Устройство грозозащиты высоковольтной воздушной линии, монтируемое на промежуточной опоре, и высоковольтная воздушная линия, снабженная таким устройством

Полезная модель относится к области электроэнергетики и, в частности, к средствам грозозащиты воздушных линий высокого напряжения (ВЛ). Технический результат полезной модели - повышение надежности и технологичности грозозащиты ВЛ. Устройство 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). Искровой промежуток (4) образуется между проводом (5) ВЛ и разрядным электродом (7) на нижнем торце (8) резистора (1). Электрод (7) выполнен в виде металлического тора, вытянутого в направлении, перпендикулярном проводу (5). Размеры искрового промежутка (4), электрода (7) и электрические параметры нелинейного резистора совместно удовлетворяют соотношениям, приведенным в описании. ВЛ, снабженная предлагаемыми устройствами грозозащиты, имеет существенно меньшую вероятность грозовых отключений при прохождении ВЛ в районах с плохо проводящими грунтами. 2 н.п.ф., 2 з.п.ф., 2 ил.

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:

U_кл (5 мА)>0,95 U_нр; U_ост (10 кА)<2,5 U_нр и L_ип=(0,5÷0,7) U_нр ,

где U_нр - наибольшее рабочее напряжение защищаемой ВЛ в кВ, U_кл (5 ма) - классификационное напряжение нелинейного резистора при классификационном токе 5 мА, U_ост (10 кА) - остающееся напряжение нелинейного резистора при грозовом импульсе тока 10 кА, a L_ип - 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

(0,3÷0,5) L_г,

где L_г - 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.

Электрические параметры резистора 1 задаются вольтамперной характеристикой (ВАХ) колонки варисторов с соответствующими значениями U_кл (5 мА) и U_ост (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.

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_нр. 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:

U_кл (5 мА)>0,95 U_нр; U _ост (10 кА)<2,5 U_нр и L_ип=(0,5÷0,7) U_нр.

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.

Двустороннее ограничение длины промежутка 4 последним соотношением вытекает из следующих результатов исследования. Для надежного предотвращения перекрытия гирлянды 6 значение L_ип. должно быть достаточно малым, чтобы удовлетворять неравенству L_ип<0,7 U_нр. Однако при уменьшении длины промежутка до величины L_ип<0,5 U_нр резко возрастает риск перехода искрового разряда в дуговой, сопровождающийся повреждением резистора 1.

Величина L_ип 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_г, то величина L _ип 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.

1. Устройство грозозащиты высоковольтной воздушной линии электропередачи, содержащее нелинейный резистор, закрепленный на траверсе промежуточной опоры с помощью кронштейна, и внешний искровой промежуток, образованный между проводом защищаемой линии, 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 линии.

2. Устройство по п.1, в котором длина внешнего искрового промежутка и электрические параметры нелинейного резистора удовлетворяют соотношениям:

U_кл (5 мА)>0,95 U_нр ; U_ост (10 кА)<2,5 U_нр и L_ип =(0,5÷0,7) U_нр,

где U_нр - наибольшее рабочее напряжение защищаемой ВЛ, кВ,

U_кл (5 мА) - классификационное напряжение нелинейного резистора при классификационном токе 5 мА, кВ,

U_ост (10 кА) - остающееся напряжение нелинейного резистора при грозовом импульсе тока 10 кА, кВ, а

L_ип - длина внешнего искрового промежутка, см.

3. Устройство по п.2, в котором длина металлического тора в направлении, перпендикулярном проводу воздушной линии, лежит в пределах

(0,3÷0,5) L_г,

где L_г - строительная высота изолирующей гирлянды.

4. Высоковольтная воздушная линия электропередачи, содержащая опоры, на траверсах которых с помощью изолирующих гирлянд подвешены электрические провода, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, на одной опоре установлено устройство грозозащиты с внешним искровым промежутком, выполненное по любому из пп.1-3.