1 Захист ліній від блискавки

1.2 Задачі та критерії захисту ліній від блискавки

Розрахунки за формулами (1.4) і (1.5) показують, що повітряні лінії щорічно вражаються десятками прямих ударів блискавки на 100 км за 100 грозових годин. Головною небезпекою для лінії є прямий удар блискавки у фазні проводи з подальшим перекриттям ізоляції (flashover) від перенапруг, що виникають при цьому. Після закінчення імпульсу струму блискавки на місці перекриття залишається провідний канал з газом, який не встиг деіонізуватися (deionization), по якому під дією робочої напруги може продовжувати протікати струм промислової частоти (frequency; rate). В процесі ліквідації замикань на лінії, викликаних грозою, витрачається ресурс роботи вимикачів (circuit breaker); трансформатори та інше устаткування мережі піддаються електродинамічним і термічним діям струмів (short-circuit current) короткого замикання (short circuit). Значна частина замикань супроводжується подальшим розвитком аварії, що вимагає відключення лінії на тривалий термін з порушенням нормального електропостачання споживачів.

Ймовірність грозового відключення лінії залежить від багатьох причин: інтенсивності грозової діяльності в районах, розташованих уздовж траси лінії, номінальної напруги мережі, її конструкції, матеріалу опор і т.д. З підвищенням класу напруги лінії, як правило, збільшуються її довжина, висота опор, а отже, і ймовірність ураження лінії блискавкою, тому на лініях електропередачі вищих класів напруги, які виконуються на металевих і залізобетонних опорах, зазвичай підвішують блискавкозахисні троси з малим кутом захисту, що забезпечує малу ймовірність ураження блискавкою фазних проводів лінії, а достатньо малий імпульсний опір заземлення опор знижує ймовірність зворотного перекриття з опори на провід під час удару блискавки в опору або трос поблизу опори (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 – Класифікація задач блискавкозахисту ліній електропередач

У ряді випадків лінії електропередачі виконуються на дерев’яних опорах. Блискавкозахисний трос на таких лініях не підвішується, тому майже всі удари блискавки в лінію потрапляють у фазні проводи. При цьому необхідний рівень блискавкозахисту лінії забезпечується малою вірогідністю переходу імпульсного перекриття міжфазної ізоляції в силову дугу (arc-over), що пов’язано з високою швидкістю відновлення електричної міцності проміжку.

На лініях середніх класів напруги 6–35 кВ, які працюють в системі з ізольованою нейтраллю, часто використовуються металеві або залізобетонні опори. Застосування блискавкозахисних тросів на таких лініях недоцільно, оскільки внаслідок малої електричної міцності ізоляції лінії практично будь-який удар блискавки в трос приводить до зворотного перекриття з троса на провід. Тому найбільш ефективними заходами, які забезпечують грозостійкість таких ліній, можна вважати застосування автоматичного повторного включення лінії (цей захід є резервним для ліній електропередач вищих класів напруги) і дугогасильної котушки, що зменшують струм дуги однофазного замикання на землю і збільшують ймовірність самовільного згасання дуги.

Для порівняння ефективності різних заходів блискавкозахисту лінії електропередачі застосовується ряд критеріїв.

Рівень грозостійкості. Під «рівнем грозостійкості» розуміють той найбільший розрахунковий струм І_БЛ в добре заземленому об’єкті, який виникає внаслідок прямого удару блискавки типової форми (наприклад, косокутна хвиля з фронтом τ_ф – 2 мкс), при якому ще не перекривається ізоляція лінії. За зміною рівня грозостійкості можна оцінити вплив окремого параметра схеми (наприклад, опір заземлення опори) на грозостійкість лінії. 

Крива небезпечних струмів блискавки. Під час удару блискавки у вершину опори або в трос поблизу опори необхідно враховувати не один параметр, а декілька, наприклад, опір заземлення опори і її індуктивність. При цьому напруга на гірлянді ізоляторів (insulating string; catenary) залежатиме не тільки від амплітуди І_БЛ, але й від крутизни І'_БЛ струму блискавки. Зв'язок між небезпечними поєднаннями І_БЛ та І'_БЛ відображається кривими небезпечних струмів. Ця залежність, на відміну від рівня грозостійкості, дозволяє оцінити вплив не однієї, а двох характеристик лінії (наприклад, опору заземлення та індуктивності опори) на надійність блискавкозахисту.

Показник надійності блискавкозахисту. За допомогою показника надійності блискавкозахисту можна отримати наближену оцінку числа років безаварійної роботи τ, тобто величину, обернену математичному очікуванню числа відключень лінії в рік – . Показник  дозволяє порівнювати ефективність різних блискавкозахисних заходів і схем (наприклад, грозостійкість різних типів ліній на різних опорах, з тросами і без тросів, вплив ефективності автоматичних повторних ввімкнень (АПВ (autoreclosing)) і т. д.).