- Центр комплектации строительстваУстройства предназначены для снижения числа грозовых отключений воздушных линий и предотвращения пережога изолированных проводов ВЛЗ дугой сопровождающего грозовой импульс тока промышленной частоты.
Описание конструкции и принцип действия:
1. Ограничитель перенапряжений.
2. Электрод 1.
3. Электрод 2.
4. Прокалывающий зажим.
5. Провод.
6. Кронштейн.
7. Искровой промежуток.
Устройство состоит из:
Нелинейный ограничитель перенапряжений представляет собой защитный аппарат, состоящий из одной колонки последовательно соединенных варисторов, заключенной в герметичный полимерный корпус. ОПН с помощью специальной арматуры крепится на опорах (как анкерных, так и промежуточных) воздушных линий электропередачи.
При воздействии на провода индуктированных перенапряжений, вызванных грозовыми разрядами вблизи ВЛ или при прямых ударах молнии в провода ВЛ, искровой промежуток УЗПН пробивается и подсоединяет к проводу нелинейный ограничитель перенапряжений, который благодаря снижению собственного сопротивления в этот момент осуществляет эффективный сброс перенапряжения на заземленные части опор через электроды, минуя изоляторы, что предохраняет их от перекрытия и повреждения, а провод от пережога. После снятия индуктированного перенапряжения при воздействии напряжения промышленной частоты ток через ОПН за счет возврата сопротивления ОПН до исходных значений ограничивается до величины, при которой существование дуги в искровом промежутке невозможно, и дуга гаснет.
Устройства предназначены для защиты изоляции ВЛ от индуктированных перенапряжений и перенапряжений при прямых ударах молнии в провода ВЛ с амплитудами до 65 кА. Прямое воздействие молнии с большей амплитудой может вызвать повреждение («спекание») ОПН, но благодаря особенности УЗПН – наличию внешнего искрового промежутка в цепи ОПН – это не приведет к постоянному замыканию провода на землю.
Доля прямых ударов молнии в совокупности опасных для изоляции ВЛ перенапряжений в зависимости от степени экранирования составляет от 0 до 10 %. Кроме того, по данным ОАО «НИИПТ», вероятность удара молнии с амплитудой, превышающей 65 кА, – 0,2. Таким образом, вероятность повреждения устройства от перенапряжения УЗПН не велика (не более 2 %). Например, на ВЛ 10 кВ длиной 100 км, расположенной в Ленинградской области, можно ожидать повреждение одного устройства не чаще одного раза в 2 года. Один раз в год перед началом грозосезона рекомендуется совершать обход ВЛ, защищенной УЗПН, и заменять поврежденные аппараты, если такие имеются.
Устройства устанавливаются по одному на каждую опору с последовательным чередованием фаз. Установка необходимой величины искрового промежутка (L) производится на стадии монтажа в соответствии с «Руководством по эксплуатации».
Технические характеристики устройства от перенапряжения УЗПН
|
Основные технические параметры УЗПН
|
Значение |
|
1. Класс напряжения сети, кВ
|
10
|
|
2. Остающееся напряжение при грозовых импульсах тока 8/20 мкс, кВ с амплитудой: 5000 А 10000 А 20000 А |
38,9 42,1 47,5 |
|
3. Количество воздействий импульсов большого тока 4/10 мкс с максимальным значением 65 кА, не менее:
|
2
|
|
4. Способность к рассеиванию энергии, кДж, не менее
|
12,4
|
|
5. Искровой промежуток, мм
|
60
|
|
6. Импульсное 50%-процентное разрядное напряжение, кВ
|
92
|
|
7. Масса, кг, не более
|
2,49
|
При использовании на ВЛ с нестандартным уровнем изоляции защитные характеристики УЗПН легко координируются изменением длины искрового промежутка. В этом случае длина искрового промежутка должна выбираться и быть проверена с точки зрения координации обеспечиваемого защитного уровня и необходимого уровня изоляции для конкретных ВЛ.
Сравнение устройства от перенапряжения УЗПН с другими средствами защиты ВЛ 6 –10 кВ от грозовых перенапряжений
1. Дугозащитные рога (устройства защиты от дуги (УЗД)
Конструкция и размещение дугозащитных рогов выбирается таким образом, чтобы любое длительное однофазное замыкание переходило в межфазное, при котором автоматическая защита отключает всю воздушную линию. Последующим АПВ или РПВ линия приводится в исходное состояние. Кратковременное же однофазное замыкание благодаря спиральным шунтам, защищающим провод в районе изоляторов, не представляет опасности для изолированного провода и не приводит к межфазному замыканию и, соответственно, к отключению линии автоматической защитой, что доказано опытом эксплуатации обычных ВЛ с «голыми» проводами.
Проще говоря, устанавливаемые на все три провода вблизи изоляторов дугозащитные рога вместе со спиральными шунтами, обвивающими провод имитируют в районе опоры участок с «голыми» проводами (примерно 1,5 метра). Поскольку на линии с «голыми» проводами дуга под воздействием электро-динамических сил способна перемещаться одним из своих концов вдоль провода, возможность повреждения последнего вследствие теплового воздействия дуги мало вероятна, что однозначно подтверждает опыт эксплуатации обычных ВЛ 6 – 10 кВ с голыми проводами. При пере-крытии изоляторов в следствии индуктированных перенапряжений токи дуговых замыканий, практически, всегда будут ограничиваться сопротивлениями заземления опор и не будут превышать 500А, что будет представлять из себя кратковременное однофазное замыкание на землю. В этом случае дуга под воздействием электродинамических сил, также как и в случае с голыми проводами будет иметь возможность свободного перемещения по защитному шунту УЗД, что исключит возможность длительного теплового воздействия на изолированный провод, находящийся под защитным шунтом.
В случае длительного однофазного замыкания на землю, обусловленного прямыми ударами молнии и токами замыкания более 500 А, однофазное замыкание переходит в межфазное, так как расстояние между проводами соседних фаз на линиях с изолированными проводами значительно меньше (на 200 мм) чем на линиях с «голыми» проводами. Сокращенное межфазное расстояние создает предпосылки к переходу однофазного замыкания в межфазное, способствующим фактором которого является активная ионизация воздуха в районе горения дуги. Таким образом, дугозащитные рога (УЗД) являются надёжным и наиболее дешевым средством грозозащиты. Однако при питании некоторых ответственных потребителей недопустимо полное прерывание питания даже на паузу АПВ. Тем более, что количество отключений ВЛ сильно увеличивается, т. к. многие из первоначально однофазных замыканий будут переходить в межфазные и, соответственно, приводить к отключению ВЛ. Еще одним недостатком данной системы является возможность короткого межфазного замыкания при попадании на дугозащитные рога и шунты УЗД посторонних предметов (например, в лесистой местности), что может привести к выходу линии из строя уже на продолжительное время.
2. Длинно искровые разрядники РДИ и УЗПН
Заявленные функциональные характеристики РДИ и УЗПН близки.
Принцип действия РДИ основан на исключении перехода искрового перекрытия в силовую дугу за счет удлинения импульсного пути скользящего разряда. Данный эффект был описан еще в 50-х годах прошедшего столетия как отечественными, так и зарубежными специалистами, но не находил широкого применения в грозозащите ВЛ. Устройства, подобные УЗПН, уже долгое время успешно применяются во многих странах. Кроме того, неоспоримым фактом является то, что именно устройства на базе ОПН являются самым эффективным способом защиты от грозовых перенапряжений как самих линий, так и подстанционного оборудования, что подтверждено многолетним отечественным и зарубежным опытом эксплуатации данных устройств. Единственным преимуществом РДИ перед устройствами на базе ОПН считалась их стоимость. Финансовые возможности отечественных энергосистем не позволяли массово применять наиболее надежные системы грозозащиты ВЛ импортного производства из-за их высокой стоимости - около 9 тыс. рублей за комплект защиты одной фазы на опоре.
Сегодня современные технологии позволили ЗАО «МЗВА» и НПО «Полимер-Аппарат» создать отечественные аналоги лучших зарубежных устройств линейной грозозащиты на базе ОПН. При этом их стоимость сопоставима со стоимостью таких изделий, как РДИ (РДИП-10). Дополнительным достоинством устройств типа УЗПН является возможность присоединения к электродам, формирующим искровой промежуток, штатных штанг переносного заземления для обеспечения выполнения требований техники безопасности при работах на ВЛ, что до сих пор представляло значительные технические трудности на линиях с изолированными проводами.
Испытания УЗПН
В Сибирском научно-исследовательском институте энергетики (ОАО «СибНИИЭ») была проведена работа по теоретическому выбору параметров ограничителей перенапряжений, используемых для комплектации УЗПН. И в последствии на экспериментальной модели были проведены испытания УЗПН с такими ограничителями перенапряжений.
Характеристики ограничителей перенапряжений, предназначенных для комплектации УЗПН, определенные в ОАО «СибНИИЭ»:
Выбор остающегося напряжения обуславливался условием обрыва сопровождающегося тока. В работе были использованы характеристики современных варисторов, близкие к характеристикам варисторов, используемых НПО «Полимер-Аппарат» для комплектации ОПН.
Условное обозначение устройства:
УЗПН – X1- ХХ2, где:
Х1 - класс напряжения ВЛ (6 или10);
ХХ2- конструктивное исполнение узла крепления в зависимости от применяемых опор и изоляторов ( ПШ – промежуточная опора со штыревыми изоляторами, ПО – промежуточная опора с опорными линейными изоляторами типа ОЛФ, АП – анкерная или промежуточная опора с полимерными подвесными изоляторами, АС – анкерная опора со стеклянными изоляторами типа ПС).
В комплект поставки входят:
В 2006 году в ОАО «НИИПТ» были проведены следующие испытания УЗПН 6 – 10 кВ:
1. проверка пропускной способности при воздействии:
2. определение остающихся напряжений при воздействии:
3. испытания по определению вольт-секундной характеристики и 50-процентного разрядного напряжения искрового промежутка УЗПН.
Испытания изоляции, механической прочности, испытания на взрыво-безопасность и др. были проведены ранее для соответствующих ограничителей перенапряжений.