Молниезащита ЛЭП на металлических опорах

Грозозащита воздушных линий

В качестве основных средств грозозащиты ЛЭП используются:

− подвеска заземленных тросов;

− снижение сопротивления заземления опор;

− повышение импульсной прочности линейной изоляции;

− защита отдельных опор и участков с ослабленной изоляцией.

Резервным способом повышения надежности и бесперебойности работы ЛЭП является автоматическое повторное включение (АПВ).

Линии электропередач могут выполняться на металлических, железобетонных и деревянных опорах. От материала опор сильно зависит грозоупорность ЛЭП, а, следовательно, необходимость защиты ЛЭП тросами. На линиях на деревянных опорах трос не применяется, так как они имеют высокую грозоупорность и без тросов.

ЛЭП на металлических опорах с грозозащитными тросами

В ПУЭ [1] записано: “ЛЭП 110–500 кВ с металлическими и железобетонными опорами должны быть защищены от прямых ударов молнии тросами по всей длине.” Вероятность прорыва молнии (Р_ПР) мимо троса можно приближенно оценить по эмпирической формуле [5]

.

Как видно из формулы, с увеличением высоты опоры необходимо уменьшать защитный угол α: так, при h =20 м обычно применяется

α =30°, при h =30–35 м применяется α =25°, при h =50 м − α =20°.

Это обеспечивает вероятность прорыва Р_ПР ≈0,002−0,003. Дальнейшее уменьшение угла может привести к схлестыванию троса и провода во время гололеда в случае пляски проводов.

А теперь оценим грозоупорность таких ЛЭП. Под показателем грозоупорности (надежности) понимают число безаварийных лет n, т.е. обратную величину математического ожидания числа отключений N в год n=1/N. Обычно его относят к 100 км линии и 100 грозовым часам.

При анализе грозоупорности необходимо учитывать 3 расчетных случая (рис. 1.2а):

1) прорыв молнии на провод (минуя трос) с последующим перекрытием изоляции на опоре;

2) удар молнии в вершину опоры с последующим перекрытием между опорой и проводом;

3) удар молнии в середину пролета с последующим перекрытием между тросом и проводом.

а) б)

Рис. 1.2. Расчетные случаи при ударе молнии в ЛЭП:

а) на металлических опорах; б) на деревянных опорах

Число ударов N молнии в ЛЭП распределим между этими тремя крайними случаями следующим образом:

; .

Из всех ударов молнии нас будут интересовать только те, которые будут завершаться перекрытием изоляции, а затем переходом искрового замыкания в дуговое, приводящее к срабатыванию релейной защиты и отключению ЛЭП.

1. При прорыве молнии мимо троса число отключений можно оценить по формуле

,

где N – число ударов молнии в ЛЭП; − вероятность того, что ток молнии превысит уровень грузоупорности данной ЛЭП, то есть приведет к импульсному перекрытию гирлянды; − вероятность прорыва молнии мимо троса; − вероятность перехода искрового замыкания в дуговое ( для ЛЭП 35кВ; для ЛЭП 110 кВ и выше).

2. При ударе молнии в вершину опоры напряжение на вершине можно оценить по формуле (1.1). Напряжение на гирлянде не должно превышать , где − напряжение на проводе с учетом индуцированной волны при ударе молнии. Перекрытие гирлянды будет в случае, когда будет большой ток молнии , либо большая крутизна тока , либо и то и другое одновременно. Более наглядно перекрытие гирлянды оценивается кривой опасных волн (рис. 1.3). Все волны выше кривой приводят к перекрытию гирлянды, а все волны ниже ее – безопасны.

Рис. 1.3. Кривая опасных волн

Число отключений ЛЭП при ударе в вершину опоры равно:

,

где − вероятность, что удар молнии лежит выше кривой опасных волн. Вероятность обычно берут упрощенно [5].

3. Опыт эксплуатации показывает, что вероятность перекрытия в этом случае пренебрежимо мала, так как трос перетягивается, т.е. расстояние в середине пролета между тросом и проводом максимально. Значит .

Однако большинство ЛЭП имеют автоматическое повторное включение (АПВ), т.е. после отключения ЛЭП в бестоковую паузу дуга гаснет и при повторном включении ЛЭП опять нормально работает. Аварийными будут только те случаи, когда дуга загорится вновь:

, ,

где − коэффициент успешности АПВ, значения которого равно =0,75−0,9.

Показатель грузоупорности равен .

Для ЛЭП 110 кВ n=7−15 лет [5], т.е. 1 раз в 7−15 лет на ЛЭП возникает авария, в результате которой, например, происходит разрушение гирлянды и невозможно включить ЛЭП без ремонта.