Введение к работе
Актуальность проблемы. Качество электроснабжения большинства потребителей напрямую зависит от надежности работы распределительных воздушных линий (ВЛ) 6-10 кВ, протяженность которых в России превышает 1,2 млн. км. Одной из основных причин аварий и нарушений на ВЛ 6 - 10 кВ являются грозовые воздействия. Они вызывают повреждения изоляторов, опор, проводов, приводят к однофазным замыканиям на землю, дуговым перенапряжениям, коротким замыканиям и автоматическим отключениям. Вследствие низкого уровня импульсной прочности линейной изоляции В Л б - 10 кВ являются весьма подверженными грозовым отключениям, так как практически все перенапряжения от прямых ударов молнии и значительная часть индуктированных перенапряжений приводят к перекрытиям изоляции, с большой вероятностью переходящим в силовую дугу напряжения промышленной частоты. Поэтому проблема повышения эффективности грозозащиты и сокращения числа отключений потребителей от источников электрической энергии очень актуальна, и ей уделяется повышенное внимание в энергосистемах.
Традиционные средства ограничения перенапряжений, применяющиеся для грозозащиты подстанционного оборудования, не могут широко использоваться на ВЛ либо из-за технического несоответствия предъявляемым требованиям, либо из-за высокой стоимости.
Поэтому в настоящее время по существу единственной технической мерой, призванной снижать ущерб от грозовых отключений В Л 6-10 кВ, в России служит автоматическое повторное включение (АПВ), эффективность которого в среднем не превышает 50%.
Реальная перспектива внедрения в нашей стране распределительных воздушных линий с изолированными проводами предопределяет необходимость применения какой-либо системы их грозозащиты для предотвращения пережога изоляции и проводов силовыми токами короткого замыкания. Те известные по опыту использования в других странах системы грозозащиты ВЛ с изолированными проводами, которые приемлемы по стоимости, не решают проблему комплексно, а лишь обеспечивают защиту проводов, при этом число грозовых отключений ВЛ не снижается.
Поэтому весьма важной является задача поиска новых нетрадиционных экономически доступных технических решений в области грозозащиты, эффективных для применения на ВЛ как с неизолированными, так и с изолированными проводами.
Цель работы. Основной целью работы явилась разработка нового способа грозозащиты ВЛ 6-Ю кВ, основанного на применении специальных длинно-искровых разрядников (РДИ), способных предотвращать дуговые замыкания за счет реализации принципа удлинения импульсного скользящего разряда.
Для практического достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
на основе экспериментальных исследований импульсных разрядных характеристик изолированных проводов определить основные конструктивные и технологические требования для разработки РДИ и обосновать техническую возможность реализации идеи удлинения пути разряда вдоль защитного устройства;
изготовить опытные образцы прототипов РДИ и провести лабораторные экспериментальные исследования их электрических характеристик при воздействии токов и напряжений, соответствующих рабочим эксплуатационным условиям;
провести комплексные экспериментальные исследования физических процессов перехода импульсного грозового перекрытия РДИ в силовую дугу с использованием синтетической схемы, моделирующей грозовое воздействие молнии и силовую сеть промышленной частоты;
выработать необходимые рекомендации по применению предлагаемого способа грозозащиты ВЛ на основе анализа основных технических и технико-экономических факторов, определяющих область эффективного использования длинно-искровых разрядников.
Научная новизна и практическая ценность. В настоящей работе предложен новый способ грозозащиты воздушных распределительных линий 6-Ю кВ, основанный на принципе исключения перехода искрового грозового перекрытия в силовую дугу напряжения промышленной частоты.
Обоснованы научно-методические рекомендации для разработки длинно-искровых разрядников, предложены различные варианты исполнения РДИ и способы их установки на воздушных линиях.
В результате экспериментальных исследований электрических характеристик скользящего разряда вдоль изоляционных поверхностей опытных образцов изолированных проводов с различными конструктивными параметрами доказана возможность формирования искрового
терскрытия по разряднику с необходимой по условию предотвращения юроткого замыкания длиной канала.
Проведены комплексные экспериментальные исследования элек-грических характеристик опытных прототипов РДИ на макетах ВЛ при юздеиствиях импульсных грозовых перенапряжений, коммутационных деренапряжений, напряжения промышленной частоты, а также им-тульсных грозовых токов.
Выполнены экспериментальные исследования процессов перехода импульсного искрового перекрытия в силовое дуговое замыкание сопровождающего тока рабочего напряжения на опытных образцах ЭДИ.
В результате обработки и анализа экспериментальных данных поручены аналитические зависимости, определяющие взаимосвязь между допустимыми по условию гашения сопровождающих токов параметра-пи электрической сети и разрядников.
Получены аналитические зависимости вероятности установления )ежима короткого замыкания на ВЛ вследствие грозовых перекрытий )т параметров электрической сети, сопротивления заземления опор и длины импульсного перекрытия разрядника.
Предложенный принцип нового способа грозозащиты и различие варианты его технического воплощения защищены патентами Российской Федерации и международной заявкой на патент по системе
Разработанный способ грозозащиты воздушных линий с учетом выработанных технико-экономических рекомендаций может быть дрименен на действующих и вновь вводимых в эксплуатацию воздуш-дых распределительных линиях 6 - 10 кВ как традиционного исполне-дия, так и с изолированными проводами.
На защиту выносятся: принцип исключения перехода искрового дерекрытия в силовую дугу за счет удлинения импульсного скользящего разряда; научно-методические рекомендации по разработке РДИ с дспользованием этого принципа; результаты экспериментальных исследований импульсных характеристик скользящего разряда вдоль по-5ерхности изолированных проводов; результаты экспериментальных дсследований разрядных характеристик прототипов РДИ; результаты жспериментальных исследований процессов перехода импульсного дскрового перекрытия РДИ в силовую дугу; аналитические зависимости, определяющие взаимосвязь между допустимыми по условию га-пения сопровождающих токов параметрами электрической сети и раз-
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались:
на 4-ой и 5-ой российской научно-технической конференции "Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов" ЭМС, С- Петербург, 1996, 1998 г.г.;
на совещании "Эксплуатация, производство и обеспечение качества защитных средств от перенапряжений в классе 0,5 - 35 кВ" Мин. топлива и энергетики РФ, РАО "ЕЭС России", НПО "Электрокерамика", ПЭИПК. 6 -9 октября 1997 г., С- Петербург;
на конференции Международного института инженеров электриков и электронщиков IEEE, Берлин, 1997 г.;
на 24-ой Международной конференции по молниезащите (ICLP-98), Бирмингем, Великобритания, 1998 г.;
на 12-ой Международной конференции по промышленному электроснабжению, Таиланд, 1998 г.
По теме диссертации в соавторстве опубликовано 13 печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы составляет 154 стр., из них 99 стр. машинописного текста, 18 таблиц, 48 рисунков, список литературы из 123 наименований, приложение на 10 стр.