2020-04-07
181
При расчете показателя надежности грозозащиты эффективность грозозащиты определяют отдельно для следующих расчетных случаев поражения линии (рис. 6.15):
1) удар молнии в провод (прорыв молнии через тросовую защиту) с последующим перекрытием с провода на опору или между проводами;
2) удар молнии в вершину опоры с последующим обратным перекрытием с опоры на провод;
3) удар молнии в пролет троса с последующим перекрытием с троса на провод или на землю;
4) удар молнии вблизи линии электропередачи, сопровождающийся появлением перекрытий вследствие индуктированных перенапряжений.
Можно определить суммарное число грозовых отключений в год по формуле:
n∑=nпр+no+nтр+nинд, (6.73)
где nпр, no, nтр – число отключений при ударах молнии в провод, в опору и трос; пинд – число отключений линии вследствие индуктированных перенапряжений.
Рис. 6.15. Логическая схема развития грозовых аварий ВЛ 110кВ и выше
Число отключений линии при ударах молнии в провода равно:
nпр=NПУМРпрР1прРд(1-РАПВ), (6.74)
где NПУМ – число прямых ударов молнии в линию (провода, тросы, опоры); Рпр – вероятность прорыва молнии на фазные провода мимо тросов (при отсутствии тросов Рпр≈1); P1 пр – вероятность перекрытия гирлянды при ударе молнии в провода (т.е. вероятность того, что ток молнии будет больше, чем уровень грозоупорности линии при ударе молнии в провод); Рд – вероятность установления дуги при перекрытии; Рапв – вероятность успешной работы АПВ.
Рассмотрим удар молнии в трос в середине пролета между двумя опорами. Если считать, что трос хорошо заземлен на опорах, т. е. Rи 
Zтр (Zтр – волновое сопротивление троса), и принять для расчета косоугольную форму тока молнии, можно построить импульс напряжения в точке поражения троса молнией.
До прихода импульсов, отраженных от сопротивлений заземления соседних опор, напряжение на тросе определяется по формуле:
(6.75)
Через интервал времени 
, где l – длина пролета, к месту удара одновременно подойдут импульсы, отраженные с переменой знака от сопротивлений заземления двух ближайших опор, и рост напряжения прекратится. Подставив в (6.75) время t = τ = l/υ, получим максимальное напряжение на тросе:
(6.76)
которое зависит от крутизны фронта тока молнии и не зависит от его амплитуды.
Напряжение между тросом и проводом с учетом индуктированного на проводе напряжения равно:
(6.77)
Удар молнии в трос в середине пролета является расчетным случаем для выбора расстояния между тросом и проводом.
Уравнение (6.77) связывает характеристики пролета воздушной линии с крутизной фронта тока молнии. Зная характеристики пролета, по (6.77) можно определить значение а, при котором становится возможным пробой промежутка между тросом и проводом. Затем, используя (6.7), можно определить вероятность такого пробоя. Или же, задаваясь вероятностью пробоя, т. е. некоторым значением крутизны а, по (6.77) определяют требуемую электрическую прочность промежутка трос – провод и по экспериментальным данным – необходимое расстояние между ними.
Опыт эксплуатации показывает, что вероятность пробоя между тросом и проводом пренебрежимо мала, если расстояние трос – провод по вертикали составляет не менее 2% длины пролета, например 8 м при длине пролета 400 м.
При ударах молнии в трос возможны также перекрытия изоляции па опорах, где прочность изоляции значительно ниже, чем в середине пролета. Вероятность таких перекрытий значительно меньше, чем при непосредственном поражении опоры, так как при поражении троса через опору проходит менее половины тока молнии.
Рассмотрим удар молнии в вершину опоры. Долю ударов молнии в опоры (в трос вблизи опор) можно оценить как 4hоп/l, где hоп – высота опоры, а l – длина пролета. Тогда число ударов в опоры определяется формулой:
(6.78)
где nуд – число ударов молнии в линию.
Обратное перекрытие линейной изоляции с опоры на провод фазы может произойти, если напряжение на изоляции достигнет ее импульсного разрядного напряжения или превысит его.
Напряжение на изоляции линии равно разности потенциалов на опоре и на проводе. При ударе молнии в опору почти весь ток молнии первоначально проходит через тело опоры и ее заземление (iоп на рис. 6.16). Время пробега импульса по опоре обычно на порядок меньше длительности фронта тока молнии, поэтому опору в схеме замещения (рис. 6.17) можно представить сосредоточенной индуктивностью Lоп = Lo/hоп и импульсным сопротивлением заземления Rи. Для сосредоточенных заземлителей можно пренебречь их индуктивностью, которая много меньше индуктивности опоры. Удельная индуктивность опоры L0 составляет 0,5 мкГн/м для двухстоечных, 0,6 мкГн/м для одностоечных металлических и железобетонных опор и 0,7 мкГн/м для деревянных опор с двумя заземляющими спусками.
С течением времени соседние опоры все больше участвуют в отводе тока молнии в землю, что приводит к снижению потенциала пораженной опоры. Для реальных значений длительности фронта тока молнии (τф≤10 l/с≈ 20 мкс) и импульсных сопротивлений заземления опор Rи ≤20 Ом достаточная точность расчетов обеспечивается при учете отражений импульсов только от опор, ближайших к пораженной опоре. В этом случае в схеме рис. 6.18 пролеты линий справа и слева от пораженной опоры замещаются последовательной цепочкой Lтp/2, Lоп/2 и Rи/2.
Рис. 6.16. Распределение токов при ударе молнии в опору линии с тросами
Рис. 6.17. Схема замещения для расчета напряжения на вершине опоры
