ОПН для воздушных линий: как повысить грозоупорность ВЛ 6-220 кВ

ОПН для воздушных линий устанавливают на опорах параллельно изоляции фазных проводов, чтобы при ударе молнии в провод, опору или грозозащитный трос напряжение на гирлянде не достигло уровня перекрытия и линия не отключилась. Их применяют там, где привычные меры, тросы, снижение сопротивления заземления опор, более прочная изоляция, не дают нужной грозоупорности: при высоком удельном сопротивлении грунта или больших гололедно-ветровых нагрузках на трос. Для ВЛ 6-35 кВ завод выпускает устройства УЗПН с искровым промежутком, для линий 110 кВ и выше подвесные ОПН.

Коротко

• Подвесные ОПН снижают число грозовых отключений ВЛ, когда традиционные средства грозозащиты неэффективны.
• В России основная область применения: повышение грозоупорности ВЛ 110-220 кВ, реже 330 кВ; на ВЛ 500-750 кВ речь обычно о защите отдельных опор и пролетов.
• Места установки и число аппаратов вдоль трассы обосновывают расчетом грозоупорности конкретной линии.
• На двухцепных ВЛ ОПН часто ставят только на одну цепь, чтобы исключить одновременное отключение обеих.
• УЗПН для ВЛ 6, 10, 20 и 35 кВ защищают изоляцию от грозы и изолированные провода от пережога дугой.

Когда воздушной линии нужна защита с помощью ОПН

На стадии проектирования число грозовых отключений ВЛ снижают уменьшением импульсного сопротивления заземления опор, подвеской тросов, применением более низких опор и усилением импульсной прочности гирлянд. Но эти меры работают не везде. В районах с плохо проводящими грунтами снизить сопротивление заземления опор трудно, а там, где велики гололедные нагрузки, тросы становятся источником проблем. В таких условиях подвесные ограничители остаются фактически единственным способом поднять грозоупорность.

Подтверждение эффективности есть и в практике завода. Для двухцепной ВЛ 400 кВ, соединяющей энергосистемы России и Финляндии, специалисты ЗЭУ выполнили расчеты размещения ОПН. За три года после установки линия не имела ни одного грозового отключения, хотя до этого отключалась одной или двумя цепями до 1-2 раз в год. Для одной из ВЛ 110 кВ нефтяной отрасли завод поставил партию более 250 фаз ОПН 110 кВ с отделителями.

Где ставить ОПН на линии и на опоре

Единой схемы нет: выбор зависит от того, какой механизм перекрытия преобладает на конкретной линии.

• Прорыв молнии мимо троса чаще поражает верхние фазы, поэтому при такой причине отключений их защищают в первую очередь.
• Обратные перекрытия с опоры на провод, главная причина отключений ВЛ 110-220 кВ с тросами, при высоком сопротивлении заземления опор вероятнее на нижних фазах, а при низком на верхних.
• Риск повреждения самого ОПН выше на верхней фазе, поэтому туда иногда ставят аппарат большей энергоемкости.
• Двухцепные линии: установка ОПН параллельно изоляторам только одной цепи резко снижает или исключает двухцепные отключения.
• Ограниченное число комплектов размещают на самых проблемных участках: часто поражаемых опорах и опорах с высоким сопротивлением заземления.

Частоту установки вдоль трассы определяет требуемая грозоупорность, и обосновывают ее расчетом. Завод располагает программным комплексом для расчета грозоупорности ВЛ с подробным моделированием процессов, который позволяет определить и места установки, и характеристики ОПН.

Сети 6-35 кВ

На линиях среднего напряжения ограничители рекомендуют ставить в местах с ослабленной изоляцией: у металлических опор на линиях с деревянными опорами, у кабельных муфт, а также на подходах ВЛ к распределительным устройствам.

С искровым промежутком или без: УЗПН и безыскровые ОПН

Вопрос, нужен ли подвесному ОПН искровой промежуток, обсуждается давно. У промежутка есть плюсы: он отделяет варисторы от рабочего напряжения и коммутационных перенапряжений и позволяет уменьшить высоту колонки. Минусы: характеристики промежутка нужно согласовать с вольт-секундной характеристикой изоляторов, аппараты на соседних опорах практически не работают параллельно, и каждый должен быть рассчитан на большую энергию.

Для ВЛ 6-35 кВ завод выпускает устройства защиты от перенапряжений нелинейные УЗПН. Устройство состоит из внешнего искрового промежутка и включенного последовательно блока нелинейного резистора, то есть ограничителя в полимерном корпусе со специально подобранными характеристиками. При опасном напряжении промежуток пробивается, резистор подключается параллельно изоляции и снижает напряжение, а после импульса способствует погасанию дуги. Промежуток избавляет резистор от длительного рабочего напряжения и предотвращает устойчивое замыкание в сети, если резистор поврежден. Кроме грозозащиты УЗПН защищают изолированные провода ВЛ от пережога дугой сопровождающего тока.

Нужное расстояние между электродами искрового промежутка устанавливают при монтаже по руководству по эксплуатации.

Энергоемкость и исполнение ОПН для воздушных линий

Требования к энергоемкости линейных ОПН в разных публикациях называют от 1-2 до 15 кДж/кВ, это весь диапазон выпускаемых варисторов. Для ограничителей на ВЛ, где вероятен близкий или прямой удар молнии, по рекомендациям завода предпочтение отдают аппаратам с повышенной амплитудой импульса большого тока 4/10 мкс.

Конструктивно линейным ОПН нужен легкий корпус. Подвесное исполнение с кремнеорганической изоляцией завод может изготовить для всех видов сетей. Примеры из каталога для второго класса разряда линии:

• ОПН 35 кВ подвесного исполнения: высота 500 мм, масса около 6 кг;
• ОПН 110 кВ подвесного исполнения: высота 1110 мм, масса 16 кг;
• ОПН 220 кВ подвесного исполнения: высота 2210 мм, масса 61 кг.

Чтобы поврежденный аппарат не стал причиной устойчивого замыкания, линейные ОПН можно комплектовать отделителями, которые отсоединяют вышедший из строя ограничитель от сети.

Частые вопросы

Как часто ставить ОПН вдоль ВЛ?

Универсального шага нет. Частота установки определяется требуемой грозоупорностью конкретной линии и обосновывается расчетом.

Можно ли отказаться от грозозащитного троса, если поставить ОПН?

Решение принимают по результатам расчета. Для подходов ВЛ к распределительному устройству рекомендации завода допускают сокращать длину тросового подхода, если в линейную ячейку установлены дополнительные ОПН.

Подходят ли УЗПН для ВЛ с изолированными проводами?

Да, одна из задач УЗПН как раз защита изолированных проводов ВЛ 6-35 кВ от пережога дугой сопровождающего тока после грозового перекрытия.

Нужен ли ОПН на ВЛ 500-750 кВ?

Грозовые перенапряжения для этих линий обычно не опасны, кроме случаев высокого сопротивления заземления опор. Поэтому ОПН там ставят выборочно, на отдельные опоры и пролеты.

Расчет и поставка ОПН для ВЛ

Для линий среднего напряжения подойдут УЗПН для защиты ВЛ 6-35 кВ и ОПН 35 кВ УХЛ1 в подвесном исполнении. Методика выбора мест установки описана в рекомендациях по защите ВЛ 6-750 кВ. О назначении отделителя и контроле исправности ограничителей рассказано в статье об устройствах контроля состояния ОПН и отделителях, а общие принципы собраны в материале о правилах подбора ограничителей.