Прямой удар молнии в линию без тросов

При поражении провода (рис. 10.14) в месте удара включается сопротивление, равное половине волнового сопротивления провода z_пр/2 (параллельное соединение волновых сопротивлений справа и слева от места удара). Так как волновое сопротивление проводов воздушных линий лежит в пределах 400—500 Ом, то можно принять, что сопротивление в месте удара равно сопротивлению канала молнии z_np/2=z_K=200 Ом; тогда согласно (10.1) ток в месте удара уменьшится в 2 раза по сравнению с током в хорошо заземленный объект I=I_м/2. Напряжение в месте удара имеет ту же форму, что и ток молнии, а его максимальное значение равно:

(10.31)

Рис. 10.14 – Распределение токов при ударе молнии в провод.

Для определения вероятности перекрытия изоляции это напряжение необходимо сравнить с импульсной прочностью изоляции. Так как изоляция линий на металлических и деревянных опорах сильно различается, рассмотрим линии на металлических опорах.

При ударе молнии в провод линии на металлических опорах все напряжение прикладывается к гирлянде изоляторов, перекрытие которой произойдет, если напряжение на проводе

(10.32)

где U_50% — 50%-ное импульсное разрядное напряжение гирлянды. Этому условию соответствует ток молнии

(10.33)

где I₃ — ток обычно называемый защитным уровнем линии.

Как видим, в данном случае перекрытие изоляции линии определяется только одним параметром — максимальным значением .тока молнии. Крутизна фронта тока молнии практически никакой роли не играет. Так как все разряды молнии с током I >I₃ приводят к перекрытию изоляции, вероятность перекрытия изоляции Р_пер равна вероятности тока I_M >I₃ и, следовательно, может опредляться по (10.2). Например, для линии 110 кВ U_50% = 650 кВ, I₃= 6,5 кА, и вероятность перекрытия изоляции Р_пер≈0,8. При средней высоте подвеса провода h_cp = 10 м удельное число отключений линии равно n_откл = 6,7. Такое число отключений в год является чрезмерно большим, поэтому линии 110 кВ на металлических опорах без тросов в районах со средней или большой интенсивностью грозовой деятельности не могут работать достаточно надежно. То же самое относится и к линиям более высокого напряжения.

Рис. 10.15 – Двухфазное перекрытие при ударе молнии в провод линии на металлических опорах без тросов.

Совершенно другое положение имеет место на линиях 35 кВ, работающих в системе с изолированной нейтралью, особенно в случае применения дугогасящих аппаратов. В таких системах однофазные перекрытия изоляции не приводят к отключению линии. После того как при ударе молнии в провод произошло перекрытие изоляции этого провода относительно земли (рис. 10.15), ток молнии начинает стекать в землю через стойки опоры и заземлитель. При этом в путь тока вместо волнового сопротивления z_пр/2 включается значительно меньшее сопротивление заземлителя z_и. Через заземлитель начинает проходить почти полный ток молнии, и опора вместе с пораженным проводом приобретает потенциал, приблизительно равный I_мz_и. На остальных проводах будут наводиться напряжения I_мz_иk, где k — коэффициент связи, вычисленный с учетом поправки на корону. На изоляцию этих проводов (гирлянды) действует напряжение I_мz_и(1–k), и перекрытие гирлянды с опоры на провод происходит, если

(10.34)

Таким образом, защитный уровень линии в системе с изолированной нейтралью определяется исходя из условий двухфазного или трехфазного перекрытия.

Если принять для линии 35 кВ U_50%=350 кВ, k — 0,3, то при h_ср = 10 м и сопротивлении заземления z_и = 10 Ом I₃ = 50 кА Р_пер= 0,15. Это дает удельное число грозовых отключений линии в год n_откл=1,25, т. е. в несколько раз меньше, чем для линий, работающих в системе с заземленной нейтралью. При небольшой длине линий и особенно при наличии АПВ такое число отключений является допустимым.

Поскольку повышение грозоупорности линий в системе с изолированной нейтралью обусловлено тем, что однофазные перекрытия не переходят в устойчивую дугу промышленной частоты, можно считать, что применение дугогасящих аппаратов является мерой защиты линий от грозовых отключений.