Расчет устройств ограничителей перенапряжения для линий электропередач автоблокировки и продольного электроснабжения

                      7. Расчет устройств ОПН для ЛЭП АБ и ПЭ.

        7.1. Перенапряжения и защита от них.

Кратковременные повышения напряжения на изоляции оборудования сверх максимального допустимого рабочего напряжения называют перенапряжением. По причине возникновения их подразделяют на грозовые (атмосферные) и внутренние (коммутационные).

Перенапряжения - одна из основных причин выхода из строя элементов электрических сетей напряжением до 35кВ. В сетях с воздушными линиями (ВЛ) электропередач это в основном грозовые перенапряжения (80% случаев), перенапряжения от однофазных дуговых замыканий на землю - перемежающихся дуг - (»10% случаев) и перенапряжения от феррорезонансных явлений (»5% случаев).

      Коммутационные перенапряжения возникают при различных изменениях схемы сети, параметров установки, от влияния контактной сети, ДПР, других высоковольтных линий, а также от соприкосновения с ними.

      Грозовые перенапряжения возникают при прямом ударе молнии в ВЛ СЦБ или вблизи нее. Прямые удары молнии в провода сопровождаются их обрывом или выплавлением металла провода, удары молнии в опоры вызывают расщепление деревянных стоек и траверс, разрушение изоляторов. При этом происходит соприкосновение ионизированного канала молнии, обладающего очень высокой температурой (30000С), с объектом, что и вызывает видимые разрушения. Однако больший ущерб причиняют электромагнитные воздействия молнии, если не приняты соответствующие меры защиты. Провод, подверженный прямому удару из-за протекания тока молнии, приобретает в месте удара потенциал по отношению к поверхности земли:

где  - ток молнии, кА

       - волновое сопротивление канала молнии, Ом

       - волновое сопротивление линии, Ом

        - средняя высота подвески провода, см

         - радиус провода, см

    Амплитуда тока молнии изменяется в широких пределах (от 2  до 200  кА).  Волновые  сопротивления провода  ВЛ  СЦБ и канала молнии можно принять равными 300 Ом. Возникнув в каком-либо  месте,   перенапряжение    распространяется    вдоль линии в обе стороны со скоростью света в виде волн, имеющих форму импульса, длительность которого не превышает 100 мкс. Волна  имеет определенное значение  напряжения  и  тока, так как представляет собой движение зарядов.

    Из выражения видно, что при токе молнии 50 кА и Z_M=Z_n = 300 Ом перенапряжения составят 5000 кВ. Такие напряжения не могут выдержать не только ВЛ СЦБ , но и ни одна высоковольтная линия. Напряжение на пораженном участке линии нарастает до тех пор, пока не перекроется его изоляция,  после  чего  эквивалентное    волновое сопротивление снизится.  Максимальный  потенциал    ограничивается  импульс­ной электрической прочностью штыревых или подвесных изо­ляторов, древесиной опор и траверс. Провода ВЛ СЦБ независимо от материала стойки опоры между собой имеют импульсную прочность, равную 300 кВ. Такую же прочность они имеют относительно земли при железобе­тонных опорах. Одинаковая импульсная прочность ВЛ СЦБ и ВЛ ДПР,  несмотря на подвеску проводов последней на трех изоляторах,   объясняется   значительной   электрической   прочностью древесины траверс. Средний разрядный градиент по дре­весине     при     импульсном     воздействии      напряжения     равен 200 кВ/м. Этим и обеспечивается импульсная прочность проводов  ВЛ  СЦБ  на деревянных опорах относительно  земли, она равна 1200—1600 кВ.

     Таким образом, при прямом ударе молнии в провод всегда происходит  перекрытие междуфазной изоляции.  Однако  из-за кратковременности действия разряда  молнии    и    способности фарфоровой  изоляции    восстанавливаться это  перекрытие  не­опасно. При этом релейная защита не работает, линия не от­ключается. Искра при большом токе молнии может перейти в дуговой  разряд,  поддерживаемый  рабочим    напряжением ли­нии.  В этом  случае предотвратить разрушение линейного обо­рудования   должна