Устройство защиты от перенапряжения УЗПН

Грозозащита ВЛ 6-10 кВ с помощью устройств защиты от перенапряжений типа УЗПН производства ЗАО «МЗВА»
Актуальность: По данным РАО «ЕЭС России», общая протяженность находящихся в эксплуатации в Российской Федерации ВЛ 6 и 10 кВ превышает 1200 тыс. км.
Надежность электроснабжения потребителей в значительной мере определяется надежностью работы ВЛ 6 и 10 кВ. В силу ряда причин надежность работы ВЛ 6 и 10 кВ является относительно низкой.

Одной из основных причин аварий и нарушений питания на ВЛ 6 — 10 кВ являются грозовые воздействия, которые составляют до 40% от общего числа их отключений. Они вызывают повреждения изоляторов, опор, проводов, приводят к замыканиям на землю, дуговым перенапряжениям и автоматическим отключениям. Вследствие низкого уровня импульсной прочности линейной изоляции ВЛ 6 — 10 кВ являются весьма подверженными грозовым отключениям, так как практически все перенапряжения от прямых ударов молний и значительная часть индуктированных перенапряжений приводят к перекрытиям изоляторов, с большой вероятностью переходящим в силовую дугу напряжения промышленной частоты.

Кроме того, внедрение в нашей стране распределительных воздушных линий с защищенными изоляцией проводами (ВЛЗ), которые имеют ощутимые эксплуатационно-технические преимущества перед ВЛ с неизолированными проводами по меньшей повреждаемости, надежности электроснабжения потребителей, безопасности, габаритам, предопределяет необходимость применения какой-либо системы их грозозащиты для предотвращения пробоев изоляции и пережога проводов силовым током короткого замыкания. Особенностью проблемы грозозащиты ВЛЗ является то, что в случае отсутствия специальных мер, при грозовом перекрытии изоляторов линии, сопровождаемом пробоем изоляции провода, образующаяся с большой вероятностью дуга промышленной частоты не имеет возможности перемещаться по проводу и горит в месте пробоя изоляции до момента отключения линии. Это зачастую приводит к повреждению изоляторов, обжигу изоляции провода, а в случае больших токов короткого замыкания — к пережогу проводов.

Методические указания по защите распределительных электрических сетей напряжением 0,4 — 10 кВ от грозовых перенапряжений, разработанные ОАО «РОСЭП» и утвержденные ОАО «ФСК ЕЭС», обязывают защищать ВЛЗ от грозовых перенапряжений. Кроме того, в «Положении о технической политике ОАО «ФСК ЕЭС», утвержденном в 2006 году, прямо указывается на необходимость защиты ВЛ 6 — 35 кВ от грозовых перенапряжений. Одним из вариантов защиты указывается использование ограничителей перенапряжений нелинейных ОПН (УЗПН). Также применение средств грозозащиты
ВЛ 6 —10 кВ целесообразно для особо ответственных линий, к которым предъявляются повышенные требования по надежности (например, ВЛ, питающие объекты нефте—газо—добычи), или же для линий, проходящих в районах с повышенной интенсивностью грозовой деятельности.

В настоящее время основной технической мерой, призванной снижать ущерб от грозовых отключений ВЛ 6 — 10 кВ, в России служит автоматическое повторное включение, эффективность которого в среднем не превышает 50 %. АПВ к тому же негативным образом отражается на коммутирующем и другом высоковольтном оборудовании. Поэтому АПВ эффективно далеко не везде. Также само по себе автоматическое повторное включение не защищает от пережога провода ВЛЗ.

Для защиты воздушных линий электропередачи переменного тока напряжением 6 и 10 кВ от перенапряжений ЗАО «МЗВА» совместно с НПО «Полимер-Аппарат» разработаны устройства защиты нелинейные типа УЗПН, представляющие собой линейный ОПН с внешним искровым промежутком.

Устройства предназначены для снижения числа грозовых отключений воздушных линий и предотвращения пережога изолированных проводов ВЛЗ дугой сопровождающего грозовой импульс тока промышленной частоты.

Описание конструкции и принцип действия
1. Ограничитель перенапряжений.
2. Электрод 1.
3. Электрод 2.
4. Прокалывающий зажим.
5. Провод.
6. Кронштейн.
7. Искровой промежуток.

Устройство состоит из:
— ограничителя перенапряжений нелинейного (ОПН) специальной конструкции;
— искрового промежутка (ИП) между фазным проводом и ОПН.

Нелинейный ограничитель перенапряжений представляет собой защитный аппарат, состоящий из одной колонки последовательно соединенных варисторов, заключенной в герметичный полимерный корпус. ОПН с помощью специальной арматуры крепится на опорах (как анкерных, так и промежуточных) воздушных линий электропередачи.

При воздействии на провода индуктированных перенапряжений, вызванных грозовыми разрядами вблизи ВЛ или при прямых ударах молнии в провода ВЛ, искровой промежуток УЗПН пробивается и подсоединяет к проводу нелинейный ограничитель перенапряжений, который благодаря снижению собственного сопротивления в этот момент осуществляет эффективный сброс перенапряжения на заземленные части опор через электроды, минуя изоляторы, что предохраняет их от перекрытия и повреждения, а провод от пережога. После снятия индуктированного перенапряжения при воздействии напряжения промышленной частоты ток через ОПН за счет возврата сопротивления ОПН до исходных значений ограничивается до величины, при которой существование дуги в искровом промежутке невозможно, и дуга гаснет.
Устройства предназначены для защиты изоляции ВЛ от индуктированных перенапряжений и перенапряжений при прямых ударах молнии в провода ВЛ с амплитудами до 65 кА. Прямое воздействие молнии с большей амплитудой может вызвать повреждение («спекание») ОПН, но благодаря особенности УЗПН — наличию внешнего искрового промежутка в цепи ОПН — это не приведет к постоянному замыканию провода на землю.

Доля прямых ударов молнии в совокупности опасных для изоляции ВЛ перенапряжений в зависимости от степени экранирования составляет от 0 до 10 %. Кроме того, по данным ОАО «НИИПТ», вероятность удара молнии с амплитудой, превышающей 65 кА, — 0,2. Таким образом, вероятность повреждения УЗПН не велика (не более 2 %). Например, на ВЛ 10 кВ длиной 100 км, расположенной в Ленинградской области, можно ожидать повреждение одного устройства не чаще одного раза в 2 года. Один раз в год перед началом грозосезона рекомендуется совершать обход ВЛ, защищенной УЗПН, и заменять поврежденные аппараты, если такие имеются.

Устройства устанавливаются по одному на каждую опору с последовательным чередованием фаз. Установка необходимой величины искрового промежутка (L) производится на стадии монтажа в соответствии с «Руководством по эксплуатации».