УСТРОЙСТВО ГРОЗОЗАЩИТЫ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ, МОНТИРУЕМОЕ НА ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ОПОРЕ, И ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ВОЗДУШНАЯ ЛИНИЯ, СНАБЖЕННАЯ ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ

Область техники
Полезная модель относится к области электроэнергетики и, в частности, к средствам грозозащиты высоковольтных воздушных линий электропередачи (ВЛ).
Уровень техники
Известны устройства грозозащиты ВЛ, содержащие нелинейный резистор, между которым и проводом ВЛ образован разрядный промежуток [RU 2400894 МПК H02G 7/00, 2009 г., RU 2400895 МПК H02G 7/20, 2009 г., RU 2400896 МПК H02G 7/20, 2009 г.]. Первое из этих устройств имеет свободный разрядный промежуток, во втором и третьем устройствах разрядный промежуток образован вдоль поверхности опорного изолятора. Общий недостаток указанных аналогов - они не могут быть смонтированны на широко распространенных опорах ВЛ с металлическими траверсами - для их применения необходимо создавать и использовать на ВЛ специальные опоры с изолирующей траверсой.
Известно «Устройство защиты от перенапряжений высоковольтных линий (варианты)» [RU 85040 U1 МПК Н02Н 9/06, 2009 г.]. Второй вариант этого устройства, предназначенный для установки на промежуточных опорах ВЛ, выбран в качестве прототипа.
Прототип представляет собой устройство, монтируемое на металлической траверсе промежуточной опоры ВЛ и содержащее нелинейный резистор, выполненный в виде колонки варисторов, и внешний искровой промежуток, образованный между нижним фланцем нелинейного резистора и высоковольтным проводом воздушной линии. На нижнем фланце нелинейного резистора установлен перпендикулярно высоковольтному проводу разрядный электрод в форме дуги окружности с радиусом, равным разности длины искрового промежутка и высоты подвеса высоковольтного провода ВЛ относительно траверсы.
Недостаток прототипа - низкая технологичность и надежность устройства грозозащиты из-за жестких требований, связывающих форму и размеры электрода, высоту подвеса высоковольтного провода относительно траверсы и длину внешнего искрового промежутка.
Раскрытие полезной модели
Технический результат полезной модели - повышение технологичности и надежности грозозащиты ВЛ.
Предметом полезной модели является устройство грозозащиты ВЛ, содержащее нелинейный резистор, закрепленный на траверсе промежуточной опоры с помощью кронштейна, и внешний (воздушный) искровой промежуток, образованный между проводом защищаемой ВЛ, подвешенным на гирлянде изоляторов, и разрядным электродом, при этом разрядный электрод закреплен на нижнем фланце нелинейного резистора и выполнен в виде металлического тора, вытянутого в направлении, перпендикулярном проводу защищаемой ВЛ.
Это позволяет получить указанный выше технический результат.
Устройство грозозащиты имеет развития.
Первое развитие, направленное на повышение эффективности грозозащиты, состоит в том, что длина внешнего искрового промежутка и электрические параметры нелинейного резистора должны совместно удовлетворять следующим соотношениям:
кл
нр
ост
нр
ип
нр
U (5 мА)>0,95 U; U (10 кА)<2,5 U и L=(0,5÷0,7) U,
нр
кл
ост
ип
где U - наибольшее рабочее напряжение защищаемой ВЛ в кВ, U (5 ма) - классификационное напряжение нелинейного резистора при классификационном токе 5 мА, U (10 кА) - остающееся напряжение нелинейного резистора при грозовом импульсе тока 10 кА, a L - длина внешнего искрового промежутка в см.
Второе развитие полезной модели, направлено на сохранение эффективности грозозащиты в условиях значительных ветровых отклонений провода ВЛ, подвешенного на гирлянде изоляторов. Это развитие состоит в том, что длина металлического тора, в направлении, перпендикулярном проводу защищаемой ВЛ, лежит в пределах
г
(0,3÷0,5) L,
г
где L - строительная высота изолирующей гирлянды.
Предметом полезной модели также является ВЛ, содержащая опоры, на траверсах которых с помощью изолирующих гирлянд подвешены электрические провода и установлены устройства грозозащиты с внешним искровым промежутком, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одно устройство грозозащиты выполнено так, как было раскрыто выше.
При прохождений трассы в районах с плохо проводящими грунтами ВЛ, снабженная предлагаемыми устройствами грозозащиты, имеет существенно меньшую вероятность грозовых отключений.
Краткое описание фигур
На фиг.1 показана фронтальная проекция устройства. На фиг.2 - тоже, вид сверху.
Осуществление полезной модели с учетом ее развитии
Устройство (фиг.1 и 2) содержит нелинейный резистор 1, выполненный в виде колонки варисторов, заключенной в изоляционный корпус. Резистор 1 закреплен на траверсе 2 промежуточной опоры ВЛ с помощью кронштейна 3. Внешний искровой промежуток 4 образуется между проводом 5, подвешенным к траверсе 2 на гирлянде 6 изоляторов, и разрядным электродом 7, закрепленным на нижнем фланце 8 резистора 1. Электрод 7 выполнен в форме металлического тора, вытянутого в направлении, перпендикулярном проводу 5.
кл
ост
Электрические параметры резистора 1 задаются вольтамперной характеристикой (ВАХ) колонки варисторов с соответствующими значениями U (5 мА) и U (10 кА).
Устройство осуществляет грозозащиту ВЛ следующим образом.
В отсутствие грозовых воздействий рабочее напряжение ВЛ приложено параллельно к гирлянде 6 и защитной последовательной цепи, состоящей из нелинейного резистора 1 и воздушного искрового промежутка 4. Гирлянда 6 и защитная цепь при этом должны выдерживать без пробоя и перекрытия наибольшее рабочее фазное напряжение, а также квазистационарные и коммутационные перенапряжения данного класса ВЛ.
нр
При возникновении грозовых перенапряжений, например, в результате удара молнии в провод 5, грозозащитный трос или опору ВЛ, защитная цепь срабатывает, т.е. искровой промежуток 4 перекрывается при напряжении меньшем, чем напряжение перекрытия гирлянды 6, величина которого зависит от наибольшего для ВЛ рабочего напряжения U. Срабатывание защитной цепи характеризуется переходом варисторов резистора 1 на пологий участок вольтамперной характеристики с малым сопротивлением, в результате чего напряжение на грозозащитном устройстве и на гирлянде 6 ограничивается до уровня остающегося напряжения на нелинейном резисторе 1 при данном разрядном токе. Это напряжение меньше, чем наименьшее возможное напряжение перекрытия гирлянды изоляторов. В результате предотвращается перекрытие и повреждение гирлянды 6. После протекания разрядного тока (тока молнии) в промежутке 4 остается ионизованный канал, по которому протекает сопровождающий ток, вызванный рабочим напряжением линии. Этот ток не превышает долей ампера и обрывается в течение одного полупериода промышленной частоты. Импульсное перекрытие не переходит в дугу короткого замыкания.
Проведенные расчетно-экспериментальные исследования показали следующее.
Для того, чтобы, с одной стороны, надежно исключить переход импульсного перекрытия в дугу короткого замыкания (т.е. переход рабочей точки нелинейного резистора 1 на пологий участок ВАХ после перекрытия искрового промежутка) под воздействием наибольшего рабочего напряжения, а с другой стороны, надежно обеспечить координированное перекрытие искрового промежутка 4 (т.е. при напряжении, меньшем напряжения перекрытия гирлянды), электрические параметры резистора 1 и длина искрового промежутка 4 должны удовлетворять соотношениям:
кл
нр
ост
нр
ип
нр
U (5 мА)>0,95 U; U (10 кА)<2,5 U и L=(0,5÷0,7) U.
При условии выполнения последнего соотношения первое неравенство исключает переход импульсного перекрытия в дугу короткого замыкания (переход рабочей точки нелинейного резистора на пологий участок ВАХ после перекрытия искрового промежутка) под воздействием наибольшего рабочего напряжения, а второе - обеспечивает координированное перекрытие искрового промежутка 4. Совместно эти два неравенства накладывают двустороннее ограничение на число варисторов в колонке, образующей нелинейный резистор 1, и на их суммарную ВАХ.
ип
ип
нр
ип
нр
Двустороннее ограничение длины промежутка 4 последним соотношением вытекает из следующих результатов исследования. Для надежного предотвращения перекрытия гирлянды 6 значение L. должно быть достаточно малым, чтобы удовлетворять неравенству L<0,7 U. Однако при уменьшении длины промежутка до величины L<0,5 U резко возрастает риск перехода искрового разряда в дуговой, сопровождающийся повреждением резистора 1.
ип
г
ип
Величина L представляет собой кратчайшее расстояние по прямой между электродом 7 и проводом 5 (см. фиг.1). При ветровых отклонениях провода и гирлянды 6, поддерживающей провод 5, это расстояние меняется. Однако, как показали проведенные исследования, если длина металлического тора в направлении, перпендикулярном проводу защищаемой воздушной линии, составляет (0,3÷0,5) L, то величина L остается в указанных выше пределах вплоть до ветровых отклонений гирлянды 6 от вертикальной оси, достигающих ±40°.
Предлагаемая конструкция технологически более удобна, не предъявляет жестких требований к форме и взаимному расположению элементов грозозащиты, что упрощает изготовление и монтаж устройств на промежуточных опорах ВЛ и, в конечном счете, обеспечивает более надежную грозозащиту ВЛ.