обеспечить нормативное сопротивление заземления другими способами; на участках с повышенной грозовой активностью; на двухцепных ВЛ для предотвращения одновременного отключения обеих цепей; на подходах к ответственным потребителям. Перед установкой необходимо обследование трассы и оценка фактических сопротивлений заземления.
Да. Согласно п. 2.5.130-2.5.131 ПУЭ, железобетонные фундаменты опор ВЛ 110 кВ и выше могут использоваться в качестве естественных заземлителей при соблюдении условий: наличие металлической связи между анкерными болтами и арматурой фундамента; отсутствие гидроизоляции полимерными материалами; удельное сопротивление грунта rho <= 1000 Ом*м. При rho > 1000 Ом*м необходима укладка дополнительных искусственных заземлителей.
Настоящая статья носит исключительно ознакомительный и справочный характер. Информация предназначена для общего ознакомления инженерно-технических специалистов с принципами грозозащиты воздушных линий электропередачи и не может использоваться в качестве проектной документации.
Автор не несёт ответственности за последствия применения данной информации при проектировании, строительстве или эксплуатации реальных электроустановок. Проектирование грозозащиты ВЛ должно выполняться квалифицированными специалистами проектных организаций в строгом соответствии с действующими нормативными документами (ПУЭ, РД, ГОСТ).
1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-е издание. Глава 2.5 "Воздушные линии электропередачи напряжением выше 1 кВ". Глава 4.2 "Распределительные устройства и подстанции напряжением выше 1 кВ".
2. РД 153-34.3-35.125-99 "Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений".
3. СО 153-34.21.122-2003 "Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций".
4. ГОСТ Р 52725-2021 "Ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ".
5. IEC 62305-1/2/3/4:2024 "Protection against lightning" (серия стандартов).
6. IEEE Std 1243-1997 "Guide for Improving the Lightning Performance of Transmission Lines".
7. Базуткин В. В., Ларионов В. П., Пинталь Ю. С. Техника высоких напряжений. -- М.: Энергоатомиздат.
8. Костенко М. В. и др. Перенапряжения и молниезащита. -- СПб.: Энергоатомиздат.
9. CIGRE WG C4.407 "Lightning Parameters for Engineering Applications". Technical Brochure.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.