Усачев А.Е., Ильдарханов Р.Г.

Основные результаты НР
1. Разработка системы повышения точности измерения электроэнергии в 5
раз без замены трансформаторов тока и напряжения класса 0,5.
Усачев А.Е., Муллин Ф.Ф., Терехова А.И.
2. Создание автоматизированной системы учёта и анализа повреждаемости
кабельных линий в Казанских электрических сетях.
Усачев А.Е., Широков А.В., Зыков С. В.
3. Повышение информативности метода низковольтных импульсов при
диагностике силовых трансформаторов.
Усачев А.Е., Ильдарханов Р.Г.
4. Создание аппаратно-программного комплекса по измерению частичных
разрядов в кабельных линиях.
Усачев А.Е., Кубарев А.Ю.
5. Обнаружение нового механизма повреждения оборудования ОРУ прямыми
ударами молний, прорывающихся в зону защиты по струям воды .
Усачев А.Е., Чернов К.П., Лопухова Т.В., Гайфутдинова Э.Р.
6. Разработка программного комплекса расчёта грозоупорности ЛЭП с учётом
характеристик опор, проводов, тросов и пролётов.
Усачев А.Е., Чубуков М.В., Юдицкий Д.М.
Грозоупорность ЛЭП и защита оборудования
п/с от набегающих волн
Грозопорность ЛЭП определяется как число отключений ЛЭП за год в
результате воздействия молний.
Nоткл=N·[Dоп·Pоп + Dтр·(Pa·Pпо + Pтп + Pоп1)]
Nоткл=N·[Dоп1·Pоп + Dпр·Pпо]
-с тросом
-ЛЭП без тросовой защиты
Dоп (Dоп1) – доля ударов молний в опору ЛЭП
Dтр – доля ударов молний в грозозащитный трос ЛЭП
Dоп + Dтр = 1
Dпр - доля ударов молний в фазный провод ЛЭП
Dоп1 + Dпр = 1
Dоп = 4h/L
Dоп = Dтр = 0,5
Pтп  Pоп1 0,1
-формула Чернова
Доля ударов в опору пролёта ЛЭП
1,05
1
Не зависит от высоты опоры
0,95
0,9
0,85
0,8
0,75
0,7
0,65
0,6
0,55
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Длина пролёта, м
240
260
280
300
320
340
Зависимость числа ударов в ЛЭП длиной 100 км
при 100 грозовых часах от средней высоты линии
340
330
320
310
300
290
280
270
260
250
240
230
220
210
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
При hcp > 30

N  0,1  p0  d тр тр  2  h  256  h 

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
Средняя высота ЛЭП
Изменение угла тросовой защиты
1
P(a)
h
 exp(ln(10 )  ( a 
 B ))
A
2
1 - Увеличение высоты тросостойки: уменьшается Р(a), но растёт N
2 – сдвиг по траверсе: уменьшается Р(a), но растёт вероятность перекрытия на опору
Увеличение высоты тросостойки
УБ-110-2
ПБ-35-4.1
ПБ-110-12
ПБ-35-1.1
Сдвиг по траверсе
Высоковольтная установка на катушках Тесла с Uмакс = 450 кВ
Расчёт грозоупорности ЛЭП по характеристикам пролётов
Созданы модули LEP_lightning, Veter
Модуль LEP_lightning содержат набор процедур и функций по расчёту
грозоупорности ЛЭП по двум различным методикам (РД и полуэмпирический расчёт)
с учётом собственных разработок и оценок вероятностей ударов молний в опоры
на основе электрогеометрического метода.
Модуль Veter содержат набор процедур и функций по учёту влияния ветра на
грозоупорность ЛЭП.
Основные результаты анализа грозоупорности ЛЭП по разработанной программе:
1. Оба метода расчёта давая различия в абсолютной грозоупорности до 15%
практически не имеют различий в относительном изменении грозоупорности.
2. Расчёт позволяет определить пролёты с наиболее худшими показателями
грозоупорности.
3. В ряде пролётов реальных ЛЭП грозозащитный трос ухудшает грозоупорность
ЛЭП ( доля таких пролётов от 20 до 30%).
Грозозащитный трос в зоне защищённого подхода
ПУЭ п. 4.2.142. Защита ВЛ 35 кВ и выше от прямых ударов молнии на
подходах к РУ (ПС) должна быть выполнена тросовыми молниеотводами
в соответствии с табл.4.2.8.
Идеология защиты оборудования п/с от
набегающих волн грозовых перенапряжений основана на утверждении, что при
ударе молнии в ЛЭП по фазным проводам
распространяется импульс перенапряжения
с прямоугольным фронтом (бесконечная
крутизна). При движении по ЛЭП крутизна
фронта волны уменьшается.
Вопрос: почему расчёт идёт для волн с прямоугольным фронтом?
Ответ (обычный и не верный): это самый плохой случай.
Если защита будет работать в этом случае, то в другом будет работать тем более.
Ответ (правильный): при ударе молнии в опору ЛЭП из-за обратного перекрытия
с траверсы на фазный провод высокое напряжение на проводе увеличивается
до напряжения импульсной прочности гирлянды изоляторов за время пробоя
воздушного промежутка (т.е. за время 1-2 нс, формируя вертикальный фронт).
Грозозащитный трос в зоне защищённого подхода
Вывод: вертикальный фронт при ударе молнии в ЛЭП не самый плохой случай,
а самый обыкновенный, возникающий при каждом ударе в случаях
1. Удар молнии в опору и обратное перекрытие с опоры на фазный провод
2. Удар молнии в трос и обратное перекрытие на опоре
3. Удар молнии в трос и перекрытие промежутка трос-провод.
Прямой удар молнии в фазный провод приводит к пологому фронту с
длительностью 4-8 мкс и не опасен для изоляции оборудования РУ с ОПН.
Повторные удары молний с более крутым фронтом (Т1=1мкс) приходятся в
закороченную на опорах линию и также не опасны.
Грозозащитный трос уменьшает число прямых ударов молний в фазный провод
(не опасных) и увеличивает число волн с прямоугольный фронтом (опасных).
Грозозащитный трос в зоне защищённого подхода ухудшает защиту от волн
грозовых перенапряжений, набегающих на п/с в линий электропередач.
Рекомендации по оборудованию защищённого подхода (кроме того, что в ПУЭ):
1. Увеличивать линейную прочность изоляции (если есть возможность).
2. Снижать индуктивность опор (оборудуя растяжки, например).
3. Не устанавливать на опоры молниеотводы.
4. На границе ЛЭП – РУ в разрыв цепи верхнего фазного провода ставить что то
типа фильтра высокой частоты (как при передаче информации по ЛЭП).
Вероятность обратного перекрытия Pоп
ЛЭП с тросом
Доля ударов в опору пролёта ЛЭП
0,58
0,56
0,54
0,52
0,5
0,48
0,46
0,44
0,42
0,4
0,38
0,36
0,34
0,32
0,3
0,28
0,26
0,24
0,22
0,2
0,18
0,16
0,14
0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Длина пролёта, м
240
260
280
300
320
340