Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра “Электроснабжение промышленных предприятий”

Отчет по лабораторной работе № 3

«ЗАЩИТА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ОТ ГРОЗОВЫХ

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ»

Вариант №5

Выполнил: Ст. гр. Э-143

Ермошкин И.О.

Проверил: Планков А.А.

Омск, 2016

Лабораторная работа №3

Защита воздушных линий от грозовых перенапряжений

Цель работы: познакомиться с основными способами и защитными аппаратами, которые используются для защиты воздушных линий от грозовых перенапряжений

Теоретические положения к лабораторной работе

Основным средством защиты ЛЭП на 110 кВ и выше на металлических и железобетонных опорах от прямых ударов молнии по ПУЭ является грозозащитный трос. В ПУЭ записано: “ВЛ 110 – 500 кВ с металлическими и железобетонными опорами должны быть защищены от прямых ударов молнии тросами по всей длине.”

Без тросов сооружения воздушных линий допускаются:

 при числе грозовых часов менее 20;

 при удельном сопротивлении грунта

 при толщине стенки гололеда более 20 мм.

Применение грозозащитного троса на ВЛ 6-35 кВ малоэффективно из-за низкой импульсной прочности линейной изоляции и, соответственно высокой вероятности обратного перекрытия при ударе в опору и трос.

В ПУЭ предусмотрены дополнительные меры по повышению грозоупорности ЛЭП. Особое внимание на ЛЭП уделяется защите опор с ослабленной изоляцией.

На некоторых опорах необходимо поставить трубчатые разрядники (при наличии АПВ – допускается установка защитных промежутков):

а) при пересечении ЛЭП между собой и с линиями связи;

б) единичные металлические и железобетонные опоры на ЛЭП с деревянными опорами;

в) высокие переходные опоры через реку, железную дорогу и т.д.

Причем сопротивления заземляющих устройств этих опор не должно превышать:

• при ;

• при .

где - удельнное сопротивление грунта.

В 70-е годы в СССР и за рубежом появились новые защитные аппараты без искрового промежутка на основе окиси цинка (ZnO) - нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН). В 80-х годах в Японии и США на базе ОПН были созданы ограничители перенапряжений для воздушных линий ОПН-Л. ОПН-Л широко применяются в Японии, США, Европе. Статистический анализ эксплуатации ЛЭП, оснащенных подвесными ОПН в этих странах, показал весьма ощутимое повышение их надежности. Так из опыта эксплуатации ВЛ 115 кВ в США известно, что те линии, которые оснащены ОПН (защищены все опоры и все фазы), теперь эксплуатируются без отключений. Надежность такой защиты подтверждается решением 33 комитета СИГРЭ в 1999 г.

В России так же была попытка массового использования ОПН на ЛЭП. В 1999 году вышло “Руководство по защите электрических сетей 6−1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений”, в котором рекомендуется для защиты опор с ослабленной изоляцией вместо трубчатых разрядников и искровых промежутков применять ограничители перенапряжений (ОПН). Промышленность России начала выпуск ограничителей перенапряжений для воздушных линий ОПН-Л (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Ограничитель перенапряжений ОПН-Л

Однако в России к этому нормативному документу большинство специалистов отнеслось настороженно, так как ОПН стоили дорого и не имели высокой надежности, часто из-за не правильного выбора исчерпывали свой ресурс раньше срока службы.

Поэтому, несмотря на высокое число отключений при грозовых воздействиях (11%) от общего числа отключений в сетях ВЛ 330-750 кВ за 1998-2003 г.г. крупных отечественных проектов до 2004 года не было. В 2004 году на «проблемных» участках воздушной линия 400 кВ «Линке − 1,2» в МЭС «Северо-Запада» были установлены ОПН на всех трех фазах обеих цепей на одной опоре. В течение 4 лет с момента установки грозовые отключения на данной линии и повреждения ОПН зафиксированы не были.

Расчеты показывали, что использование ОПН-Л при большой протяженности ЛЭП в России будет окупаться лишь при наличии искровых промежутков.

В ОАО «Тюменьэнерго» в 2007 году реализован самый крупный на сегодняшний день отечественный проект по применению ОПН-Л для грозозащиты ВЛ 110 кВ. Для этого проекта специалистами ЗАО «Феникс-88» были разработаны аппараты с двумя типами искровых промежутков. Модули ОПН были выполнены на основе серийных модулей ОПН-110 с использованием варисторов фирмы «EPCOS». Для поддерживающих опор применены аппараты ОПН-ЛИр с внешним искровым промежутком в форме рога (рис. 3.2а), а на анкерных опорах - ОПН-ЛИт с тороидальным внешним искровым промежутком (рис. 3.2б).

а) б)

Рис. 3.2. ОПН –ЛИ с внешним искровым промежутком:

а) в форме рога; б) тороидального типа.

В дальнейшем в России ОПН не нашли широкого распространения потому, что для защиты воздушных линий стали применяться принципиально новые защитные аппараты, разработанные ОАО «НПО Стример» г.Санкт-Петербург:

- длинно-искровые разрядники (РДИП, РДИМ, РДИШ);

- мультикамерные разрядники (РМК);

- мультикамерные изоляторы-разрядники (ИРМК).

Это российское изобретение и в мире они пока малоизвестны. Вполне вероятно, что если бы данная технология была известна в Европе, она была более популярной, чем ОПН.

К длинно-искровым разрядникам относятся разрядники РДИП, РДИМ, РДИШ. Буквы расшифровываются так: РД – разрядник длинно-искровой; П – петлевой; М – модульный; Ш – шлейфовый.

Рис. 3.3. Разрядники РДИП, РДИМ, РДИШ

Разрядник РДИП-10-4 УХЛ1 (рис. 3.4) состоит из согнутого в виде петли металлического стержня, покрытого слоем изоляции из полиэтилена высокого давления. Концы изолированной петли закреплены в зажиме крепления, с помощью которого разрядник присоединяется к штырю изолятора на опоре ВЛ. В средней части петли поверх изоляции расположена металлическая трубка. На проводе воздушной линии, напротив металлической трубки разрядника, закрепляется универсальный зажим для создания необходимого искрового промежутка S.

Рис. 3.4. Конструкция разрядника РДИП 10 УХЛ1

. Конструкция разрядника РДИШ - 10 показана на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Конструкция разрядника РДИШ-10

Разрядник РДИШ-10 предназначен для защиты ВЛ напряжением 6, 10 кВ трехфазного переменного тока с защищёнными и неизолированными проводами от индуктированных грозовых перенапряжений и их последствий в тех случаях, когда необходимо применять двойное крепление проводов. Может устанавливаться вместо петлевого разрядника.

Длинно-искровой модульный разрядники РДИМ-10-К (рис. 3.6) устанавливаются на компактные ВЛ, по одному разряднику на опору, на среднюю фазу.

Рис. 3.6. Конструкция РДИМ-10-К

РДИМ-К предназначен для защиты от индуктированных грозовых перенапряжений и их последствий воздушных линий электропередачи 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. РДИМ-10 обладает наилучшими вольт-секундными характеристиками, именно поэтому его целесообразно применять для защиты участков линии, подверженных прямым ударам молнии, а также для защиты подходов к подстанциям ВЛ.

Мультикамерные разрядники (рмк)

Основным элементом мультикамерных разрядников является мультикамерная система (МКС) (рис. 3.7). Она состоит из большого числа электродов, вмонтированных в профиль из силиконовой резины. Между электродами выполнены отверстия, выходящие наружу профиля. Эти отверстия образуют миниатюрные газоразрядные камеры. При воздействии на разрядник импульса грозового перенапряжения пробиваются промежутки между электродами. Благодаря тому, что разряды между промежуточными электродами происходят внутри камер, объёмы которых весьма малы, при расширении канала создаётся высокое давление, под действием которого каналы искровых разрядов между электродами перемещается к поверхности изоляционного тела и далее - выдуваются наружу в окружающий разрядник воздух. Вследствие возникающего дутья и удлинения каналов между электродами каналы разрядов охлаждаются, суммарное сопротивление всех каналов увеличивается, т.е. общее сопротивление разрядника возрастает, и происходит ограничение импульсного тока грозового перенапряжения.

Рис. 3.7. Мульти-камерная система (МКС):

а) начальный момент развития разрядов; б) завершающий момент развития разрядов; 1 – профиль из силиконовой резины; 2 – промежуточные электроды;

3 – дугогасящая камера; 4 – канал разряда.

Основными элементами мультикамерных разрядников РМК 10-20 кВ являются: мульти-камерная система (МКС), несущий стеклопластиковый стержень и узел крепления разрядника к стержню изолятора. При воздействии грозового перенапряжения сначала пробивается искровой воздушный промежуток, а затем – МКС разрядника.

На рис.3.8 приведён разрядник РМК-10-И, содержащий 20 газоразрядных камер, предназначенный для защиты ВЛ 10 кВ от индуктированных перенапряжений. Разрядник устанавливается на металлический стержень изолятора с искровым воздушным промежутком S=3-6 см между верхним концом разрядника и проводом. Для защиты ВЛ от индуктированных перенапряжений разрядники устанавливаются по одному на опору с чередованием фаз.

Рис. 3.8. Разрядник РМК-10-И для защиты ВЛ 10 кВ от индуктированных перенапряжений

Изолятор–разрядник (ИРМК)− является принципиально новым устройством, сочетающими в себе одновременно свойства и изолятора, и разрядника. На рис. 3.9 показан изолятор–разрядник мультикамерный на основе штыревого изолятора SDI 37 - ИРМК-20-IV-УХЛ1. МКС установлена по периметру одного из рёбер изолятора. Она занимает примерно три четверти окружности ребра. К одному концу МКС подходит верхний подводящий электрод, закрепленный на изоляторе, а к другому – нижний электрод, закрепленный на штыре изолятора. Между подводящими электродами и концами МКС имеются искровые воздушные промежутки.

Рис. 3.9. Разрядник ИРМК-20-И на основе изолятора SDI 37

При воздействии перенапряжения на ИРМК сначала пробиваются искровые промежутки, а затем – МКC. Ток грозового перенапряжения протекает от верхнего подводящего электрода через искровой канал воздушного промежутка, затем по МКС, и далее – также через канал разряда воздушного промежутка, к нижнему подводящему электроду.

Аналогично выполняется ИРМК на наиболее распространенном в России изоляторе ШФ20Г.

Основу изолятора-разрядника ИРМК-U120AD составляет массово выпускаемый стеклянный тарельчатый изолятор U120AD, на который специальным образом установлены мультикамерная система (МКС) и электроды (рис. 3.10). Такие дополнения не приводят к ухудшению изоляционных свойств изолятора, но благодаря им он приобретает свойства разрядника. МКС установлена по периметру ребра изолятора. Она занимает примерно пять шестых окружности ребра, оставшаяся часть которого занята профилем из силиконовой резины без электродов. От одного из концов МКС отходит верхний подводящий электрод, а от другого – нижний отводящий электрод.

Его применение позволяет защитить воздушные линии электропередачи напряжением 35-500 кВ от прямых ударов молнии и от индуктированных грозовых воздействий и их последствий.

При использовании ИРМК вместо стандартных изоляторов возможно обеспечить молниезащиту ВЛ любого класса напряжения, так как с увеличением класса напряжения увеличивается число изоляторов в гирлянде, и соответственно увеличивается номинальное напряжение и дугогасящая способность гирлянды из ИРМК.

Применение ИРМК на ВЛ позволяет отказаться от грозозащитного троса. При этом снижается высота, масса и стоимость опор, а также стоимость всей ВЛ в целом, но обеспечивается её надёжная молниезащита.

Рис. 3.10. Разрядники ИРМК-U120AD-IV-УХЛ1 и ИРМК-U120AD-II-УХЛ1

В 2009 году проведена реконструкции ВЛ 35 кВ «Линево-Алешники», был демонтирован грозозащитный трос и установлены ИРМК-35 (рис. 3.11).

Рис. 3.11. ВЛ-35 кВ “Линево-Алешники”