№ 3
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2015
УДК 619.319.9
МОЛНИЕЗАЩИТА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ МУЛЬТИКАМЕРНЫМИ РАЗРЯДНИКАМИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
© 2015 г. Г.В. ПОДПОРКИН, Е.Ю. ЕНЬКИН, В.Е. ПИЛЬЩИКОВ
ОАО «НПО "Стример"», Санкт-Петербург E-mail: georgij.podporkin@streamer.ru, evgeniy.enkin@streamer.ru
Предлагается альтернативный традиционным принцип молниезащиты воздушных линий электропередачи на основе мультикамерных разрядников и изоляторов-разрядников, разработанных НПО "Стример", основным преимуществом которых является устойчивость к многократным воздействиям токов прямого удара молнии. Новейшие исследования, приведенные в статье, показывают, что при изменении формы дугогасящей камеры можно добиться уникального эффекта — гашение дуги без развития сопровождающего тока, тем самым можно значительно повысить коммутационный ресурс мультикамерных систем. На основе универсальной дугогася-щей камеры новой формы разработан ряд устройств, прошедших приемочные испытания и проверенных в условиях опытно-промышленной эксплуатации.
Ключевые слова: воздушная линия электропередачи, мультикамерная система, мультикамерные разрядники, мультикамерные изоляторы-разрядники, гашение дуги сопровождающего тока, дугогасящая камера, молниезащита, молниевые перенапряжения, канал искового разряда.
LIGHTNING PROTECTION OF OVERHEAD POWER LINES BYMULTI-CHAMBER ARRESTERS OF NOVEL DESIGN
G.V. PODPORKIN, E.U. ENKIN, V.E. PILSHIKOV
Streamer Electric Company, St.Petersburg E-mail: georgij.podporkin@streamer.ru
The article represents the overhead transmission lines lightning protection principle alternative to conventional: lightning protection by multi-chamber arresters and insulator-arresters developed in Streamer Inc., which main advantage is stability to direct lightning stroke current impact. The results of latest research presented in article shows that change of arc quenching chamber construction can result in unique effect — arc quenching without follow current development and thus sufficiently increase multi-chamber system switching resource.Universal arc quenching chamber based devices were developed and passed acceptance and pilot tests.
Key words: overhead power line, multi-chamber system,multi-chamber arresters, multi-chamber isolator-arrester, follow current arc quenching, arc quenching chamber, lightning protection, lightning overvoltage, spark discharge channel.
ВВЕДЕНИЕ
Мультикамерные разрядники (РМК) и изоляторы разрядники (ИРМК) — инновационные устройства, предназначенные для защиты ВЛ 6-220 кВ от отключений, вызванных воздействиями молнии, а также как часть комплексной защиты подстанци-онного оборудования от набегающих волн молниевых перенапряжений. Основным рабочим элементом РМК и ИРМК является мультикамерная система (МКС), показанная на рис. 1. Она состоит из большого числа электродов, вмонтированных в профиль из силиконовой резины. Электроды разделены искровыми промежутками, выходящими наружу профиля в виде миниатюрных газоразрядных камер (например, щелевидной формы — как в ИРМК).
Воздействие на разрядник импульса молниевого перенапряжения приводит к пробою искровых воздушных промежутков между электродами (рис. 1а), тем самым образуется заданный путь внутри камер для протекания сопровождающего тока. С нарастанием величины сопровождающего тока расширяется канал разряда и создается высокое давление в камерах, под действием которого каналы искровых разрядов между электродами перемещаются к поверхности изоляционного тела и далее выдуваются наружу в окружающий разрядник воздух (рис. 1в, г). Вследствие возникающего дутья и удлинения каналов между электродами происходит их интенсивное охлаждение с повышением электрического сопротивления. Общее сопротивление разрядника возрастает, что способствует гашению дуги сопровождающего тока при его первом переходе через ноль. Такой вид гашения дуги сопровождающего тока условно назван гашением дуги в нуле (рис. 2а), см. [1].
Способность МКС рассеивать энергию протекающих токов в окружающем пространстве делает ее конструкцию устойчивой к электродинамическим и термическим воздействиям импульсного тока прямого удара молнии (ПУМ). Использование ИРМК с такой МКС позволяет защитить ВЛ от воздействия ПУМ и в случаи необходимости отказаться от применения молниезащитного троса.
1
2
Рис. 1. Иллюстрация работы МКС: а — начальный момент развития разрядов; б — МКС на ребре ИРМК; в — завершающая стадия развития разрядов; г — ИРМК при разряде; 1 — профиль из силиконовой резины; 2 — промежуточные электроды; 3 — дугогасящая камера; 4 — канал разряда; 5 — МКС; 6 — тарельчатый стеклянный изолятор; 7, 8 — верхний и нижний координационные отводы; 9 — подводящий электрод; 10 — поддерживающая арматура; 11 — провод
Из-за длительного (до 10 мс) протекания сопровождающего тока по МКС наблюдается эрозия электродов, интенсивность которой становится критической при величине тока свыше 10 кА.
Значительная эрозия электродов приводит к резкому снижению коммутационного ресурса, поэтому РМК и ИРМК на базе МКС данного типа применяются на ВЛ с токами короткого замыкания (к.з.), величина которых не превышает 10 кА.
Гашение дуги в импульсе и МКС нового типа
Опыт лабораторных исследований показал, что возможен другой вид гашения дуги, при котором после затухания импульсного тока наблюдается отсутствие развития сопровождающего тока сети. В среднем длительность импульсного тока (до полуспада) не превышает 100 мкс, при этом ввиду отсутствия протекания сопровождающего тока эрозия электродов становится незначительной и не зависит от его величины.
Данный вид гашения, условно названный гашением дуги в импульсе (рис. 2б), наблюдается при испытаниях МКС со сниженной (~(80—50)%) величиной приложенного напряжения.
Дальнейшие исследования позволили определить зависимость эффективности гашения дуги в импульсе (т.е. повышение величины приложенного напряжения сети) от увеличения межэлектродного расстояния, см. [2]. Оптимальное соотношение получено при двадцатикратном увеличении длины искровых промежутков по сравнению с МКС предыдущего образца (рис. 3). Причем повышение эффективности гашения позволило (для ИРМК примерно в четыре раза) уменьшить количество камер и сохранить приемлемые габариты МКС.
Разработанный принцип, примененный в МКС нового образца, положен в основу нового поколения РМК и ИРМК, основным преимуществом которых является возможность работы в сетях с токами к.з., по крайней мере, до 30 кА (подтверждено испытаниями) без снижения коммутационного ресурса.
Мультикамерные разрядники нового поколения
РМК-10-И предназначен для защиты от отключений, вызванных индуктированными молниевыми перенапряжениями ВЛ переменного тока частоты 50—60 Гц напряжением 6—10 кВ с защищенными и неизолированными проводами в электрических сетях с изолированной, заземленной через резистор или дугогасящий реактор нейтралью.
РМК-10-И состоит из разрядного элемента и узла крепления к арматуре ВЛ. Разрядный элемент представляет собой МКС, состоящую из десяти щелевых газоразрядных камер, каждая из которых развернута относительно предыдущей на 180° (рис. 4). Конструкция крепления разрядника позволяет осуществлять монтаж на ВЛ без снятия напряжения.
Из-за отсутствия протекания сопровождающего тока при срабатывании РМК-10-И нет необходимости в использовании прокусывающего зажима для изолированных проводов, что обеспечивает постоянную величину искрового воздушного промежутка при проскальзывании провода.
На базе РМК-10-И разработан разрядник для защиты от отключений, вызванных индуктированными молниевыми перенапряжениями ВЛ 20 кВ с любым режимом работы нейтрали (рис. 5).
Для защиты ВЛ от отключений, вызванных ПУМ, обратными перекрытиями и индуктированными молниевыми перенапряжениями (т.е. молниевыми воздействиями любого типа) разработаны РМК и ИРМК на базе универсальных дугогасящих камер (рис. 6). Камера изготовлена из кремнийорганической резины и представляет собой разрядную щель, выполненную между двумя электродами, выходящую наружу через направляющую трубку. Для придания требуемой механической прочности внутри ка-
4 Энергетика, № 3
97
340
8 20 к
N 0 «
а
У -20
М
2 -4
м о -8
Н -12
-26
10 15 20 Время, мс
10 15 Время, мс
3 20
§ 0 К
е
N -20
я р
* -10
м
о
Н -20
20 25
-30
10 15 Время, мс
Рис. 2. Диаграммы напряжения на ИРМК и протекающего через него тока при гашении дуги: а — в нуле; б -в импульсе
0
0
0
меры установлена армирующая изоляционная втулка. Камеры являются основным рабочим элементом РМК и ИРМК и при последовательном соединении образуют МКС.
Для защиты от отключений, вызванных молниевыми воздействиями любого типа ВЛ переменного тока частоты 50—60 Гц напряжением 6—10 кВ с защищенными и неизолированными проводами в электрических сетях с любым режимом работы нейтрали разработан прототип РМК-10-П (рис. 7). Разрядник представляет собой МКС, состоящую из десяти последовательно соединенных дугогасящих камер, закрепленную на изолированном стальном обруче и покрытой слоем кремнийорганической резины.
На рис. 8 приведена гирлянда из двух ИРМК на основе изолятора U120AD. ИРМК собираются в гирлянды (ГИРМК) и предназначены для защиты ВЛ35 220 кВ и выше от отключений вызванных молниевыми воздействиями любого типа.
МКС изолятора-разрядника содержит 14 последовательно соединенных дугогася-щих камер, конструктивно выполненных в соответствии с рис. 6.
4 5
Рис. 3. Разрез МКС: а — старого образца; б — нового образца; 1 — профиль из силиконовой резины; 2 — промежуточные электроды; 3 — дугогасящая камера; 4 — дополнительный электрод (для снижения разрядного напряжения МКС); 5 — канал разряда; А — длина искрового межэлектродного промежутка
Рис. 4. РМК-10-И со штыревым изолятором ШФ-10: а, б — общий вид; в — при испытаниях; 1 — провод; 2 — изолятор ШФ10-Г; 3 — штырь изолятора; 4 — кронштейн; 5 — разрядный элемент; 6 — высоковольтный электрод; 7 — разрядные камеры
При воздействии молниевого перенапряжения на провод пробиваются подводящие искровые промежутки и искровые промежутки между отвода
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.