УСТРОЙСТВО ГРОЗОЗАЩИТЫ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ, МОНТИРУЕМОЕ НА АНКЕРНО-УГЛОВОЙ 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 воздушных линий электропередачи, содержащие нелинейный резистор, между которым и проводом воздушной линии образован разрядный промежуток [RU2400894 МГТС H02G 7/00, 2009 г., RU2400895 МПК H02G 7/20, 2009 г., RU2400896 МГТС 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 с металлическими траверсами - для их применения на ВЛ необходимо создавать и использовать специальную опору с изолирующей траверсой.
Известно «Устройство защиты от перенапряжений высоковольтных линий (варианты)» [RU85040U1 МГТС Н02Н 9/06, 2009 г.]. Первый вариант этого устройства, предназначенный для установки на анкерно-угловых опорах ВЛ, выбран в качестве прототипа.
Прототип представляет собой устройство, монтируемое на металлической траверсе анкерно-угловой опоры ВЛ и содержащее нелинейный резистор, выполненный в виде колонки варисторов и искровой промежуток с изолятором. На концах изолятора смонтированы соосно один против другого два тора, при этом один конец изолятора шарнирно соединен с нижним фланцем нелинейного сопротивления, а второй конец - с высоковольтным проводом ВЛ.
Недостаток прототипа - низкая надежность устройства грозозащиты, обусловленная наличием в искровом промежутке изолятора, фиксирующего длину промежутка. Надежность снижается, не столько из-за увеличения общего числа элементов, сколько из-за неизбежного загрязнения поверхности изолятора, которое сопровождается возрастанием тока утечки по поверхности изоляторов и неравномерным перераспределением напряжения по длине искрового промежутка.
Раскрытие полезной модели
Технический результат полезной модели - повышение надежности и технологичности грозозащиты ВЛ.
Предметом полезной модели является устройство грозозащиты ВЛ, содержащее нелинейный резистор и опорный изолятор, закрепленные на траверсе анкерно-угловой опоры с помощью кронштейна, и внешний искровой промежуток, образованный между первым разрядным электродом, закрепленным на нижнем фланце нелинейного резистора и вторым разрядным электродом, закрепленным на нижнем фланце опорного изолятора, при этом второй разрядный электрод выполнен в виде металлического тора, вытянутого в направлении нелинейного резистора и сцеплен с обводным шлейфом провода ВЛ с помощью промежуточного звена.
Это позволяет получить указанный выше технический результат.
Устройство грозозащиты имеет развития.
Первое развитие, направленное на повышение эффективности и дальнейшее повышение надежности 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, а L - длина внешнего искрового промежутка в см.
Второе развитие полезной модели, направленное на надежное предотвращение электрических разрядов между нелинейным резистором и загрязненной поверхностью опорного изолятора 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 опорного изолятора.
Предметом полезной модели также является высоковольтная воздушная линия электропередачи, 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 прохождении трассы в районах с плохо проводящими грунтами ВЛ, снабженная предлагаемыми устройствами грозозащиты, имеет существенно меньшую вероятность грозовых отключений.
Краткое описание фигур
На фиг.1 показано устройство грозозащиты, установленое на анкерно-угловой опоре (при правом угле поворота трассы ВЛ).
Осуществление полезной модели с учетом ее развитии
Устройство содержит нелинейный резистор 1, выполненный в виде колонки варисторов, заключенной в изоляционный корпус, и опорный изолятор 2, закрепленные на траверсе 3 анкерно-угловой опоры с помощью кронштейна 4. Резистор 1 и изолятор 2 устанавливаются на кронштейне 4 на фиксированном расстоянии друг от друга. Внешний искровой промежуток 5 образован между первым разрядным электродом 6, закрепленным на нижнем фланце 7 резистора 1, и вторым разрядным электродом 8 в виде металлического тора. Электрод 8 закреплен на нижнем фланце 9 изолятора 2 и вытянут в направлении резистора 1. При этом электрод 8 сцеплен с обводным шлейфом 10 провода ВЛ с помощью стандартного элемента сцепной линейной арматуры - промежуточного звена 11, фиксирующего расстояние между шлейфом 10 и нижним фланцем 9 изолятора 2.
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 изолирующим подвескам (гирляндам) ВЛ, изолятору 2 и защитной последовательной цепи, состоящей из нелинейного резистора 1 и воздушного искрового промежутка 5. Изолятор 2, изолирующие гирлянды, удерживающие шлейф 10, 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, грозозащитный трос или опору ВЛ, защитная цепь срабатывает, т.е. искровой промежуток 5 перекрывается при напряжении меньшем, чем напряжение перекрытия изолятора 2 и изолирующих гирлянд ВЛ, удерживающих шлейф 10. Величина напряжения перекрытия 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 гирляндах ВЛ 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 гирлянд ВЛ, удерживающих шлейф 10, (на фиг.3 не показаны) и изолятора 2. После протекания разрядного тока (тока молнии) в промежутке 5 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 на пологий участок ВАХ после перекрытия искрового промежутка) под воздействием наибольшего рабочего напряжения, а с другой стороны, надежно обеспечить координированное перекрытие искрового промежутка 5 (т.е. при напряжении, меньшем напряжения перекрытия гирлянды), электрические параметры резистора 1 и длина искрового промежутка 5 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 5. 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 5 последним соотношением вытекает из следующих результатов исследования. Для надежного предотвращения перекрытия изолятора 2 и изолирующих гирлянд ВЛ, удерживающих шлейф 10, значение L должно быть достаточно малым, чтобы удовлетворять неравенству L<0,7U. Однако при уменьшении длины промежутка до величины L<0,5U резко возрастает риск перехода искрового разряда в дуговой, сопровождающийся повреждением резистора 1.
ип
г
Величина L представляет собой кратчайшее расстояние по прямой между электродом 6 и электродом 8. Выбор длины электрода 8 в пределах (0,3÷0,5) L и обеспечиваемое с помощью кронштейна 3 расстояние между резистором 1 и изолятором 2 позволяют предотвратить электрические разряды между резистором 1 и загрязненной поверхностью изолятора 2.
Применение полезной модели повышает надежность грозозащиты ВЛ по отношению к прототипу за счет использования искрового промежутка, свободного от элементов, фиксирующих его длину.
Предлагаемая полезная модель позволяет использовать надежное и недорогое устройство грозозащиты со свободным искровым промежутком, для анкерно-угловых опор с большими (до 60°) углами поворота.