Грозоупорность воздушных ЛЭП

 

Импульсная прочность ЛЭП значительно больше, чем импульсная прочность оборудования подстанции. 80-90% отключений приходится на электрическую прочность линий, поэтому электрическую прочность ЛЭП мы никак уменьшать не можем. Также могут пострадать обслуживающий персонал и оборудование при сильной молнии.

Число отключений линий: N _отк= N _уд P _перh_кз

N _уд – число ударов; P _пер вероятность перекрытия; h_кз – вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу.

Рассмотрим три случая поражения ЛЭП молнией.

Удар молнии в трос.

 

 

На ЛЭП 110 кВ с тросом, подвешенным по всей длине линии, число ударов в трос и опору почти не отличается. Для линий 500 кВ характерны следующие соотношения:

N _оп»40% N _уд

N _оп»60% N _уд

Напряжение на тросе в момент удара молнии:

I ^к_м – ток молнии в канале молнии (I ^к_м= I _м).

Вероятность того, что ток будет иметь ту или иную величину: . Зная ток молнии, мы можем рассчитать вероятность этого тока, воздействующего на оборудование.

 

 

 

Рассмотрим два случая:

а – пробой в месте удара;

б – пробой изоляторов.

 

Представим наш рисунок в виде:

 

Напряжение на проводе: U_пр=k_свU_тр

k_св – коэффициент связи.

Напряжение изоляции: U_из=U_оп–k_свU_тр

Изоляции опоры:U_оп=I_мR_иоп Þ

Þ U_из= I_мR_иоп–I_м100k_св=I_м(R_и–100k_св) Þ

Þ – защитный уровень изоляции.

U_из³U_50%

U_50% – импульсная электрическая прочность изоляции воздушного промежутка.

 

Вероятность перекрытия изоляции: P(I_м=I_защ)=10^-Iм/60

Т.к. расстояние маленькое (l_пр/2), то искажение волны не будет и она вернется.

Величина трапециевидной волны определяется не амплитудой, а крутизной.

U_атр=u_мtz_тр/2

U_пр= U_атрk_св

 

U_извозд=U_тр–U_пр=U_атр(1–k_св) – напряжение изоляции воздушного промежутка.

Далее найдя U_{извозд50%} мы можем определить а_м®P(а_м) ®Р_пери.

2. Удар молнии в опору.

 

70% всех ударов приходится в опору.

U_оп=I_мR_м

При ударе молнии в хорошо заземленный объект (опора), величина тока молнии, протекающего на опоре, не изменяется.

Мы имеем хорошо заземленный объект, если R_зп£30Ом – заземление промышленной частоты, поэтому сопротивление опор выполняется не более 30 Ом.

R_и=a_иR_п

a_и – импульсный коэффициент. Для опор a_и³1.

U_пр=dU_оп

d – коэффициент связи. Он зависит от того сколько у нас тросов: если один, то d=0,3; если два, то d=0,15.

U_из=U_оп–U_тр= I_мR_и(1–d)

P(I_м)=Р_пер

Для упрощенного расчета d пренебрегаем и считают: I_м=U_50%/R_и.

Удар мимо троса.

 

 

 

Этот случай очень редкий, т.к. вероятность прорыва через трос очень маленькая и равняется:

 

DS – расстояние между тросами и верхним проводом по горизонтали.

Dh – расстояние между тросами и верхним проводом по вертикали.

D=1.

Вероятность отключения: Р_откл=Р_aР_перh_кз

Р_a=0,036 – для линий 220 кВ на одинарных железобетонных опорах с высотой опоры 24м. При этом a=32⁰.

Вероятность перекрытия: Р_пер=Р(I_м).

Для 220 кВ: I_з=1000/300»3,3кА

Р_пер=10^-3,3/60

Т.о. Р_откл оказывается очень маленькой величиной.

Рассмотрим более современный подход к расчетам.

1. Удар молнии в трос.

Число ударов в трос (прямой удар в трос)

N_пумтрР_тр=N_тр

Схема замещения будет выглядеть следующим образом:

 

1 – при R_зим»0,05z_тр

2 – при R_зим»0,2z_тр

Волновое сопротивление канало-молнии:

Напряжение на тросе:

Выражением можно пренебречь, если R_зим<<z_тр

Е_прср»500 кВ/м

Перекрытие происходит в том случае, если:

– условие перекрытия.

Этот случай рассматривается для линий с тросами напряжением свыше 110 кВ.

При условии – маленькая вероятность перекрытия.

2. Удар в опору.

Число аварийных отключений при ударе в опору:

N_авоп=N^*_пумР_опР_перопh_г(1–Р_апв),

где h_г – вероятность перехода в грозовую дугу.

В этом случае схема замещения примет вид:

 

 

 

L_оп= L^*_опh_оп

Удельная индуктивность опоры:

L^*_оп=0,5 мкГн/м – для 2-х стоечной опоры;

L^*_оп=0,6 мкГн/м – для 1 стоечной опоры;

L^*_оп=0,7 мкГн/м – для деревянной опоры с 2-мя токоотводами.

Коэффициент ответвления тока молнии в опору:

, при R_зим=10-20 Ом Þ À=0,8-0,9

Напряжение на опоре: U_оп=ÀI_м R_зим+Àа_мL_оп+а_мМ_оп-м

 

 

Взаимная индукция между опорой и каналом тока молнии:

М_оп-м=М*_оп-мh_оп М*_оп-м=0,2 мкГн/м

Если R_зим<< , то перекрытие изоляции возможно на фронте волны.

 

 

1 – на заземлении опоры;

2 – напряжение на вершине опоры;

3 – суммарное напряжение волны.

h_г=0,7 для U£220 кВ

=0,1 для U³330 кВ

Коэффициент перехода в дугу для воздушных промежутков:

U_{наибраб} – наибольшее рабочее напряжение.

Вероятностная зависимость между а_м и I_м:

 

Удар мимо троса.

Сначала определим N^*_уд.

Далее определяем N^*_удР_ab

Р_ab=Р_прорР_перh_г(1–b_апв)

 

 

U_кр»1200 кВ.

Схема замещения имеет вид:

U_пр=I_мz_э

Эквивалентное входное сопротивление схемы относительно точки удара молнии:

Перекрытие произойдет если:

U_50%<U_пр}I_м³

Р_пер=Р(I_м³I_зу)

Кроме всех этих случаев рассматривается еще один.