Грозоупорность воздушных линий с тросами

Грозовые отключения ВЛ с тросами вызваны следующими причинами:

• 1. Удар молнии в трос в середине пролёта и перекрытие воздушного промежутка трос-провод.
• 2. Прорыв молнии через тросовую защиту (т.е. поражение провода).
• 3. Удар молнии в опору и обратное перекрытие изоляции с опоры на провод.

Удар молнии в трос в середине пролета между двумя опорами.

Если трос хорошо заземлен на опорах, тогда.

.

где: Zтр — волновое сопротивление троса.

Максимальное напряжение между тросом и проводом:

.

где: б — крутизна тока молнии; l — длина пролета; - скорость распространения разряда; K — коэффициент связи между проводом и тросом.

Удар молнии в трос в середине пролета является расчетным случаем для выбора расстояния между тросом и проводом.

При ударах молнии в трос возможно перекрытие изоляции на опорах, где прочность изоляции значительно ниже, чем в середине пролета.

Обычно расстояние между тросом и проводом по вертикали берется равным 2% длины пролета (l = 400 м, f = 8 м).

Удар молнии в вершину опоры.

Число ударов в опоры определяется формулой:

.

где: nуд — число ударов молнии в линию.

Обратное перекрытие линейной изоляции с опоры на провод фазы произойдет, если напряжение на изоляторе больше (Uизол > Uимп) разрядного напряжения Потенциал провода имеет три составляющие:

• 1) рабочее напряжение;
• 2) напряжение, индуктированное на проводе зарядом лидера (U электростатической составляющей);
• 3) напряжение, индуктированное на проводе в результате распространения по тросам импульсов напряжения с амплитудой Uоп.

Расчетное значение рабочего напряжения (Uраб) принимается равным среднему значению за полупериод:

.

Электрическая составляющая индуктивного перенапряжения при ударе в опору может быть приближенно рассчитано по формуле:

.

где: Еср = 10 кВ/см — средняя напряженность электрического поля в промежутке между каналом лидера молнии и опорой перед главным разрядом; К — коэффициент электромагнитной связи между проводом и тросом, учитывающий экранирующее действие троса.

Напряжение Uинд имеет полярность, обратную полярности потенциала вершины опоры. Прохождение тока по тросу вызывает появление на проводе напряжения Uоп того же знака, что и потенциал опоры. Эта составляющая уменьшает напряжение на изоляции линии.

Таким образом, напряжение на линейной изоляции, равное разности потенциалов вершины опоры и провода, в момент максимума тока молнии определяется как:

.

Это напряжение сравнивается с напряжением перекрытия гирлянды при предразрядном времени, равном длительности фронта импульса тока молнии фф (рис. 4).

Рис. 4 Определение времени разряда линейной изоляции при разных крутизнах фронта тока молнии (a1 > a2): 1 — вольт-секундная характеристика изоляции; 2 — напряжения на изоляции.

Значение Uиз зависит от крутизны фронта тока молнии (рис. 5).

Рис. 5 Кривая опасных параметров

Iм = фф.

Вероятность перекрытия изоляции при ударе молнии в опору определяется по значению критического тока:

.

где: Rи — импульсное сопротивление заземления опоры; д — коэффициент, учитывающий число тросов на опоре.

Для ВЛ с двумя тросами: д = 0,15; а для ВЛ с одним тросом: д = 0,3.

При двух тросах доля тока в опоре меньше, чем при одном тросе и критическое значение тока молнии выше. Увеличение высоты опоры и ее индуктивности приводит к росту напряжения на гирлянде изоляторов и к уменьшению критического тока.

Вероятность пробоя молнии через тросовую защиту.

Вероятность пробоя определяется эмпирической зависимостью (рис. 6.).

Рис. 6 Определение защитного угла б тросов

.

где: hоп — высота опоры; б — угол защиты тросовым молниеотводом.

Более точный расчет P основывается на связи ориентировки молнии на ВЛ с развитием встречных лидеров; при этом прорыв молнии имеет место и в том случае, если встречный лидер развивается от провода. Процесс развития встречных лидеров зависит от напряженности электрического поля между лидером молнии и наземными объектами. На указанный процесс влияют: число и расположение проводов, наличие соседних линий, провисание проводов в пролете, а также рабочее напряжение ВЛ (среднее значение вероятности прорыва для ВЛ-500 кВ равно 0,29%, а для ВЛ-750 кВ — 0,92%).

Удельное число отключений линий с тросами.

Удельное число отключений вычисляется в общем случае по формуле:

.

где: hтр — средняя высота подвеса троса; hоп — средняя высота опоры; P — вероятность поражения провода; Pпер — вероятность перекрытия изоляции на опоре при ударе молнии в провод; Pоп — вероятность перекрытия изоляции при ударе в опору; Pтр — вероятность пробоя промежутка трос-провод при ударе в трос в середине пролёта; 1 — вероятность образования устойчивой дуги при перекрытии изоляции опоры; 2 — вероятность образования устойчивой дуги при пробое воздушной изоляции в пролете, l — длина пролета.

Двухцепные линии имеют большую высоту опор и отключаются значительно чаще, чем одноцепные линии с горизонтальным расположением проводов. Использование двух тросов на двухцепных опорах позволяет уменьшить число грозовых отключений линий.