Грозозащита ВЛЭП

Грозозащита ВЛЭП 1 Общая характеристика перенапряжений в электрических сетях Перенапряжение − это любое напряжение Umax, превышающее амплитуду наибольшего рабочего напряжения Uнр на изоляции элементов электрической сети. U max K U нр . 2 Общая характеристика перенапряжений в электрических сетях Внешние перенапряжения возникают как при ударах молнии, так и при взрывах атомных и водородных бомб. Внутренние перенапряжения вызваны колебаниями электромагнитной энергии, запасенной в элементах в элементах электрической цепи или поступающей в нее от генераторов. 3 Общая характеристика перенапряжений в электрических сетях Коммутационные перенапряжения возникают при изменении схемы или параметров сети – коммутации в широком смысле слова. Коммутационные одновременно составляющей. перенапряжения с затуханием заканчиваются переходной 4 Общая характеристика перенапряжений в электрических сетях Вторая стадия перенапряжений – установившийся режим, это резонансы на промышленной частоте, а так же на высших и низших гармониках. Источниками высших и низших гармоник может быть нелинейный элемент сети, например, трансформатор при насыщении магнитопровода. Условием для возбуждения феррорезонансных колебаний является образование в сети контура, настроенного на частоту одной из гармоник. 5 Грозовые перенапряжения Молния представляет собой большую опасность для электрических сетей: линии электропередачи благодаря своей протяженности часто поражаются ударами молнии, что приводит к перекрытиям изоляции и аварийным отключениям линий. Избирательная поражаемость используется для молниезащиты линий электропередач (ЛЭП) и подстанций. На подстанции устанавливаются несколько высоких хорошо заземленных молниеотводов, над ЛЭП помещается трос, связанный с землей. 6 Грозовые перенапряжения Для расчета грозозащиты ЛЭП и подстанций необходимы следующие параметры молний: 1) интенсивность грозовой деятельности; 2) амплитуда тока молнии; 3) крутизна тока молнии на фронте. При ударе молнии в молниеотвод на портале напряжение на вершине определяется по формуле dI M где IМ − ток молнии; − крутизна тока молнии; dt LO − индуктивность молниеотводов; MO − взаимная индуктивность между током молнии и током в молниеотводе (Мо = 0,2 мкГн/м); RЗ - сопротивление заземления молниеотвода 7 Грозовые перенапряжения 8 Грозовые перенапряжения Вероятность возникновения тока больше расчетного (IМP) можно приближенно оценить по формуле P(IМ≥IМ.Р.) ≈ е(-0,04∙Iм.р.). Вероятность возникновения импульса с крутизной выше расчетной можно оценить по формуле  dI M dI М .Р .  P  e dt   dt dI     0 ,08 M  dt   9 Грозовые перенапряжения Длительность импульса тока молнии изменяется в относительно узких пределах: от 20 до 80−100 мкс. На основании этих измерений международной электротехнической комиссии МЭК был принят стандартный импульс = 1,2 0,36 мкс и =50 10 мкс. Условно его обозначают символом 1,2/50. Число прямых ударов молнии (NПУМ) в наземные объекты можно оценить на основе опыта эксплуатации по формуле где nч − число грозовых часов в году, ns − среднее удельное число ударов в течение одного грозового часа на площадь в 1 км2; Sp − расчетная площадь сооружения, 10 км2. Грозовые перенапряжения Число грозовых часов в году определяется на основании многолетних наблюдений метеорологических станций. В ХМАО по этой карте наблюдается 20−40 часов в год. Другой характеристикой грозовой деятельности является среднее число ударов молнии в 1 км2 поверхности земли за 1 грозовой час. В руководящих указаниях принято значение ns =0,06. 11 Грозовые перенапряжения Число ударов молнии в подстанцию длиной А , шириной В и высотой h (размеры в метрах) может быть рассчитано по формуле Число ударов молнии в ЛЭП длиной l и высотой h равно ЛЭП из-за большой высоты опор будет собирать больше ударов молнии, чем ее реальная площадь. Вместо реальной ширины ЛЭП взята ширина по 3,5h в каждую сторону от оси ЛЭП. 12 Грозозащита воздушных линий В качестве основных средств грозозащиты ЛЭП используются: − грозозащитный трос; − 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). 13 ЛЭП на металлических опорах с тросом “ЛЭП 110–500 кВ с металлическими и железобетонными опорами должны быть защищены от прямых ударов молнии тросами по всей длине.” Вероятность прорыва молнии (РПР) мимо троса 14 ЛЭП на металлических опорах с тросом С увеличением высоты опоры необходимо уменьшать защитный угол α: так, при h0 =20 м обычно применяется α =30°, при h0 =30–35 м применяется α =25°, при h0 =50 м − α =20°. 15 ЛЭП на металлических опорах с тросом Под показателем грозоупорности (надежности) понимают число безаварийных лет n, т.е. обратную величину числа отключений N в год n=1/N. Обычно его относят к 100 км линии и 100 грозовым часам. 16 ЛЭП на металлических опорах с тросом 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. 17 ЛЭП на металлических опорах с тросом 1. При прорыве молнии мимо троса число отключений можно оценить по формуле 1 N отк  N  Pпр  P( I M )  Р Д где N – число ударов молнии в ЛЭП; − вероятность того, что ток молнии превысит уровень грузоупорности данной ЛЭП; − вероятность прорыва молнии мимо троса; − вероятность перехода искрового замыкания в дуговое для ЛЭП 35кВ; для ЛЭП 110 кВ и выше 18 ЛЭП на металлических опорах с тросом 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. 19 ЛЭП на металлических опорах с тросом Более наглядно перекрытие гирлянды оценивается кривой опасных волн. Все волны выше кривой приводят к перекрытию гирлянды, а все волны ниже ее – безопасны. Число отключений ЛЭП при ударе в вершину опоры P( I M , I M' ) вероятность, что кривой опасных волн удар молнии лежит выше 20 ЛЭП на металлических опорах с тросом 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. При наличии АПВ аварийным является повторный пробой Показатель грозоупорности для ЛЭП 110 кВ n=7−15 лет. 21 ЛЭП на деревянных опорах Возможны 3 случая перекрытия 1− перекрытие с провода на землю; 2− перекрытие на ж/б пасынок; 3− перекрытие по гирляндам. 22 ЛЭП на деревянных опорах Расчеты и опыт эксплуатации показал, что наиболее вероятным и опасным оказывается перекрытие между проводами по гирляндам и траверсе P(Im) - вероятность того, что ток молнии превысит уровень грузоупорности. вероятность перехода искрового замыкания в дуговое на 35 кВ на 110 кВ Показатель грозоупорности для ЛЭП – 35 кВ, например, составляет n=14 лет . 23 Защита ЛЭП ИП или ТР На некоторых опорах необходимо поставить ОПН или 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. Сопротивления заземляющих устройств этих опор не должно превышать: 24 Спасибо за внимание! 25