Линия электропередачи

Изобретение относится к области высоковольтной техники и более конкретно - к линиям электропередачи. Линия электропередачи включает в себя по меньшей мере один провод, одну опору и устройство грозозащиты, изолированное от опоры при помощи изоляционного элемента и присоединенное к заземлителю, расположенному в грунте. Заземлитель металлически не соединен с телом опоры. Кратчайшее расстояние от края опоры до края заземлителя в грунте D определяется соотношением: 0,2 см < D < 50 м. Устройство грозозащиты может быть выполнено в виде разрядника или в виде нелинейного ограничителя перенапряжений или в виде грозозащитного троса. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к области высоковольтной техники, а более конкретно - к линиям электропередачи.

Уровень техники

Известные высоковольтные линии электропередачи (ЛЭП), как правило, включают в себя силовой провод, закрепленный на опорах посредством элементов изоляции (изоляторов), а также устройства грозозащиты, т.е. устройства для ограничения перенапряжений, возникающих в линии при попадании в нее молнии. Линия может содержать несколько проводов, например, если линия выполнена многофазной. Опоры выполняются, как правило, заземленными, но встречаются также линии электропередачи с незаземленными опорами.

Наиболее распространенным средством грозозащиты является грозозащитный трос, который подвешивается на стойке опоры над силовыми проводами. В случае удара молнии в линию электропередачи канал молнии попадает на грозозащитный трос и ток молнии через тело опоры (при проводящей, например металлической, стойке опоры) стекает на землю.

В случае изоляционной опоры, например деревянной, для отвода тока молнии вдоль тела опоры прокладывается металлический спуск (провод), который подключается к специальному заземлителю. Сопротивление заземления опоры или заземлителя должно быть достаточно малым, порядка 10 Ом, для того, чтобы на нем не создавалось большого падения напряжения вследствие протекания тока молнии.

В случае отсутствия грозозащитного троса в качестве устройств грозозащиты применяют также разрядники различного типа (например, трубчатые или длинно-искровые) или ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН). Разрядник или ОПН одним своим зажимом подключается к проводу, а другим - к опоре ЛЭП, которая должна быть хорошо заземлена, т.е. иметь низкое значение сопротивления заземления. В некоторых случаях разрядник или ОПН подключают к проводу через искровой воздушный промежуток, который при воздействии перенапряжения пробивается, и канал образовавшейся искры соединяет зажим разрядника с проводом ЛЭП.

В случае, если сопротивление заземления будет недостаточно малым, при протекании тока молнии на нем возникает большое падение напряжения, т.е. потенциал опоры увеличивается и может произойти обратное перекрытие с тела опоры на провод.

Часть тела проводящей опоры, заглубленной в грунт, является естественным заземлителем. В случае хорошо проводящих грунтов необходимое сопротивление заземления обеспечивается без дополнительных мероприятий.

В случае плохо проводящих грунтов для уменьшения сопротивления заземления опоры применяют различные типы заземлителей, которые металлически соединяют с телом опоры.

Известна, например, линия электропередачи с заземлителем, выполненным в виде лучей из металлических полос, проложенных в земле и расходящихся от опоры в разные стороны ("Техника высоких напряжений". Под ред. Д.В. Разевига. М.: "Энергия", 1976, стр. 283). Недостатком такой ЛЭП является высокая стоимость заземлителя. Кроме того, при плохо проводящих, например скалистых, грунтах не удается обеспечить требуемое низкое сопротивление заземления.

Известна также линия электропередачи с заземлителями, выполненными из одного или нескольких стержневых электродов, размещенных в земле вертикально ("Техника высоких напряжений". Под ред. Д.В. Разевига. М.: "Энергия", 1976, стр. 283). Указанные электроды металлически соединены между собой, а также с телом опоры или проводящим спуском и далее с устройствами грозозащиты (грозозащитным тросом и/или разрядниками).

Эта линия является наиболее близкой к заявляемой и принята в качестве прототипа. К сожалению, при плохо проводящих грунтах эта линия также на обладает необходимым низким значением сопротивления заземления и, соответственно, недостаточно грозоупорна, а значит недостаточно надежна.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание надежной и обладающей невысокой стоимостью в строительстве и эксплуатации линии электропередачи.

Техническим результатом является повышение надежности за счет увеличения грозоупорности линии.

Задача изобретения решена тем, что в линии электропередачи, включающей в себя по меньшей мере один провод, по меньшей мере одну опору и устройство грозозащиты, изолированное от опоры при помощи изоляционного элемента и присоединенное к заземлителю, расположенному в грунте, причем согласно изобретению указанный заземлитель металлически не соединен с телом опоры, причем кратчайшее расстояние от края опоры до края заземлителя D определяется соотношением: 0,2 м < D < 50 м.

Краткое описание фигур чертежей

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:

Фиг.1 - схема линии электропередачи с разрядником, подключенным к проводу и отдельно стоящему заземлителю;

Фиг.2 - схема линии электропередачи с грозозащитным тросом, расположенным на изоляционной стойке и подключенным к отдельно стоящему заземлителю;

Фиг.3 - то же, что Фиг.2, но с механическим креплением троса к опоре при помощи натяжных изоляторов.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг.1 показана линия электропередачи, которая содержит опору 1, провода фазы А 2, фазы В 3 и фазы С 4 ЛЭП, закрепленные на этой опоре 1, и гирлянды изоляторов фазы А 5, фазы В 6, фазы С 7 указанных проводов 2, 3, 4 ЛЭП соответственно от указанной опоры 1. К проводу фазы А 2 подключен при помощи одного из своих зажимов разрядник 8. Второй зажим разрядника 8 подключен к заземлителю 9.

При ударе молнии в провод фазы А 2 срабатывает разрядник 8 и ток грозового перенапряжения протекает через заземлитель 9, имеющий сопротивление заземления R₃, в землю. В случае металлического соединения заземлителя с опорой, как это выполнено в прототипе, потенциал опоры равен потенциалу заземлителя. При больших значениях удельного сопротивления грунта, например при скалистых грунтах, падение напряжения от тока грозового перенапряжения на сопротивлении заземления или, что равнозначно, потенциал опоры может стать весьма значительным. Это может привести к так называемому обратному перекрытию, т.е. к перекрытию с опоры 1 на провод непораженной фазы, например фазы В 3.

В случае выполнения линии электропередачи по изобретению, т.е. при заземлителе, металлически не соединенном с опорой, потенциал опоры возрастает существенно меньше. Действительно, вследствие растекания тока в земле вокруг заземлителя создается распределение потенциала, которое убывает с удалением от заземлителя. Проводящая опора, находящаяся на некотором расстоянии от заземлителя, приобретает потенциал U_ОП, который может быть существенно меньше, чем потенциал заземлителя U_З. Математически это соотношение может быть выражено формулой U_ОП=U_З к_з, где к_з<1 - коэффициент связи по земле. Соответственно, в случае заземлителя, металлически не подключенного к опоре, уменьшается вероятность обратного перекрытия гирлянды изоляторов фазы В 6 и грозоупорность линии электропередачи увеличивается.

Следует отметить, однако, что в случае металлического соединения заземлителя с опорой, как в прототипе, при срабатывании разрядника 8 к гирлянде изоляторов фазы А 5 практически не приложено напряжение, т.е. гирлянда изоляторов фазы А 5 не может перекрыться.

В случае, если заземлитель металлически не присоединен к опоре, после срабатывания разрядника 8 к гирлянде изоляторов фазы А 5 остается приложенным некоторое напряжение. Анализ показывает, что одновременно наименьших значений напряжения на гирляндах изоляторов фазы А 5 и фазы В 6 достигают при значении коэффициента связи по земле к_з, определяемого по формуле:

где к_B - коэффициент связи между проводами по воздуху.

Анализ показывает также, что в этом случае напряжение на гирляндах изоляторов фазы А 5 и фазы В 6 линии электропередачи по изобретению ровно в два раза меньше, чем напряжение на гирлянде изоляторов фазы В линии прототипа. Таким образом, уровень грозоупорности ВЛ по изобретению с отдельно стоящим заземлителем при оптимальном коэффициенте связи по земле в два раза выше, чем при традиционном заземлении опоры с такой же величиной сопротивления заземления.

Коэффициент связи по земле зависит от формы заземлителя и заземленной части опоры, удельного сопротивления грунта, а также величины протекающего тока грозового перенапряжения, который определяет интенсивность искрообразования вокруг заземлителя. Анализ показывает, что оптимальное расположение заземлителя, задаваемое кратчайшим расстоянием между краем заземлителя и краем заземленной части опоры D, лежит в диапазоне 0,2 м < D < 50 м в зависимости от указанных параметров.

Рассмотрим в качестве примера ВЛ 35 кВ на железобетонной опоре. Величина заглубления стойки опоры в грунт составляет 3 м. В качестве заземлителя рассмотрим вертикально расположенный металлический стержень такой же длины. Коэффициент связи между проводами по воздуху составляет примерно к_в=0,4, при этом оптимальное значение коэффициента связи между заземлителем и опорой по земле в соответствии с

Для обеспечения указанного значения коэффициента связи по земле при токе молнии 40 кА в песчаном грунте требуется расстояние между заземлителем и опорой примерно 3,5 м, а в глинистом грунте - 0,5 м.

На фиг.2 показана линия электропередачи, которая содержит опору 1, провода фазы А 2, фазы В 3 и фазы С 4 ЛЭП, закрепленные на этой опоре 1, и гирлянды изоляторов фазы А 5, фазы В 6, фазы С 7 указанных проводов 2, 3, 4 ЛЭП соответственно от указанной опоры 1. На вершине опоры 1 установлена изоляционная стойка 10, к которой крепится грозозащитный трос 11. Трос 11 при помощи металлического спуска 12 соединен с расположенным в грунте заземлителем 9. При ударе молнии в трос 11 ток грозового перенапряжения протекает по металлическому спуску 12 через сопротивление R₃ заземлителя 9 в землю. Если бы грозостойка была проводящей, как в прототипе, или заземлитель был металлически соединен с опорой (что в электрическом смысле равнозначно), вследствие протекания большого грозового тока на сопротивлении заземления опоры создается большое падение напряжения, т.е. потенциал опоры может стать весьма значительным. Это может привести к так называемому обратному перекрытию, т.е. к перекрытию с опоры 1 на провод одной из фаз, например фазы В 3.

В случае выполнения линии электропередачи по изобретению, т.е. при заземлителе, металлически не соединенном с опорой, потенциал опоры возрастает существенно меньше. Действительно, вследствие растекания тока в земле вокруг заземлителя создается распределение потенциала, которое убывает с удалением от заземлителя. Проводящая опора, находящаяся на некотором расстоянии от заземлителя, приобретает потенциал U_ОП, который может быть существенно меньше, чем потенциал заземлителя U_З. Соответственно, в случае заземлителя, металлически не подключенного к опоре, уменьшается вероятность обратного перекрытия гирлянд изоляторов 5, 6, 7 и грозоупорность линии электропередачи увеличивается.

Для уменьшения потерь в тросе при рабочем напряжении, возникающих вследствие протекания токов, индуктированных в петле трос-земля, заземлитель 9 может быть подключен к тросу 11 при помощи проводящего спуска и последовательно включенного с ним искрового промежутка (на фиг.2 он не показан), смонтированного на подвесном изоляторе, как это обычно делается при установке грозозащитных тросов на металлических грозостойках.

На фиг.3 показан другой вариант линии с изоляционной стойкой по изобретению. Для уменьшения механической нагрузки на изоляционную стойку 10 механическое крепление троса 11 к опоре 1 осуществляется при помощи натяжных изоляторов 13, которые воспринимают основную механическую нагрузку. Изоляторы 13 могут быть выполнены, например, из полимерных материалов.

Для увеличения импульсной прочности изоляционной стойки она может быть выполнена с полупроводящим покрытием, например, из полупроводящего полиэтилена с удельным объемным сопротивлением 10³-10⁵ Ом·м.

Приведенные в настоящем описании изобретения варианты и модификации выполнения линии электропередачи даны лишь для пояснения их устройства и принципов работы. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что возможны отклонения от вышеприведенных примеров выполнения, которые также охватываются формулой изобретения.

1. Линия электропередачи, включающая в себя по меньшей мере один провод, по меньшей мере одну опору и устройство грозозащиты, изолированное от опоры при помощи изоляционного элемента и присоединенное к заземлителю, расположенному в грунте, отличающаяся тем, что указанный заземлитель металлически не соединен с телом опоры, причем кратчайшее расстояние от края опоры до края заземлителя в грунте D определяется соотношением 0,2 м < D < 50 м.

2. Линия электропередачи по п.1, отличающаяся тем, что устройство грозозащиты выполнено в виде разрядника, одним зажимом присоединенного к проводу, изолированному от опоры при помощи изолятора или гирлянды изоляторов, а другим зажимом - к заземлителю.

3. Линия электропередачи по п.1, отличающаяся тем, что устройство грозозащиты выполнено в виде нелинейного ограничителя перенапряжений, одним зажимом присоединенного к проводу, изолированному от опоры при помощи изолятора или гирлянды изоляторов, а другим зажимом - к заземлителю.

4. Линия электропередачи по п.2 или 3, отличающаяся тем, что разрядник или нелинейный ограничитель перенапряжений присоединяются к проводу через искровой воздушный промежуток.

5. Линия электропередачи по п.1, отличающаяся тем, что устройство грозозащиты выполнено в виде грозозащитного троса, а в качестве изоляционного элемента применена изоляционная стойка, установленная на вершине опоры.

6. Линия электропередачи по п.5, отличающаяся тем, что грозозащитный трос присоединен к заземлителю через искровой воздушный промежуток.

7. Линия электропередачи по п.5, отличающаяся тем, что изоляционная стойка выполнена с полупроводящим покрытием.

8. Линия электропередачи по п.5, отличающаяся тем, что механическое крепление троса к опоре осуществлено при помощи натяжных изоляторов.