Основные технические характеристики УЗПН

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.

Для примера на рис . 1 приведена конструкция УЗПН для наиболее распространенных промежуточных опор ВЛ 10 кВ со штыревыми изоляторами. В данном случае искровой промежуток образован электродами, один из которых закреплён на верхнем фланце ОПН, а второй – на проводе с помощью зажима (на ВЛЗ – прокусывающего зажима). Конструкция электродов и способ крепления устройства позволяют сохранять величину искрового промежутка постоянной в любых погодных условиях. При воздействии на провода индуктированных перенапряжений, вызванных грозовыми разрядами вблизи ВЛ (ВЛЗ), или при прямых ударах молнии в провода ВЛ (ВЛЗ), 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 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 устанавливаются по одному на каждую опору с последовательным чередованием фаз (рис.2). При необходимости УЗПН могут устанавливаться на каждую опору по три штуки (по одному на каждую фазу). Такая установка рекомендуется при защите: ВЛЗ 6-35 кВ с пролётами более 80 метров, локальных объектов на ВЛ, ВЛ с аномально высокими сопротивлениями заземления опор, особо ответственных ВЛ и других.

Установка необходимой величины искрового промежутка (L) производится на стадии монтажа в соответствии с «Руководством по эксплуатации».

Несколько лет назад, на начальной стадии внедрения УЗПН можно было услышать такой вопрос: «А надо ли установку УЗПН на ВЛЗ 6-35 кВ сопровождать применением на этой же ВЛЗ грозозащитного троса?» Ответ - конечно же нет! Хотя природа вопроса понятна. Он вытекает из того обстоятельства, что УЗПНы не предназначены для гарантированной защиты ВЛЗ от прямых ударов молний (ПУМ), хотя при небольшой амплитуде токов молний способны и на это. Основное их предназначение – защита от индуктированных перенапряжений, то есть от перенапряжений, являющихся наиболее опасными для этих ВЛ, против которых как раз и бесполезен грозотрос. Целесообразность строительства ВЛЗ 6-35 кВ с проводами, защищенными изоляцией, определяется стесненными условиями городов или лесов, где такие линии являются высоко экранированными от ПУМ вышестоящими деревьями и зданиями. Поэтому ПУМ в элементы ВЛЗ 6-35 кВ, это форс-мажорное и маловероятное событие. Для примера, на стандартной ВЛЗ 6-10 кВ длиной 20 км, проходящей в районе с интенсивностью грозовой деятельности – 30 г.ч. и коэффициентом экранирования – 0,9 можно ожидать не более одного прямого удара молнии за 40 лет эксплуатации. А вот воздействие на такую линию индуктированных перенапряжений, обусловленных грозовыми разрядами в экранирующие ВЛЗ близко стоящие деревья в условиях леса и сооружения в городе - это событие как раз высоковероятное, от последствий, которых и требуется защита с использованием УЗПН.

В «чистом поле» строительство ВЛЗ 6-10 кВ с проводами СИП – это решение, лишённое какой - либо технической и экономической целесообразности.

Устройства, подобные УЗПН, уже долгое время успешно применяются во многих странах мира. Однако ранее финансовые возможности отечественных энергосистем не позволяли массово применять такие устройства импортного производства из-за их высокой стоимости - около 9 тыс. рублей за комплект защиты одной фазы на опоре. Сегодня ряд отечественных предприятий, например, ЗАО «МЗВА», НПО «Полимер- Аппарат» уже освоили в производстве отечественные аналоги лучших зарубежных устройств линейной грозозащиты на базе ОПН, обеспечив значительное снижение их стоимости.

С 2006 года предприятиям изготовлено и передано в эксплуатацию уже более 80 000 комплектов УЗПН на классы напряжений ВЛ 6-35 кВ.

До 2006 года из-за высокой стоимости импортных аналогов УЗПН основным средством грозозащиты ВЛЗ 6-10 кВ являлись дугозащитные рога (устройства типа «УЗД»).

Сравнение УЗПН с другими средствами защиты ВЛЗ 6 –10 кВ от грозовых перенапряжений

Дугозащитные рога (устройства защиты от дуги (УЗД).

Конструкция и размещение дугозащитных рогов выбирается таким образом, чтобы любое длительное однофазное замыкание переходило в межфазное, при котором автоматическая защита отключает всю воздушную линию. Последующим АПВ или РПВ линия приводится в исходное состояние. Кратковременное же однофазное замыкание благодаря спиральным шунтам, защищающим провод в районе изоляторов, не представляет опасности для изолированного провода и не приводит к межфазному замыканию и, соответственно, к отключению линии автоматической защитой, что доказано опытом эксплуатации обычных ВЛ с неизолированными проводами.

Проще говоря, устанавливаемые на все три провода вблизи изоляторов дугозащитные рога вместе со спиральными шунтами, обвивающими провод, имитируют в районе опоры участок с «голыми» проводами (примерно 1,5 метра на каждой фазе). Поскольку на линии с неизолированными проводами дуга под воздействием электро-динамических сил способна перемещаться одним из своих концов вдоль провода, возможность повреждения последнего вследствие теплового воздействия дуги мало вероятна, что также подтверждает опыт эксплуатации обычных ВЛ 6–35 кВ с голыми проводами.

При перекрытии изоляторов вследствие индуктированных перенапряжений токи дуговых замыканий, практически, всегда будут ограничиваться сопротивлениями заземления опор и не будут превышать 500А, что будет представлять из себя кратковременное однофазное замыкание на землю. В этом случае дуга под воздействием электродинамических сил, также как и в случае с голыми проводами, будет иметь возможность свободного перемещения по защитному шунту УЗД, что исключит возможность длительного теплового воздействия на изолированный провод, находящийся под защитным шунтом.

В случае длительного однофазного замыкания на землю, обусловленного прямыми ударами молнии и токами замыкания более 500 А, однофазное замыкание переходит в межфазное, так как расстояние между проводами соседних фаз на линиях с изолированными проводами значительно меньше (на 200 мм), чем на линиях с неизолированными проводами. Сокращенное межфазное расстояние создает предпосылки к переходу однофазного замыкания в межфазное, способствующим фактором, которого является активная ионизация воздуха в районе горения дуги.

Таким образом, дугозащитные рога (УЗД) являются надёжным и наиболее дешевым средством грозозащиты. Однако при питании некоторых ответственных потребителей недопустимо полное прерывание питания даже на паузу АПВ. Тем более, что количество отключений ВЛ сильно увеличивается, т. к. многие из первоначально однофазных замыканий будут переходить в межфазные и, соответственно, приводить к отключению ВЛ.

Еще одним недостатком данной системы является возможность короткого межфазного замыкания при попадании на дугозащитные рога и шунты УЗД посторонних предметов (например, в лесистой местности), что может привести к выходу линии из строя уже на продолжительное время.

Именно поэтому главным достоинством устройств УЗПН является способность защиты проводов от пережога без отключения ВЛЗ.

Дополнительными достоинствами устройств типа УЗПН являются:
– работоспособность устройства, не зависящая от степени его загрязнения;
– работоспособность при полном замыкании искрового промежутка под воздействием внешних факторов (например, упавшее на линию дерево, гололед и др.);
– устройство специально адаптировано для подключения переносных штанг заземления для обеспечения выполнения требований техники безопасности при работах на ВЛ, что до сих пор представляло значительные технические трудности на линиях с изолированными проводами в классе напряжений 6-35 кВ.

В процессе эксплуатации повреждение ограничителя перенапряжений, входящего в состав УЗПН, например от ПУМ с большой амплитудой токов маловероятно (как мы уже рассмотрели на примере), но если такое произойдет - наличие внешнего искрового промежутка в конструкции УЗПН не допускает устойчивого короткого замыкания при повреждении ОПН. Повреждённый аппарат легко обнаруживается визуально и в плановом порядке может заменяться новым.

В Сибирском научно-исследовательском институте энергетики (ОАО «СибНИИЭ») была проведена работа по теоретическому выбору параметров ограничителей перенапряжений, используемых для комплектации УЗПН. И в последствии на экспериментальной модели были проведены испытания УЗПН с такими ограничителями перенапряжений.

В 2006 году в ОАО «НИИПТ» были проведены следующие испытания:

1. проверка пропускной способности при воздействии:
– прямоугольных импульсов тока длительностью 2000 мкс с максимальным значением 300 А;
– грозовых импульсов тока 8/20 мкс с максимальным значением 5000 А;
– импульсах большого тока 4/10 мкс с максимальным значением 65 кА.
2. определение остающихся напряжений при воздействии:
– грозовых импульсов тока 8/20 мкс;
– быстронарастающих импульсов тока 1/10 мкс с максимальным значением 5000 А.
3. испытания по определению вольт-секундной характеристики и 50-процентного разрядного напряжения искрового промежутка УЗПН. Испытания изоляции, механической прочности, испытания на взрыво-безопасность и др. были проведены ранее для соответствующих ограничителей перенапряжений.

В испытательном центре высоковольтной аппаратуры ОАО «НИИВА» были успешно проведены уникальные испытания УЗПН на отключающую способность. Устройства взрывобезопасны. Срок службы устройств – не менее 30 лет.

Схема монтажа УЗПН-6-Ш, УЗПН-10-Ш, УЗПН-20-Ш, УЗПН-35-Ш на промежуточных опорах ВЛЗ (ВЛ) 6, 10, 20,35 кВ со штыревыми изоляторами типа ШФ, Шс, ШПф, Шпс всех модификаций.

В комплект поставки УЗПН входят только элементы № 2,3,4,5,6,8. Фото 1.

Схема монтажа УЗПН-10-ОЛ, УЗПН-20-ОЛ, УЗПН-35-ОЛ на промежуточных опорах ВЛЗ (ВЛ) 10, 20,35 кВ с опорными линейными изоляторами типа: ОЛФ и ОЛСК всех модификаций.

В комплект поставки УЗПН входят только элементы № 2,3,4,5,6. Фото 2.

Схема монтажа УЗПН-6-ПС, УЗПН-10-ПС, УЗПН-20-ПС, УЗПН-35-ПС на промежуточных или анкерных опорах ВЛЗ (ВЛ) 6,10, 20, 35 кВ на гирляндах стеклянных изоляторов типа: ПС-70Е, ПСД-70Е, ПС-120Б, ПСВ- 120Б.

В комплект поставки УЗПН входят только элементы № 2,3,4,5,6.

Схема монтажа УЗПН-6-ЛК, УЗПН-10-ЛК на промежуточных или анкерных опорах ВЛЗ (ВЛ) 6, 10 кВ с полимерными подвесными изоляторами типа: ЛК 70/10-И-3ПС, ЛК 70/10-И-4ПС.

В комплект поставки УЗПН входят:
А) для натяжной подвески только элементы № 3,8,9,10.
Б) для поддерживающей подвески только элементы № 3,6,7,8.

Схема монтажа УЗПН-20-ЛК, УЗПН-35-ЛК на промежуточных или анкерных опорах ВЛЗ (ВЛ) 20, 35 кВ С полимерными изоляторами типа: ЛК 70/20 –И-2 ПС, ЛК 70/20 –И-3 ПС, ЛК 70/20 –И-4 ПС, ЛК 70/35 –И-2 ПС, ЛК 70/35 –И-3 ПС, ЛК 70/35 –И-4 ПС, ЛК 120/35 –И-2 ПС, ЛК 120/35 –И-3 ПС, ЛК 120/35 –И-4 ПС.

В комплект поставки УЗПН входят только элементы № 2,3,4,5,6.