Рассмотрим вариант грозозащиты при установке разрядников на каждую опору одной фазы ВЛ (см. рис. 6.13).
Рис. 6.13. Схема установки РДИ10-М на линии при защите от индуктированных перенапряжений
Индуктированные перенапряжения на проводах всех трёх фаз примерно одинаковы и воздействуют сразу на обширный участок ВЛ, включающий в себя несколько опор. В момент времени происходит срабатывание разрядников на опорах. Для конкретности рассмотрим происходящие процессы на опоре № 1 (на опорах № 2 и 3 ситуация аналогична). Под действием индуктированного перенапряжения с обеих сторон по проводу фазы А протекают токи i, которые далее суммируясь протекают по каналу искрового перекрытия разрядника и через сопротивление заземления опоры (см. рис. 6.14).
Пренебрегая сопротивлениями канала разряда и тела опоры, ток можно оценить по формуле
(6.10)
где Rз - сопротивление заземления опоры,
zB - волновое сопротивление провода.
Рис. 6.14. Эквивалентные схемы:
а) двусторонняя; б) «свёрнутая»
При этом происходит падение напряжения на сопротивлении заземления и потенциал проводящей опоры (а также провода фазы А) становится равным:
(6.11)
Соответственно разность потенциалов между проводом фазы В и траверсой опоры №1, т. е. напряжение, приложенное к изолятору фазы В на опоре № 1, уменьшается на Uοп. Вследствие электромагнитного взаимодействия между проводами фаз А и В, которое может быть учтено коэффициентом связи kсв, потенциал провода фазы В уменьшится на величину наведённого напряжения
и составит:
(6-14).
В итоге, напряжение, приложенное к изолятору фазы В, может быть определено по формуле:
где k=(1-т)(1-kсв).
Коэффициент связи kсв определяется по формулам
где
- геометрический коэффициент связи;
kК≈1,1 - коэффициент, учитывающий влияние короны [98];
α11, α12 - собственный и взаимный потенциальные коэффициенты;
D - расстояние между фазами;
D' - расстояние между первым (верхним) проводом и отражённым в плоскости земли вторым (нижним, крайним) проводом;
Н— высота первого провода над землёй;
r0 - радиус провода.
При заданном габарите провод-земля и радиусе провода коэффициент связи полностью определяется расстоянием между фазами D, т. е. kCB=f(D). Подставляя (6.16) в (6.15), получим
На рис. 6.15 приведены результаты расчёта по (6.17) напряжения на изоляторе незащищённой фазы (фазы В) в зависимости от расстояния между проводами при UИНД=300 кВ, высоте нижнего провода над землёй 8 м и радиусе провода 0,5 см для разных значений сопротивления заземления опоры.
Как видно из рис. 6.15, напряжение на изоляторе незащищённой разрядником фазы существенно снижается при уменьшении расстояния между фазами и относительно слабо уменьшается при увеличении сопротивления заземления опоры. Если, например, разрядное напряжение изолятора превышает 150 кВ, то при расстоянии между фазами D<0,5 м и срабатывании разрядника, установленного на верхней фазе, изолятор нижней фазы не будет перекрываться при индуктированных перенапряжениях.
Рис. 6.15. Зависимости напряжения на изоляторе незащищённой разрядником фазы (фазы В) от расстояния между проводами при Uинд=300 кВ для разных значений сопротивления заземления опоры
50 %-ные разрядные напряжения наиболее распространённых изоляторов ШФ10-Г и ШФ20-Г при воздействии импульсов грозовых перенапряжений составляют:
Из рис. 6.15 видно, что изолятор ШФ10-Г не будет перекрываться при D<0,3 м, а изолятор ШФ20-Г - при D<1,5 м. Таким образом, при рассмотренной схеме установки разрядников (по одному разряднику на опору, на верхнюю фазу) применение изоляторов типа ШФ10-Г целесообразно только при весьма компактном расположении фаз Т)<0,3 м. Такое компактное расположение фаз может быть реализовано, например, при использовании изолированных проводов.
Применение же изоляторов ШФ20-Г обеспечивает исключение перекрытий при индуктированных перенапряжениях как на компактных линиях с изолированными проводами, так и на линиях традиционных конструкций с расстоянием между фазами D=1,2-1,5 м.
При срабатывании разрядника (или нескольких разрядников) вслед за током грозового перенапряжения по каналу разряда протекает сопровождающий ток. В случае установки всех разрядников вдоль линии на одну фазу сопровождающий ток является током однофазного замыкания на землю линии с изолированной нейтралью. Это емкостной ток, в большинстве реальных случаев не превышающий 10-20 А. Критический средний градиент рабочего напряжения, при котором исключается установление силовой дуги Εκρ=Uраб/l (где Uраб- действующее значение рабочего фазного напряжения; l- длина грозового перекрытия) сильно зависит от величины сопровождающего тока. При токе 20 А он составляет, примерно, Eкр=17 кВ/м (см. рис. 6.4). Таким образом, длина грозового перекрытия, при которой исключается установление силовой дуги, l=Uраб/Eкр= (10х1,2)/√3/17=0,4 м. Следовательно применяя РДИ или ИРДИ (см. раздел 6.1.4) с длиной перекрытия l=0,4 м, при установки их на одноименную фазу, можно с исключить установление дуги промышленной частоты и обеспечить надёжную защиту линии от индуктированных перенапряжений.
