Опасности молнии на линиях электропередачи

На молнии приходится около 60% всех отключений линий электропередачи в Китае, и они тесно связаны с сезоном, а также с регионом.В зависимости от физических процессов грозовые перенапряжения можно разделить на две большие категории: вызванные прямым ударом в опору, экранирующий провод или проводник;и те, где молния ударяет в землю рядом с линиями, вызывая наведенное перенапряжение на проводниках.Опыт показывает, что первое представляет гораздо большую опасность, а второе представляет наибольшую опасность для линий 35 кВ и ниже.

В зависимости от места поражения линии перенапряжения от прямого удара молнии также бывают двух типов.В первом случае молния ударяет в точку на опоре или проводе экрана, и возникающий в результате ток значительно увеличивает ее потенциал относительно земли.Когда эта разность потенциалов между точкой удара молнии и проводником превышает напряжение разряда грозового импульса изоляции линии, происходит перекрытие или пробой воздушного промежутка.Напротив, если абсолютное значение потенциала провода опоры или экрана в момент удара молнии выше, чем у проводника, происходит обратное перекрытие.Во втором случае перенапряжения, возникающие при обходе грозовым проводом провода экрана и попадании в проводник, являются отказами экрана.

Производительность системы молниезащиты может быть измерена с использованием двух показателей – уровня устойчивости к грозовым разрядам и частоты срабатываний, связанных с молнией.Первый относится к максимальной амплитуде тока молнии (в кА), которую может выдержать линия, не приводя к пробою изоляции при прямом ударе молнии.Чем выше это значение, тем лучше будет молниеносность линии.Частота отключений, связанных с молнией, напротив, относится к количеству отключений на линии (на 100 км/год) в стандартных условиях или после преобразования в эквивалент 40 грозовых дней в году.Таким образом, коэффициент отключения от молнии является комплексным показателем эффективности защиты линии от молнии.

Поскольку экранирующий провод устанавливается по всей длине линии 110 кВ и выше, широко распространено мнение, что отключения, связанные с молнией, на таких линиях происходили в основном из-за обратного перекрытия, и частота отказов экранирования была ниже.Недавняя статистика из Китая свидетельствует об обратном.Несколько лет назад частота отключений, связанных с молнией, на линиях, эксплуатируемых Государственной электросетевой корпорацией, составляла 865, из которых 592 (68,4%) были вызваны отказом защиты, 269 — обратным перекрытием и 4 — другими причинами.Более того, все отключения линий 750 кВ и ±500 кВ произошли из-за отказа экранирования.Действительно, сравнительные показатели отказа экранирования в процентах от всех отключений молнии на линиях 66 кВ, 110 кВ, 229 кВ, 330 кВ и 500 кВ в Китае составили 1,6%, 58,4%, 76,1%, 80%, 95,1% соответственно. т.е. чем выше напряжение, тем выше процент отключений, связанных с отказом экрана.Например, за последний год в Китае произошло 741 отключение, связанное с молнией, из которых 520 (70,2%) произошло из-за отказа защиты, 209 — из-за обратного пробоя и 12 — из-за других факторов.Опять же, чем выше напряжение, тем выше процент срабатываний из-за отказа экрана.

Меры по повышению уровня грозостойкости линии электропередачи и снижению опасности, связанной с молнией, включают: снижение сопротивления заземления опор;регулировка угла защиты экранирующего провода;использование схемы дифференциации молниезащиты для двухконтурных опор;установка дополнительных молниеотводов или линейных ограничителей перенапряжений (TLSA) в зонах с наибольшим риском.Кроме того, использование оборудования для мониторинга молний помогает своевременно обнаруживать и заменять поврежденные изоляторы.

Работа с обратным перекрытием имеет совершенно иную направленность, чем с неисправностями экранирования.Снижение сопротивления заземления башен очень эффективно предотвращает отключения, связанные с обратным ударом;основными мерами по предотвращению выхода из строя экранирования являются уменьшение угла защиты провода или установка большего количества молниеотводов и линейных разрядников.

Уровни грозовой стойкости линий электропередачи в случае отказа экранирования низкие.Расчетные уровни стойкости к отказу молниезащиты для линий электропередачи 110 кВ, 220 кВ, 330 кВ и 500 кВ составляют всего 7 кА, 12 кА, 16 кА и 27 кА соответственно.На большей части территории Китая вероятность тока молнии более 20 кА составляет 59 %, а свыше 50 кА — 27 %.Таким образом, отказы экранирования, как правило, приводят к отключению линии, и поэтому необходимо уделить больше внимания их предотвращению, особенно на линиях более высокого напряжения.

Линейные разрядники могут значительно снизить количество отключений, связанных с молнией, и их практическое применение оказалось чрезвычайно эффективным.Если их стоимость удастся снизить, они, вероятно, будут использоваться более широко.В то же время линии сверхвысокого напряжения переменного тока 1000 кВ имеют дополнительный экранирующий провод, установленный над центральным фазным проводом на критических участках, чтобы повысить выдерживаемость и уменьшить отказы молниезащиты.

Также важно повысить уровень молниезащиты изоляторов.Поскольку композитные изоляторы обладают превосходной устойчивостью к пробою загрязнения, их изоляционные расстояния часто короче, чем у эквивалентных фарфоровых или стеклянных струн.Более того, уровень грозозащиты градуирующего кольца композитного изолятора может быть относительно низким.Учитывая, что уровень грозостойкости линий 110 кВ уже низок, чистое негативное влияние на молниеотвод при использовании композитных изоляторов может быть значительным.Китайские энергетические компании уже заметили эту проблему, и их спецификации длины композитных изоляторов больше не основываются исключительно на характеристиках пробоя от загрязнения, а учитывают влияние на уровень устойчивости к грозовым разрядам.Тем не менее, пока воздушный зазор между выравнивающими кольцами композитных изоляторов будет не меньше, чем у фарфоровых или стеклянных струн, уровень грозостойкости линии не уменьшится.

Наконец, при любом рассмотрении опасностей, связанных с молнией, для линий необходимо учитывать не только частоту отключений, связанных с молнией, но и частоту отказов из-за молнии.В случае успешного повторного включения на линии, пораженной молнией, прерывание работы не произойдет.При этом установка параллельно соединенных защитных промежутков на гирляндах изоляторов позволяет удерживать дугу от разряда молнии на достаточном расстоянии от поверхности, чтобы избежать прерывания из-за повреждения изоляторов.Исследовательский институт электроэнергетики в Пекине провел обширные исследования таких пробелов, и эту меру следует широко продвигать в Китае, а также в других странах.

Эта статья является копией из INMR (https://www.inmr.com), не для коммерческого использования, а только для технического обучения и общения.