1 Захист ліній від блискавки

1.3 Число відключень повітряної лінії під час удару блискавки у фазні проводи

Ефективність блискавкозахисту визначають окремо для таких розрахункових випадків ураження лінії (рис. 1.3 і 1.4):

1) удар блискавки в провід з подальшим перекриттям з проводу на опору або між проводами;

2) удар блискавки у вершину опори з подальшим перекриттям з опори на провід;

3) удар блискавки в трос з подальшим перекриттям з троса на провід або на землю;

4) удар блискавки поблизу лінії електропередачі, що супроводжується появою перекриття внаслідок індукованих перенапруг.

Рисунок 1.3 – Розрахункові випадки ураження лінії з тросами блискавкою

Рисунок 1.4 – Логічна схема розвитку грозових аварій ПЛ 110 кВ і вище

Можна визначити сумарне число грозових відключень в рік за формулою:

                          (1.6)

де n_пр, n_о, n_тр – число відключень при ударах блискавки в провід, в опору і трос;

n_інд – число відключень внаслідок індуктивних перенапруг.

Число відключень лінії під час удару блискавки в провід:

,                     (1.7)

де  – число прямих ударів блискавки в лінію (проводи, троси, опори);

 – імовірність прориву блискавки на фазні проводи поза троси (при відсутності тросів =1);

 – імовірність перекриття гірлянди під час удару блискавки в провід;

 – імовірність виникнення дуги під час перекриття;

 – ймовірність успішної роботи АПВ.

Число прямих ударів блискавки в лінію:

,                            (1.8)

де  – залишкове число ударів блискавки на 100 км довжини лінії і 100 грозових годин.

Для оцінювання числа перекриттів важливе значення має визначення імовірності прориву блискавки на провід, обійшовши троси. Для ліній надвисоких (НВН) та ультрависоких (УВН) напруг, де висока робоча напруга вже помітно розширює «зону захоплення» блискавки проводом, ця імовірність має визначальне значення. Досвід експлуатації ліній НВН показав, що зі збільшенням робочої напруги при куті тросового захисту α>0 помітно збільшується імовірність прориву блискавки на фазні проводи, заряд яких «притягує» блискавку до проводів. Аналіз досвіду експлуатації дозволяє запропонувати наведену нижче емпіричну формулу для визначення імовірності прориву блискавки на фазні проводи, минаючи троси:

                        (1.9)

де

α – кут тросового захисту, в градусах;

і – висота підвісу троса і проводу;

– перевищення троса над проводом;

– горизонтальне зміщення троса відносно проводу;

– радіус проводу;

– номінальна напруга лінії в мегавольтах.

Перехід до від'ємних захисних кутів α<0 за рахунок зсуву тросів за межі розташування проводів істотно зменшує ймовірність прориву блискавки на крайні фазні проводи. Проте слід зважати на можливість прориву блискавки зверху на середній фазний провід НВН. Розглянемо методику визначення ймовірності перекриття гірлянди під час проривів блискавки . В цьому випадку по фазних проводах від місця прориву зі швидкістю світла розповсюджуються хвилі перенапруг. Для визначення максимальної напруги на ізоляції використовуємо розрахункову схему (рис. 1.5, а), де позначено:
 – хвильовий опір фазного проводу з урахуванням корони;
 – еквівалентний опір каналу блискавки.

Рисунок 1.5 – Еквівалентна схема для розрахунку величини напруги на проводі в разі прориву блискавки через тросовий захист

Хвильовий опір одиночного тросу або проводу визначається за формулою:

,

де  k=0,9 – коефіцієнт, який враховує вплив імпульсної корони;

h_ср– середня висота троса чи проводу над землею, м;

r – радіус троса чи проводу, м;

,

де  n – число складових розщепленого проводу;

 – радіус однієї складової, м;

 – радіус кола, проведеного через центр складових, м.

Заміщуючи лінії, що відходять від вузла Х за правилом еквівалентної хвилі, для розрахунку напруги в точці удару блискавки, отримаємо еквівалентну схему (рис. 1.5,б,в), згідно з якою:

,                                      (1.10)

де - розрахунковий струм блискавки під час удару в добре заземлений об’єкт ;

 – еквівалентний вхідний опір в точці удару блискавки.

Напруга хвилі, яка розповсюджується в обидві сторони від місця удару блискавки, рівна напрузі в точці Х: . Досягнувши опори ЛЕП (overhead line), ця хвиля наруги діє на гірлянди ізоляторів, створюючи небезпеку їх перекриття. Впливом робочої напруги, коли ймовірність перекриття рівна одиниці, можна нехтувати. Полярність цієї напруги з рівною імовірністю або така сама, або протилежна полярності хвилі. Рівень грозостійкості лінії під час ураження блискавкою фазного проводу згідно з (1.10) можна розрахувати за формулою:

,

де  – мінімальна імпульсна напруга перекриття фазної ізоляції для повної хвилі.

Для виявлення можливості перекриття між проводами фаз різниця напруг на лінійній ізоляції визначається таким чином:

,

де  – коефіцієнт зв’язку між паралельними та ураженими проводами з врахуванням імпульсної корони.

Рівень блискавкозахисту для перекриття лінійної ізоляції рівний:

.

Аналіз досвіду експлуатації показує, що ймовірність встановлення силової дуги  в першому наближенні залежить від градієнта робочої напруги уздовж шляху перекриття, її можна оцінити за формулою:

,                            (1.11)

де  – сумарна довжина шляху імпульсного перекриття, см;

 – ефективне значення робочої напруги уздовж шляху перекриття, кВ.

Обчислену імовірність встановлення дуги приймають рівною 0,1, якщо згідно з розрахунком за формулою (1.11) вона менша, ніж це значення. Якщо за розрахунком  більша одиниці, її приймають рівною 1,0. Таким чином, область імовірності  обмежується інтервалом 0,1<<1,0. Як показує досвід експлуатації, середні значення імовірності  для ліній різних класів напруги складають 0,5 в мережах 6–35 кВ і 0,7–0,8 в мережах 110–750 кВ.

Слід мати на увазі, що наведені значення  є усередненими і їх відносять до всіх видів відключень лінії (у тому числі і грозових).