Грозозащита линий электропередач. Общие сведения

Грозовые перенапряжения на линиях электропередачи возникают как при непосредственных поражениях линии грозовыми разрядами (перенапряжения прямого удара молнии), так и при разрядах молнии в землю в окрестности линии (индуктированные перенапряжения). Перенапряжения прямого удара молнии представляют наибольшую опасность, и грозозащита линий должна ориенти­роваться именно на этот вид перенапряжений.

Удар молнии в объект может произойти в тех случаях, когда головка лидерного канала на высоте ориентировки находится в пределах некоторого расстояния от объекта. Для линии электропередачи соответствующее расстояние принимается равным 3h. Таким образом, линия длиной L, км, с средней высотой подвеса h, м, принимает на себя удары с площади, км², S=6hL∙10^-3.

Поскольку число ударов на 1 км² на 1 грозовой час равно 0,067, то число поражений линии в год N при n грозовых часах в году равно:

(10.17)

Линия электропередачи может поражаться ударами молнии с различными максимальными значениями тока i_м и скоростями его нарастания (крутизнами) а. Перекрытие изоляции линии произойдет только в том случае, если созданное ударом молнии напряжение на ее изоляции превысит импульсную прочность этой изоляции. Так как это происходит не при каждом ударе молнии, число пере­крытий изоляции линии в год равно:

(10.18)

где Р_пер — вероятность перекрытия изоляции при ударе молнии.

Число грозовых отключений линии, вообще говоря, может быть меньше числа перекрытий изоляции. Отключение линии происходит только при переходе импульсного перекрытия изоляции в поддерживаемую рабочим напряжением силовую дугу, время существования которой равно или больше времени действия релейной защиты. Вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу зависит от ряда факторов (мощность источника, наличие ветра и т. д.). Однако определяющее значение имеет градиент рабочего напряжения вдоль пути перекрытия (т. е. напряжение на единицу длины дуги). Если этот градиент окажется недостаточным, силовая дуга может вообще не возникнуть и отключения линии не произойдет.

Вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу η неоднократно определялась в лабораторных условиях и из опыта эксплуатации. По данным ВНИИЭ и рекомендациям «Руководящих указаний по защите от перенапряжений», эта вероятность для линий на металлических опорах может быть принята η=0,7 при номинальных напряжениях до 220 кВ включительно и η=1,0 для номинальных напряжений 330 кВ и выше. Для линий на деревянных опорах и длинных воздушных промежутков η можно определять по формуле

(10.19)

где E_ср — U_раб/l_пер — градиент рабочего напряжения вдоль пути перекрытия, кВ/м.

Так как η определяет долю всех перекрытий изоляции, приводящих к отключению, общее число грозовых отключений линии в год равно:

(10.20)

Для сравнения грозоупорности различных линий обычно исполь­зуется так называемое удельное число отключений линии п_откл, т. е. число отключений линии длиной L = 100 км, проходящей в районе с числом грозовых часов в году п = 30:

(10.21)

Из (8.21) следует, что возможны два принципиально различных метода уменьшения числа грозовых отключений линии — уменьшение вероятности перекрытия изоляции и уменьшение вероятности перехода импульсного перекрытия в силовую дугу. Первый метод реализуется путем подвески тросовых молниеотводов и надежного их заземления на опорах, благодаря чему резко снижается вероятность непосредственного поражения молнией проводов линии и уменьшается напряжение на изоляции. Второй метод осуществляется путем удлинения пути перекрытия и снижения градиента рабочего напряжения, например, за счет применения деревянных опор.

В настоящее время невозможно с помощью экономически приемлемых средств создать абсолютно грозоупорные линии электропередачи, которые никогда не отключались бы при прямых ударах молнии. Поэтому основной задачей грозозащиты линии является не полное устранение грозовых отключений, а лишь уменьшение их числа до экономически целесообразного предела, соответствующего минимуму приведенных затрат. Иначе говоря, расходы на усиление грозозащитных мероприятий должны быть приведены в соответствие со стоимостью ущерба от грозовых отключений, который зависит от характера потребителя, наличия быстродействующего АПВ, степени резервирования линии.