Пока гром не грянул

На земном шаре ежегодно происходит до 16 млн гроз, т. е. около 44 тыс. в день. В каждый квадратный километр Российской Федерации бьет в среднем три молнии за год. Благодаря своей протяженности на сотни и тысячи километров ВЛ являются потенциальной «мишенью» для прямого удара молнии и ее вторичных проявлений, в ЛЭП протяженностью 100 км за сезон попадает 50 молний – то есть в среднем две в неделю. При каждом воздействии молнии на энергетическое оборудование происходит выработка ресурса и значительное старение оборудования. Экономические потери от такого опосредованного воздействия молнии на энергосистемы значительно превосходят стоимость молниезащиты.

При попадании разряда в провод может произойти пробой изоляции и отключение линии. Как правило, от прямого удара молнии (ПУМ) провода защищают тросовой системой грозозащиты. Но и «непрямые» удары достаточно сильно влияют на работу ЛЭП. Мощная молния может нести разряд до 200 тыс. Ампер. Если такая молния попадет в грозотрос или опору электрической линии в процессе стекания заряда в землю в проводах ЛЭП возникнет напряжение, так же способное пробить изоляцию. Но даже если пробоя не произошло, возникновение грозовых перенапряжений в проводах может привести к срабатыванию или разрушению автоматики (даже если она находится на большом удалении от места удара молнии), что также приведет к отключению линии, а возможно – и к аварии на подстанции.

К отключениям и авариям чаще приводят не прямые удары молний, а перенапряжения в сетях, вызванные грозовыми разрядами, попавшими в молниеотвод, опору ЛЭП или в землю. Аварийные отключения воздушных линий 6, 10 кВ по причине грозовых перенапряжений составляют около 40 % от общего числа их отключений. Опыт эксплуатации энергообъектов и результаты исследований показывает: создать воздушные ЛЭП и подстанции, запитанные от них, обладающие абсолютной защитой от грозовых разрядов невозможно. Приходится сознательно идти на то, что эти объекты какое-то число раз в год будут отключаться. В задачу грозозащиты входит снижение числа грозовых отключений до минимума.

Комплекс средств молниезащиты трансформаторных подстанций (как и любых зданий и сооружений) включает в себя устройства защиты от прямых ударов молнии (внешняя молниезащитная система) и устройства защиты от вторичных воздействий молнии (внутренняя молниезащитная система). Что касается молниезащиты воздушных ЛЭП, то здесь разделить ее на внутреннюю и внешнюю получается не всегда. Это связано с тем, что устройства, защищающие линию от внутренних перенапряжений (функции внутренней защиты) берут на себя и работу по отводу в землю грозовых разрядов, попавших непосредственно в провода (функции внешней защиты).

Итак, внешняя молниезащита предназначена для того, чтобы увести энергию разряда в землю. Здания и сооружения электрических подстанций, имеющие металлические конструкции или металлическую кровлю, защищаются от прямых ударов молнии путем надежного заземления (импульсное сопротивление не более 10 Ом). Все остальные сооружения, а также территории открытого распределительного устройства (ОРУ) защищаются стержневыми молниеотводами.

Основное назначение внутренней молниезащиты — это защита электронного оборудования и электропроводки от импульса перенапряжения, который возникает в проводниках не только при прямом, но и при удаленном (до 1-2 км) ударе молнии. Внутренняя молниезащита включает в себя шину выравнивания потенциалов (она объединяет все протяженные металлоконструкции сооружения), и устройства защиты от импульсного перенапряжения (УЗИП). В качестве последних могут использоваться защитные автоматы, разрядники и ограничители перенапряжения. Задача УЗИП – нейтрализация импульса перенапряжения, возникающего в проводных линиях подстанции.

Для защиты воздушных ЛЭП применятся тросовая защита – трос, протянутый на опорах выше фазных проводов и заземленный через опоры или специальный проводник. Тросовая защита – надежное средство грозозащиты воздушных линий и ее широкое использование оправдано на большей части территории России. Сейчас, правда, наметилась тенденция замены тросовой защиты ЛЭП разрядниками. Они работают диэлектриком при рабочем напряжении, и пропускают через себя скачки напряжения. Принцип срабатывания: у разрядника при возникновении импульсного перенапряжения, зазор между электродами пробивается искрой, и импульс уходит в землю, не повредив оборудование. Главное, сразу после этого надо погасить электрическую дугу, образовавшуюся между электродами. Если этого не сделать, возникнет короткое замыкание и подстанция выключится из работы. Сегодня производители предлагают, по крайней мере, четыре типа разрядников, отличающихся механизмом гашения дуги: трубчатый разрядник, вентильный разрядник, магнитовентильный разрядник и разрядник длинно-искровой. Искровые разрядники специального исполнения полностью исключают опасность плазменных выбросов в атмосферу при своем срабатывании, совершенно нечувствительны к локальным длительным повышениям коммутационных перенапряжений (например, из-за перекоса фаз) и гарантируют столь малое время срабатывания и гашения дуги сопровождающего тока, что при его величине около 500 А оставляют неповрежденными плавкие вставки, рассчитанные на 20 А.

Молниезащита объекта будет действительно надежной только в случае ее грамотного расчета, проектирования и воплощения. Но даже это еще не все. Многое зависит и от самого объекта. Если подстанция изначально спроектирована без учета требований молниезащиты, то обеспечить сохранность ее оборудования от грозовых импульсов будет проблематично.

Сравнительно недавно в сфере защиты ВЛЭП от молний появились мультикамерные изоляторы-разрядники. Основа разрядника – большое количество промежуточных электродов (шариков), вмонтированных в обод кольца из силиконовой резины. Это мультикамерная система (МКС). При возникновении грозового импульса пробиваются искровые промежутки (первый – между электродом, соединенным с проводом и МКС, второй – между МКС и электродом, соединенным с заземленной опорой, если используется несколько разрядников, то пробиваются искровые промежутки между ними), ну и импульс проходит по МКС. МКС содержит много электродов, поэтому после прохода разряда между ними возникает много маленьких дуг, которые благодаря быстрому расширению воздуха в камерах (между электродами) в течение микросекунд выдуваются наружу и гаснут.

Сама схема длинноискрового разрядника была разработана еще несколько лет назад. Но до последнего времени эта технология применялась для защиты воздушных линий до 35 кВ. Сегодня появилась возможность применять длинноискровую защиту на воздушных ЛЭП любого класса напряжения. Ведь с увеличением класса увеличивается число изоляторов в гирлянде, и соответственно увеличивается номинальное напряжение и дугогасящая способность гирлянды.

Еще одной сравнительно свежей технологией можно считать применение ОПН для защиты воздушных линий. В Европе и Японии, кстати, ОПН в этом качестве используются более широко, чем разрядники. Но стоит учесть, что описанные выше длинноискровые разрядники – это российское изобретение и в мире они пока малоизвестны. Вполне вероятно, что если бы данная технология была известна в Европе, она была бы более популярной, чем ОПН. Тем более что хотя ОПН надежно защищают ЛЭП от индуцированных импульсов, но при прямых ударах молнии в токоведущий провод они часто выходят из строя.

Как правило, ОПН используются для защиты воздушных линий с изолированным проводом. Тем не менее, нет принципиальных запретов на использование их для ЛЭП с голыми проводами, равно как нет причины при возведении ЛЭП с изолированным проводом отказываться от разрядников. Пожалуй, сегодня в России как раз идет процесс апробации и сравнения этих технологий.

Надежность работы УЗИП на воздушных линиях определяется качеством оборудования, входящего в его состав, и схемой его установки. При этом полная замена тросовой защиты ВЛЭП разрядниками неразумна. Использование разрядников или ОПН вместо троса на воздушных линиях оправдано не всегда, а только в определенных случаях, а именно: в районах частого гололедообразования и повышенной грозовой активности, при плохой проводимости грунтов, при недопущении даже кратковременного перерыва электроснабжения потребителей.

По этому при выборе грозозащитного оборудования самое главное, на что следует обращать внимание – это заявленные технические характеристики оборудования грозозащиты и их соответствие требованиям потребителя по защите ВЛ от грозовых отключений и их последствий, надежность оборудования, долговечность (срок службы регламентированный), реальный имеющийся срок успешной работы оборудования, количество рекламаций, надежность производителя, отзывы по успешной работе от эксплуатирующих организаций, наличие аттестации, простота в установке, необходимость и частота периодического осмотра в процессе эксплуатации, простота ремонтных работ либо замены, возможность установки под напряжением и, конечно же, климатические особенности местности, где проходит линия. Сделать правильный выбор, проконсультироваться и подобрать необходимое оборудование вам помогут технические специалисты компании ООО ПО «РосЭнергоРесурс».