4.5.3.2. Перенапряжения от прямого удара молнии в линию без троса

При прямом ударе в провод ток молнии растекается по пораженному проводу в обе стороны, поэтому амплитуда волны перенапряжения на проводе определяется как

U = I_мZ_пр/2, (4.39)

где Z_пр – волновое сопротивление провода с учетом импульсной короны.

На линии с металлическими опорами импульс перенапряжения с амплитудой U воздействует на изоляцию провода на опоре. При токах молнии 5…10 кА, т. е. в большинстве грозовых разрядов в линию, возникают перенапряжения, достаточные для перекрытия гирлянды изоляторов.

На линиях с деревянными опорами необходимо учитывать дополнительную импульсную прочность (Е_пр = 100 кВ/м), создаваемую древесиной. На линиях с деревянными опорами (рис. 4.28) перекрытие прежде всего происходит между проводами по пути гирлянда–траверса–гирлянда. Импульс на пораженном проводе индуцирует напряжение на соседнем проводе в соответствии с коэффициентом электромагнитной связи k. Между проводами возникает напряжение

(4.40)

где k – коэффициент связи между проводами с учетом импульсной короны, имеющий значения 0,25–0,4.

Вероятность перекрытия линейной изоляции Р_пер рассчитывается по критическому значению тока молнии. Критический ток молнии определяется из условий равенства воздействующего напряжения U и импульсного разрядного напряжения изоляции U_50 % по формулам:

для ВЛ на металлических и железобетонных опорах

для ВЛ на деревянных опорах

Вероятность перекрытия определяется по формуле

Р_пер = exp(–0,04I_кр). (4.41)

Число перекрытий линейной изоляции (n_пер) в этом случае равно:

n_пер = n_удР_пер, (4.42)

где n_уд – число ударов молнии в линию длиной 100 км за 100 грозовых часов.

n_уд = 6,7·100·6h_ср·10^–3 ≈ 4h_ср, (4.43)

где h_ср – средняя высота подвеса провода, м.

Годовое число ударов молнии в линию длиной l при числе грозовых часов в году D_г определяется как

(4.44)

Отключение линии произойдет, если импульсное перекрытие изоляции перейдет в устойчивую силовую дугу с вероятностью установления силовой дуги η.

Малое число отключений линий на деревянных опорах без тросов обеспечивается обычно за счет низкого значения коэффициента η. Очевидно, что в случае металлических опор разрядный промежуток уменьшается до длины одной гирлянды, что вызывает существенное увеличение как коэффициента η, так и вероятности перекрытия изоляции Р_пер. Поэтому линии 110 кВ и выше на металлических опорах без тросов в районах со средней и большой интенсивностью грозовой деятельности имели бы недопустимо большое число отключений. Как правило, такие линии защищаются тросовыми молниеотводами по всей длине.

Несколько по иному обстоит дело с линиями 35 кВ на металлических опорах, работающих в системе с изолированной нейтралью, особенно если в ней применены дугогасящие аппараты. В таких системах однофазные перекрытия изоляции не приводят к отключению линии, так как дуга емкостного тока в большинстве случаев гаснет в результате действия дугогасящей катушки, а коэффициент перехода в силовую дугу η ≈ 0 независимо от значения Е_ср. Поэтому отключения линий 35 кВ за счет грозовых поражений могут происходить только в случае двухфазных или трехфазных перекрытий.

При ударе молнии в провод и перекрытии фазной изоляции пораженного провода в путь тока вместо волнового сопротивления провода Z_пр/2 включается значительно меньшее сопротивление заземления опоры R_и и опора приобретает потенциал, приблизительно равный I_мR_и. На соседнем проводе наводится потенциал kI_мR_и. Перекрытие изоляции второго провода произойдет, если

I_кр ≥ (4.45)

Отсюда следует, что вероятность перекрытия Р_пер тем меньше, чем ниже сопротивление R_и (или больше критическое значение тока молнии). Поэтому на линиях 35 кВ на металлических опорах без тросов целесообразно применять дополнительные заземлители для уменьшения сопротивления заземления опор.