Буслова Н.В. к.т.н. доц., Гайдук А.В. магистрант
Национальный
технический университет Украины
«Киевский
политехнический институт»
Применение
изоляторов-разрядников с мультикамерной системой
Традиционно защита линий
электропередачи от прямых ударов молнии осуществляется с помощью заземленных
тросов. Однако в условиях, когда традиционные меры молниезащиты не дают
желаемого эффекта (локально высокая
интенсивность грозовой активности, большие переходы через водоемы и другие
крупные преграды) и число грозовых отключений является недопустимо большим,
появляется необходимость отказаться от применения грозозащитных тросов. Одним
из решений для обеспечения грозозащиты ВЛ без применения грозотроса является
применение изоляторов-разрядников с мультикамерной системой (ИРМК).
Разрядники ИРМК (изоляторы-разрядники
мультикамерные) - принципиально новый аппарат, который сочетает
в себе свойства изолятора и разрядника одновременно (рис 1).
Рисунок 1- Изолятор - разрядник мультикамерный на
основе изолятора SDI.
При использовании разрядников ИРМК возможно обеспечить грозозащиту
воздушных линий (ВЛ) любого класса напряжения, так как с увеличением класса
напряжения возрастает количество изоляторов в гирлянде и, соответственно,
увеличивается номинальное напряжение и дугогасящая способность устройства.
Основу
ИРМК составляют обычные массово выпускаемые изоляторы (стеклянные, фарфоровые
или полимерные), на которых специальным образом установлена мультикамерная система
(МКС), причём установка МКС не приводит к ухудшению изоляционных свойств
изолятора, но благодаря ей он приобретает свойства разрядника. Поэтому в случае
применения ИРМК на ВЛ не требуется применения грозозащитного троса. При этом
снижается высота, масса и стоимость опор, а также стоимость всей ВЛ в целом,
обеспечивается надёжная грозозащита линий, т. е. резко сокращается число
отключений линий, уменьшаются ущербы от недоотпуска электроэнергии и эксплуатационные
издержки. Весьма перспективным представляется защита контактной сети железных
дорог от прямых ударов молнии при помощи ИРМК. [1]
Основным элементом ИРМК является МКС. МКС состоит из большого
числа электродов, вмонтированных в профиль из силиконовой резины. Между
электродами выполнены отверстия, выходящие наружу профиля. Эти отверстия
образуют миниатюрные газоразрядные камеры. При воздействии на разрядник
импульса грозового перенапряжения пробиваются промежутки между электродами.
Благодаря тому, что разряды между промежуточными электродами происходят внутри
камер, объёмы которых весьма малы, при расширении канала создаётся высокое
давление, под действием которого каналы искровых разрядов между электродами
перемещаются к поверхности изоляционного тела и далее выдуваются наружу в
окружающий разрядник воздух (рис 2).
Рисунок 2-Мультикамерная
система (МКС) в работе.
Вследствие возникающего дутья и удлинения каналов между
электродами каналы разрядов охлаждаются, суммарное сопротивление всех каналов
увеличивается, т. е. общее сопротивление разрядника возрастает, и происходит
ограничение импульсного тока грозового перенапряжения.[2]
В разрядниках с МКС возможны два типа гашения искрового разряда:
- при
переходе сопровождающего тока 50 Гц через ноль (в дальнейшем такой тип гашения называется «гашением в нуле»)
(рис 3);
- без сопровождающего тока
сети (в дальнейшем такой тип гашения называется «гашением в импульсе») (рис 4);
Рисунок 3- Осциллограмма
напряжения на МКС при испытаниях на гашение сопровождающего тока «в нуле».
Рисунок 4- Осциллограмма
напряжения на МКС при испытаниях на гашение сопровождающего тока «в импульсе».
Механизм гашения искрового разряда в МКС напоминает механизм
гашения дугового разряда в трубчатом разряднике. Существенное отличие состоит в
том, что внутри трубчатого разрядника достаточно долго (до 10 мс) горит дуга.
Она выжигает стенки газогенерирующей трубки, и образовавшиеся от теплового
разрушения газы выдувают канал разряда наружу. В случае «гашения в нуле» МКС дуга
начинается в дугогасящих камерах, а затем большая её часть выдувается наружу в
открытое пространство. Материал камер не газогенерирующий, дутьё образуется
просто за счёт расширения канала разряда, поэтому эрозия стенок камер
незначительная.[3]
В случае «гашения в импульсе», длительность которого составляет
микросекунды или десятки микросекунд, эрозии практически нет даже после
многократных срабатываний МКС.
МКС
испытаны на электродинамическую устойчивость импульсами тока с максимальным
значением 100-110 кА (рис 5). Образцы МКС выдержали 10 воздействий указанных
импульсов без разрушения. Таким образом, МКС можно применять для защиты ВЛ от
прямых ударов молнии (ПУМ).
Рисунок 5- Типичная
осциллограмма тока при испытаниях МКС на электродинамическую устойчивость.
По окончании импульса грозового перенапряжения к
разряднику остаётся приложенным напряжение промышленной частоты. [4]
Выводы
1. При использовании ИРМК для защиты от грозовых
перенапряжений снижается высота, масса и стоимость опор, а также стоимость всей
ВЛ в целом.
2. ИРМК обеспечивают надёжную грозозащиту
линий, т. е. сокращаение числа отключений линий, уменьшение ущерба от
недоотпуска электроэнергии, а также сокращение эксплуатационных издержек.
3. ИРМК может обеспечить надёжную защиту ВЛ 3-35 кВ
и выше как от индуктированных перенапряжений, так и от прямых ударов молнии.
На
сегодняшний день ИРМК активно используются только в практике молниезащиты сетей
РФ, в частности, ОАО «Волгоградэнерго». Весьма перспективным представляется
внедрение ИРМК в ОЭС Украины.
Литература:
1. [http://www.mrsk-yuga.ru/files/file/site/isorasr.pdf]
2. Бортник И.М., Верещагин И.П., Вершинин Ю.Н.. «Электрофизические основы техники высоких напряжений», 2006, Энергоатомиздат, 543 с.
3. [http://elektrotorg.com/shtyrevye_izolyatory_byvayut_f_p.html]
4. [http://news.elteh.ru/arh/2011/71/03.php]