CC BY
185
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електроенергетика»
УДК 621.316.9
ЗАХИСТ ПОВ1ТРЯНИХ Л1Н1Й ЕЛЕКТРОПЕРЕДАВАННЯ НАПРУГОЮ 35 КВ В1Д НАВЕДЕНИХ ГРОЗОВИХ ПЕРЕНАПРУГ
КИРИК В.В. д-р техн. наук, професор, зав. каф. електричних мереж та систем Нацiонального
техшчного унiверситету Украши «Кшвський полiтехнiчний шститут iM. 1горя Сшорського», Ки1в, Украша, e-mail: [email protected];
АБДУЛАСВ С.А. мапстраит кафедри електричних мереж та систем Нацюнального технiчного унiверситету Украши «Кшвський полiтехнiчний iнститут iм. 1горя Сшорського», Ки1в, Украша, e-mail: [email protected];
Мета роботи. Розробити рекомендацИ по визначенню оптимальных мгсць встановлення нелттних обме-жувачгв перенапруги для захисту повгтряних лтт електропередавання eid впливу грозових перенапруг на основi модел! електрично'1 мережi номiнальною напругою 35 кВ та провести дослiдження розподшу iндукованоi перенапруги в час вздовж траси лти електропередавання.
Методи дослхдження. В основу роботи покладено iмiтацiйне математичне моделювання проце^в виник-нення грозових перенапруг в повiтрянiй лти електропередавання номтальною напругою 35 кВ. Обробка ре-зультатiв дослiдження виконувалася з використанням сучасного прикладного програмного забезпечення: MathCAD, середовища SimPowerSystems пакету программ MATLAB.
Отриманг результати. В про^с! виконання роботи було отримано оптимальт вiдстанi, через якi необ-хiдно встановлювати нелiнiйнi обмежувачi перенапруги для забезпечення захисту електричноi мережi номтальною напругою 35 кВ вiд iндукованоi грозово'1' перенапруги. В результатi порiвняння двох варiантiв розмiщення ОПН на повтрянт лти електропередавання, а саме через кожнi 2 км та на двох опорах, розмщених на вiд-сташ 2 км вiд початку та 2 км вiд ктця лти, визначено, що оптимальним варiантом е встановлення обмежу-вачiв перенапруги через кожнi 2 км вздовж всiеi траси повiтряноi л!нИ.
Наукова новизна. Авторами проведено iмiтацiйне математичне моделювання р1зноматтних варiантiв розмщення нелттних обмежувачiв перенапруги вздовж траси повтряно'1' лти електропередавання номтальною напругою 35 кВ. Визначено найбшьш оптимальн мкця Их встановлення.
Практична цтысть. Результати роботи можуть бути використаннi при проектуванн нових або рекон-струкци !снуючых повiтряних лтт електропередавання 35 кВ, що дозволить забезпечити 1'х захист вiд грозових перенапруг та зменшити кшьюсть авартних вiдключень.
Ключов1 слова: нелшшний обмежувач перенапруги; грозовi перенапруги; блискавкозахист; наведена напруга; грозовий мпульс струму.
I. ВСТУП
В процеа експлуатацп електричних мереж выключения повггряних лшш (ПЛ) може бути викликане рiзиомаиiтиими причинами, одшею з яких е пере-криття iзоляцil внаслщок до грозових перенапруг. Джерелом грозових перенапруг на iзоляцiю повиряних лшш можуть бути як прямi розряди блискавки [1] в ПЛ (в опору, грозозахисний трос, в фазний проввд), так i наведена напруга, яка виникае внаслщок розряду блискавки в об'екти поблизу лши електропередавання. Перенапруга прямого розряду е бшьш небезпеч-ною для iзоляцil, шж iндукована перенапруга. Однак iмовiрнiсть прямого розряду блискавки в ПЛ зале-жить ввд багатьох факторiв i в деяких випадках може виявитися, що шдуковаш перенапруги можуть бути причиною перекриття iзоляцil при грозових розрядах. Це е характерним для електричних мереж 10-35 кВ, де висота опори невелика i траса лши екрануеться рельефом шсцевосп, насадженнями та будiвлями. Для забезпечення необхвдного рiвня грозозахисту ПЛ ви-користовують поеднання рiзиомаиiтиих засобiв [2],
© Кирик В.В., Абдулаев С.А., 2018
БО! 10.15588/1607-6761-2018-1-9
[3], таких як установка одного або дешлькох грозоза-хисиих троав, зменшення опору заземления опор, посиления iзоляцil. В деяких випадках даш засоби не можуть забезпечити необхвдний рiвень грозозахисту. В такому разi ефективним способом тдвищения гро-зостiйкостi лши електропередаваиия може стати установка на опорах ПЛ нелшшних обмежувачiв перенапруги (ОПН).
II. АНАЛ1З ДОСЛ1ДЖЕНЬ I ПУБЛ1КАЦ1Й
Для забезпечення захисту електричних мереж рекомендовано розмщувати ОПН на кожнш опорi паралельно iзоляторам [4]. Проте така установка при-зводить до зростання в дек1лька разiв вартостi спору-джения нових лiиiй електропередаваиия та реконст-рукци iснуючих. Саме тому велика кшьшсть вичиз-ияних та шоземних науково-технiчних публiкацiй присвяченнi визначенню ефективносл використания нелiнiйних обмежувачiв перенапруги для захисту повиряних лшш. Однак бшьшють з них розглядають дiлянки повiтряних лiнiй електропередаваиия незнач-но! протяжностi (не бiльше 2 км), що, в свою чергу, не
дозволяе в повнiи мiрi дослiдити захисш властивостi ОПН. Так в роботах [5] - [11] приведено аналггичш вирази для розрахунку наведених шдукованих грозо-вих перенапруг, як1 залежать вiд величини амплиуди струму блискавки, вздохам вiд точки розряду блиска-вки до ПЛ та висоти дано! точки над землею. В робот [12] проведено дослздження мюць розмiщення ОПН на повiтрянiИ лшп електропередавання напругою 10 кВ загальною протяжнiстю 1,8 км, що складаеться з 10 прогонiв та 9 опор. В данш роботi було виконано моделювання рiзноманiтних варiантiв розмщення ОПН при розрядi блискавки в землю та в об'ект, роз-мщений на висот 50, 100 i 200 м взд землг В резуль-татi було виявлено, що зона захисту ОПН складае близько 600 м. По отриманим результатам було сформовано наступш рекомендаци по вибору мiсць вста-новлення ОПН:
- для ПЛ 6-10 кВ не бшьше, нж через 6-12 опор;
- для ПЛ 35 кВ не бшьше, шж через 4-5 опор.
Однак, дана модель не дозволяе враховувати за-лежшсть шдуковано! перенапруги вiд довжини лшп. Тому, актуальним е розробка тако! моделi повиряно! лши електропередавання, довжина яко! становить 10 км та бшьше, що дозволить бшьш достовiрно ви-значити мiсця, розмiщення в яких ОПН забезпечить надiИниИ захист електрично! мереж! взд грозово! пе-
ренапруги.
III. МЕТА РОБОТИ
Метою роботи е визначення найб№ш оптималь-них мюць встановлення обмежувачiв перенапруги для захисту повггряних лiнiИ електропередавання взд впливу грозових перенапруг на основi iмiтацiИноl моделi електрично! мереж! номшальною напругою 35 кВ та дослздження розподiлу шдуковано! перенапруги в час вздовж траси лши електропередавання.
IV. ВИКЛАДЕННЯ ОСНОВНОГУ МАТЕРИАЛУ I АНАЛ1З ОТРИМАННИХ РЕЗУЛЬТАТА
Для дослщження впливу iндукованих грозових перенапруг на повиряну лiнiю електропередавання була розроблена iмiтацiИна математична модель електрично! мереж1 напругою 35 кВ в програмному сере-довищi МЛТЬЛВ, яка приведена на рис. 1. Модель включае 10 блоков "Лiнiя", кожен з яких представляе собою одноланцюгову повiтряну лiнiю довжиною 2 км, виконану на залiзобетонних опорах з трикутним розмiщенням фаз i зображену на рис. 2, два трансфо-рматори, джерело живлення, навантаження, вимiрю-вальнi блоки та джерело iндуковано! перенапруги.
Всi прогони моделюються як трифазш КЬС-ланки, в яш заносяться погоннi параметри проводiв.
Рисунок 1. Модель електрично! мереж! номшальною напругою 35 кВ
В мюцях з'еднання прогошв повiтряно! лiнi! вводяться моделi опор, як1 представляють собою на-
188М 2521-6244 (ОпНпе) Роздш «Електроенергетика»
бiр iндуктивностеИ, величина яких визначаеться з ви-користанням геометрп опори i вщомих погонних ш-дуктивностеИ и елементiв, при цьому кожна опора зв'язана iз землею через активниИ опiр, що моделюе заземлюючиИ пристрш. На кожнiИ iз опор фазш проводи вiдокремленi вщ траверс прляндами лiнiИних iзоляторiв, як1 представляють собою набiр емностеИ.
Розглянемо основш пiдходи до створення базо-
<2>~—
вих елементiв iмiтацiино! математично! моделi елект-рично! мереж1.
Повiтряна лшя моделюеться в трифазнiИ поста-новщ вiдповiдно до власних конструктивних особли-востеИ, таких як тип опори i довжина прогону, тип фазних проводiв, величина опору заземлення опори, кшьшсть iзоляторiв в гiрляндi.
Рисунок 2. Схема блоку "Лш1я"
Опори, що моделюються можуть бути:
- однаковими, яш вiдповiдають типовiИ констру-кцi! промiжноl опори, що наИбшьш широко викорис-товуеться для ПЛ вiдповiдного класу номiнально! на-пруги;
- рiзними, характерними для вибрано! дмнки конкретно! ПЛ.
В будь-якому випадку iз двох приведених варiа-нтш, схема замiщення кожно! опори представляе собою набiр iндуктивностеИ, величина яких визначаеться з використанням ввдомо! геометрi! опори, яка зо-бражена на рис. 3. Так, в данш роботi використову-ються залiзобетоннi опори ПБ-35-1, данi про яш взятi з [13]. Погонна шдуктившсть елементiв опори приИн-ята рiвною 1 мкГн/м в1дпов1дно до [2].
В нормативних документах стосовно опор та протоколах вимiрювань вказуеться отр "розтiканню", отриманиИ при постшному струмовi, однак для роз-рахунку грозових перенапруг необхiдно враховувати величину iмпульсного опору. Заради уникнення ускладнення розрахунково! моделi, припустимо, що отр заземлюючого пристрою дорiвнюе 10 Ом.
Повиряна лiнiя представлена сукупнiстю розмь щених мiж опорами дiлянок ПЛ (прогошв). КожниИ прогiн ПЛ моделюеться за допомогою блоку трифазна КЬС-ланка, представленого на рис. 4, що моделюе фазш проводи, взаемне розмщення яких задаеться в залежностi вщ вибраного типу опори з урахуванням
довжини гiрлянди iзоляторiв. Довжини прогошв можуть бути приИнятi:
- однаковими, що мають середне значення для ПЛ 35, 110, 220, 330, 500, 750 кВ, вадповщно, 200, 250, 300, 350, 400, 500 м;
- рiзними, характерними для вибрано! дiлянки конкретно! ПЛ.
Рисунок 3. Схема замщення опори ПЛ
В якосп фазних проводiв прийнятi проводи типу АС-120/19.
середовищi SimPowerSystems блок Лп^ег.
В дослiдженнi для моделювання шдуковано! пе-ренапруги використано вираз наступного вигляду [16]:
и (0 = у и0
-аг -вг е - е
Рисунок 4. Схема замщення прогону ПЛ
Прлянда iзоляторiв в схемi замiщення опори представляе собою набiр емностей [14] i паралельно ввiмкненого активного опору, що моделюе струми витоку. На рис. 5 приведена схема замщення прлян-ди iзоляторiв. З рисунка видно, що прлянда на напру-гу 35 кВ складаеться з трьох iзоляторiв, при цьому ми маемо наступш значення емностей: С=50 пФ - власна емнiсть iзолятора, С1=4 пФ - емнiсть iзолятора по вiдношенню до проводу i С2=0,5 пФ - емнiсть iзоля-тора по вiдношенню до земл!
де а i в визначаються швидкостями зростання та спадання струму блискавки i розраховуються за на-ступними виразами:
= 1 = 1п(0,5)
Тф Тхв
1 5
в = — = —;
Тф - тривал1сть фронту хвил1; Тхв - тривалють хвилi
струму блискавки; у - коригувальний коефiцiент ам-плiтуди струму блискавки:
1
у = -
Згiдно роботи [5] величина шдуковано! перенап-руги визначаеться виразом:
П = 12,5 • I • 1п
20 + к +
(0 + к )
+ г
20 - к +
(0 - к)2
+ г
Рисунок 5. Схема замщення прлянди iзоляторiв
В iмiтацшнш моделi можна використовувати рь зт моделi ОПН, як простi у виглядi нелiнiйного опору, так i складнi, що мiстять декшька нелiнiйних опо-рiв, з'еднаних один з одним з використанням емностей, шдуктивностей та резисторiв. При розв'язанш бiльшостi задач достатнiм е представлення ОПН у виглядi одного нелшшного активного опору [15], вольт-амперна характеристика якого задаеться набором вщомих точок або анал1тичним виразом:
и = А1а,
де и - напруга ОПН; А - коефщент, який визначае нелшшнють вольт-амперно! характеристики ОПН; I - струм, що пропкае через ОПН; а - показник степеня.
Для моделювання нелшшного обмежувача пере-напруги ОПН-РК-35 використовуеться влаштований в
де 1м - значення струму блискавки, кА; - висота
мiж нижньою точкою розряду блискавки та землею, м; к - середня висота шдвшування проводу, м; г -вщстань мiж точкою проекци розряду на землю та трасою лши, м.
В данiй роботi прийнять величину струму блискавки, що е характерною для територп Укра!ни i ста-новить 30 кА. Параметр iмпульсу струму блискавки -8/40 (тривалють фронту /тривалють хвил1).
В результата проведения моделювання у випадку розряду блискавки безпосередньо в землю на вщсташ 50 м ввд траси ПЛ при ввдсутносп ОПН було отрима-но осцилограми напруг зображенi на рис. 6 та графш розподiлу напруги по трас повггряно! лши електро-передавання залежно ввд часу, що представлений на рис. 7.
Як видно з приведених рисуншв, значення на-пруги перевищуе максимально допустиме для елект-рично! мережi номiнальною напругою 35 кВ, що ста-новить 200 кВ [17].
Проведемо дослвдження впливу наведено! напруги у випадку використання нелшшних обмежувачiв перенапруги.
2
е
15
10
. х 10
им
= 127 кВ
О 0.2 0.4- 0.6 0.8 1
I, с
х 10
а)
хЮ
\ им = 142 кВ
\
V
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
I, с
х 10
г)
х 10
1 им = 188 кВ
\
V
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
I, с
х 10
е)
. х 10
1\ им = 142 кВ
\
\
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
I, с
х 10
и)
. хЮ
А им = 129 кВ
V Чс —
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-с хЮ"1 б) хЮ"
1_____ им = 175 кВ
\
V
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
I, с
х 10
д)
х 10
им = 151 кВ
\
\
V
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
I, с
х 10
ж)
. х 10
1 им = 141 кВ
\
V
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
I, с
х 10
х 10
им = 133 ! кВ
\
V ч_____
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 I, с
х 10
в)
х 10
2 1
)
0 -1
15 10
им : 254 кВ
1
V
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
I, с
х 10
е)
. х 10
а им = 143 | кВ
\
V
О 0.2 0.4 0.6 0.8 1 I, с
х 10
з)
Рисунок 6. Осцилограми напруг при розр.вд блискавки в землю бшя середини лшп на вщсташ 50 м вщ траси ПЛ без ОПН: а) - на початку лшп; б) - на вщсташ 2 км ввд початку лшп; в) - на вщсташ 4 км ввд початку лшп; г) - на вщсташ 6 км вщ початку лшп; д) - на вщсташ 8 км вщ початку лшп; е) - на вщсташ 10 км ввд початку лшп; е) - на вщсташ 12 км ввд початку лшп; ж) - на вщсташ 14 км вщ початку лшп; з) - на вщсташ 16 км вщ початку лши; и) - на вщсташ 18 км ввд початку лши; ^ - на вщсташ 20 км ввд початку лшп
PHcyHOK 7. Po3nogin Hanpyrn B3goB® Tpacn nn npn po3pagi 6^ncKaBKn b 3eM^ro cepegnHn mHii' Ha BigcraHi 50 m Big Tpacn mmi' 6e3 OnH
P03raaHeM0 BapiaHT BcraHOBueHra OnH Ha onopax Ha Pnc- 10 - rPa$iK pO3nOgwy Hanpyrn B3gOB® Tpacn napa^e^bHO i3OOTropaM Ha Ko^mn $a3i nepe3 2 km. Ha npn BnKOpnCTaHHi OnH. pnc. 8 Ta pnc. 9 npegcTaB^eHO o^n^orpaMn Hanpyr, a
x 10
x 10
Um = 48 kB
r
1
\
V
0 0.2 0.4 0.6 0.E t, c
x 10
a)
x 10
Um = 60 kB
\
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
x 10"3
г)
-2
\ UM = 50; kb
1
\
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 x 10"3
6)
x 10
Um = 80; kb
V
Y
K
0.2 0.4 0.6 0.8
t, c
x 10
d)
x 10
-2
Um = 53 kB
1
\
- -
0 0.2 0.4 0.6 0.8
t, c
x 10
B)
x 10
1 Um = 173 I kb
\
\
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 ^ x 10"3
e)
PHcyHOK 8. O^n^orpaMn Hanpyr npn po3pagi 6^HCKaBKH b 3eM^ro 6ina cepegnHn mHii' Ha BigcTaHi 50 m Big Tpacn mmi' 3 BCTaHOB^eHHHM OnH nepe3 2 km: a) - Ha nonarKy mmi'; 6) - Ha BigcTaHi 2 km Big nonaTKy mmi'; b) - Ha BigcTaHi 4 km Big nonaTKy mmi'; r) - Ha BigcTaHi 6 km Big nonaTKy mmi'; g) - Ha BigcTaHi 8 km Big nonaircy mmi'; e) - Ha BigcTaHi 10 km Big nonarKy mmi'
х 10
х 10
х 10
Л иМ = 88 кВ
V
У
N
О 0.2 0.4 0.6 0.3 1 1, с
им = 63 кВ
Л
1 V
V
х 10 "
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 I, с
-2
1 им = 55 кВ
\
V
х 10
0 0.2 0.4 0.6 0.Е I, с
х 10
е)
ж)
з)
х 10
х 10
с \ им [ = 51 кВ
г 1
V
0.2 0.4 0.6 0.8 ^ с
-2
г" им = 50 кВ
г
V
х 10
0.2 0.4 0.6 0.8
I, с
х 10
и)
Рисунок 9. Осцилограми напруг при розр.вд блискавки в землю бшя середини Мни на ввдсташ 50 м ввд траси лши з встановленням ОПН через 2 км: е) - на вщсташ 12 км вщ початку Мни; ж) - на ввдсташ 14 км ввд початку Мни; з) - на вщсташ 16 км вiд початку Мни; и) - на вщсташ 18 км ввд початку лши; ^ - на вiдстаиi 20 км ввд початку лши
Рисунок 10. Розподш напруги вздовж траси ПЛ при розрядi блискавки в землю б™ середини лши на ввдсташ 50 м ввд траси Мни з встановленням ОПН через 2 км
Аналiз результапв iмiтацiйного моделювання показуе, що встановлення ОПН через кожнi 2 км повь тряно! лши дозволяе зменшити напругу до рiвня 173 кВ, що для ПЛ 35 кВ е допустимим.
Виконаемо моделювання варiанту встановлення ОПН на опорах розмщених на вiдстанi 2 км ввд початку та 2 км ввд к1нця ПЛ. Результатом е графш розпо-дiлу напруги вздовж траси повггряно! лшп, приведений на рис. 11 та осцилограми напруг, що зoбраженi на рис. 12 та рис. 13.
З рисуншв видно, що при встановлеш обмежува-4iB перенапруги на опорах, розмщених на ввдсташ 2 км ввд початку та 2 км ввд кiнця ПЛ, захист забезпе-чуеться лише по к1нцям повпряно! лши електропере-давання. При цьому в окремих точках, особливо бшя середини лшп, напруга досягае значения 250 кВ, що призводить до перекриття iзоляторiв та вiдключения лшп електропередавання. Таким чином, даний варiант не забезпечить захист електрично! мереж в повнiй мiрi.
Рисунок 11. Розподш напруги вздовж траси ПЛ при рoзрядi блискавки в землю б™ середини лшп на ввдсташ 50 м вiд траси лши з встановленням ОПН на опорах, розмщених на ввдсташ 2 км ввд початку та 2 км ввд к1нця ПЛ
а) б) в)
Рисунок 12. Осцилограми напруг при розрядi блискавки в землю бшя середини лши на ввдсташ 50 м ввд траси лшп з встановленням ОПН на опорах, розмщених на ввдсташ 2 км ввд початку та 2 км ввд шнця ПЛ: а) - на початку лши; б) - на ввдсташ 2 км ввд початку лши; в) - на ввдсташ 4 км ввд початку лши
15 г
10
. х 10
1 Им = = 1301 кВ
V
\ V
х 10
х 10
; Им = 175 кВ
V | 1
\
V 1
Им = = 254| кВ
1
V
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 I, с
х 10
О 0.2 0.4 0.6 0.8 1 I, с
х 10
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
I, с
х 10
г;
д)
е)
20 г
х 10
Им = 188 кВ
\
V ч
0 0.2 0.4 0.6 0.8 хЮ-3 е) хЮ*
л... Им = 64 к Сб I
Г
V
15 г 10 5
. х 10
Им = 138 кВ
\
\ V
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 I, с
10
х 10
1\ ! Им = 94 кВ
\ !
А
IV
х 10
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 I, с
х 10
ж)
з)
х 10
им .=. 63
кВ
0 0.2 0.4 0.6 0.8 I, с
х 10
0 0.2 0.4 0.6 0.Е I, с
х 10
и)
Рисунок 13. Осцилограми напруг при розр.вд блискавки в землю бшя середини Мни на вщсташ 50 м в1д траси Мни з встановленням ОПН на опорах, розмщених на ввдсташ 2 км ввд початку та 2 км в1д шнця ПЛ: г) - на ввдсташ 6 км ввд початку Мни; д) - на ввдсташ 8 км вщ початку Мни; е) - на ввдсташ 10 км ввд початку Мни; е) - на вщсташ 12 км вщ початку Мни; ж) - на ввдсташ 14 км ввд початку Мни; з) - на ввдсташ 16 км ввд початку Мни; и) - на ввдсташ 18 км ввд початку Мни; 1) - на вiдстанi 20 км вщ початку Мни
V. ВИСНОВКИ
1. В результат моделювання режиму роботи еле-ктрично! мережа номiнальною напругою 35 кВ без встановлення нелiнiйних обмежувачiв перенапруги при виникненш розряду блискавки бшя середини Мни безпосередньо в землю на ввдсташ 50 м ввд траси ПЛ, в нш виникае наведена напруга величиною, що пере-вищуе 250 кВ. Це може призводити до перекриття прлянд 1золятор1в та подальшого ввдключення Мни електропередавання.
2. Анал!з варiанту роботи електрично! мережа з1 встановленням ОПН на опорах паралельно !золяторам через кожш 2 км показав, що !ндукована перенапруга в даному випадку обмежуеться на р!вш 173 кВ, що е
допустимим для ПЛ 35 кВ.
3. Встановлення ОПН на опорах, розташованих на вщсташ 2 км в1д початку та 2 км ввд кшця Мни електропередавання, дозволяе зменшити перенапругу лише по к1нцям Мни, однак в серединi Мни рiвень напруги може перевищувати 250 кВ, що е небезпеч-ним для ПЛ 35 кВ. Таким чином, найкращим вар!ан-том розмiщення обмежувачiв перенапруги на повгг-ряних лш1ях електропередавання 35 кВ е 1х встановлення через кожш 2 км, що, в свою чергу, дозволить зменшити кашталовкладення в 6уд1вництво нових або реконструкцш юнуючих Мнш електропередавання, по ввдношенню до варiанта з1 встановленням ОПН на кожнш опор!, а також забезпечити надiйну роботу вое! електрично! мережа.
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електроенергетика»
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ
[1] Базелян, Э.М. Физика молнии и молниезащиты / Э.М. Базелян, Ю.П. Райзер. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - 320 с.
[2] Тиходеев, Н.Н. РД 153-34.3-35.125-99. Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений / Н.Н. Тиходеев. - 2-е изд. - СПб.: ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 1999. - 355 с.
[3] Wang, Lei. Calculation and analysis of induced overvoltage on a transmission line caused by lightning strike to the tower / Lei Wang, Fuchang Lin, Fei Yan // Power System Technology. - 2006. - №30. -pp. 271-274.
[4] ГНД 34.20.177-2004 "Вимоги до проектування повггряних лшш електрoпередачi напругою 6-35 кВ з проводами iз захисним покриттям", за-тверджений наказом Мшпаливенерго Укра!ни ввд 02.03.2004 №130. - К: Мшютерство енергетики та вугшьно! промисловосп Укра!ни, 2004. - 24 с.
[5] Ping, Liu. Calculation on Induced Overvoltage on Low-voltage Overhead Lines / Liu Ping, Yi Xiao, Wang Xu, Lu Yongling, Yu Jianhui, Zhou Wenjun // IEEE Power Engin and Autom. Conf. (PEAM). -2011. - Vol.2. - pp. 68-72.
[6] Demailly B. Installation of composite surge arresters on transmission line / B. Demailly, F. Maciela., S. Tartier // CIGRE Session. - 2002. - Report No. 33. -pp. 203-209.
[7] Тиховод, С.М. Совершенствование численных методов расчета электромагнитных процессов в сложных нелинейных электрических и магнитных цепях / С.М. Тиховод // Електротехшка та електроенергетика. - 2007. - №1. - с. 56-60.
[8] Кирик, В.В. Визначення оптимального мюця встановлення ОПН / В.В. Кирик, С.А. Абдулаев // Мiжнарoдний науково-техшчний журнал моло-дих вчених, асшранлв i студенпв "Сучасш про-блеми електроенерготехшки та автоматики". -2016. - с. 104-106.
[9] Базуткин, В.В. Перенапряжение в электрических системах и защита от них: Учебник для вузов /
В.В. Базуткин, К.П. Кадомская, М.В. Костенко, Ю.А. Михайлов. - СПб.: Энергоатомиздат, Санкт-Петербургское отд-ние, 1995. - 320 с.
[10] Залужный, М.Ю. Моделирование нестационарных электромагнитных процессов в системе электроснабжения энергоемких электротехнологических комплексов / М. Ю. Залужный // Електротех-шка та електроенергетика. - 2009. - №2. - C. 7073.
[11] Mcdermott, T.E. Lightning protection of distribution lines / T.E. Mcdermott, T.A. Short, J.G. Anderson // IEEE Transactions on Power Delivery. - 1994. - №1. - Vol.9. - pp. 138-146.
[12] Винокурова, £.В. Оцшка наведено! напруги на лшп електропередавання напругою 10 кВ / £.В. Винокурова, С.С. Ворона, В.В. Кирик, В.В. Дре-мов // Гвдроенергетика Укра!ни. - 2014. - №4. -с. 42-43.
[13] Файбисович, Д.Л. Справочник по проектированию электрических сетей / Д.Л. Файбисович. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: ЭНАС, 2012. - 376 с.
[14] Разевиг, Д.В. Техника высоких напряжений: Учебник для студентов электротехнических и электроэнергетических специальностей вузов / Д.В. Разевиг. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1976. - 488 с.
[15] Кадомская, К.П. Влияние способа моделирования ОПН и волны тока молнии на энергетические характеристики защитных аппаратов, установленных на опорах ВЛ / К.П. Кадомская, А.А. Рейхердт // Электромеханика и Электроэнергетика: Научный вестник НГТУ. - 2002. - №1. - C. 91100.
[16] Кадомская, К.П. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них: Учебник / К.П. Кадомская, Ю.А. Лавров, А.А. Рейхердт. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - 320 с.
[17] Халилов, Ф.Х. Защита сетей 6-35 кВ от перенапряжений / Ф.Х. Халилов, Г.А. Евдокунин, В.С. Поляков. - СПб., - 2002. - 260 с.
Стаття надшшла до редакци 02.05.2018
ЗАЩИТА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НАПРЯЖЕНИЕМ 35 КВ ОТ НАВЕДЕННЫХ ГРОЗОВЫХ
ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
КИРИК В.В. д-р техн. наук, профессор, зав. каф. электрических сетей и систем Национального
технического университета Украины «Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского», Киев, Украина, e-mail: [email protected];
АБДУЛАЕВ С.А. магистрант кафедры электрических сетей и систем Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского», Киев, Украина, e-mail: [email protected]; Цель работы. Разработать рекомендации по определению оптимальных мест установки нелинейных ог-
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електроенергетика»
раничителей перенапряжения для защиты воздушных линий электропередачи от воздействия грозовых перенапряжений на основе модели электрической сети номинальным напряжения 35 кВ и провести исследования распределения индуцированного перенапряжения во времени вдоль трассы линии электропередачи.
Методы исследования. В основу работы положено имитационное математическое моделирование процессов возникновения грозовых перенапряжений в воздушной линии электропередачи номинальным напряжением 35 кВ. Обработка результатов исследования выполнялась с использованием современного прикладного программного обеспечения: MathCAD, среды SimPowerSystems пакета программ MATLAB.
Полученные результаты. В процессе выполнения работы были получены оптимальные расстояния, через которые необходимо устанавливать нелинейные ограничители перенапряжения для обеспечения защиты электрической сети номинальным напряжением 35 кВ от индуцированного грозового перенапряжения. В результате сравнения двух вариантов размещения ОПН на воздушной линии электропередачи, а именно через каждые 2 км и на двух опорах, расположенных на расстоянии 2 км от начала и 2 км от конца линии, определено, что оптимальным вариантом является установка ограничителей перенапряжения через каждые 2 км вдоль всей трассы воздушной линии.
Научна новизна. Авторами проведено имитационное математическое моделирование различных вариантов размещения нелинейных ограничителей перенапряжения вдоль трассы воздушной линии электропередачи номинальным напряжением 35 кВ. Определены наиболее оптимальные места их установки.
Практическая ценность. Результаты работы могут быть использованы при проектировании новых или реконструкции существующих воздушных линий электропередачи 35 кВ, что позволит обеспечить их защиту от грозовых перенапряжений и уменьшить количество аварийных отключений.
Ключевые слова: нелинейный ограничитель перенапряжения; грозовые перенапряжения; молниеза-щита; наведенное напряжение; грозовой импульс тока.
PROTECTION OF 35 KV OVERHEAD TRANSMISSION LINE FROM THE INDUCED LIGHTNING OVERVOLTAGE
KYRYK V.V. Sci.D, Professor, head of the department of electrical networks and systems of the
National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, Ukraine, e-mail: [email protected]
ABDULAIEV S.A. master of the department of electrical networks and systems of the National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, Ukraine, e-mail: [email protected];
Purpose. Develop recommendations for determining the optimal places for the installation of nonlinear overvoltage limiters for the protection of overhead transmission lines from the influence of lightning overvoltage on the basis of the model of the electric network 35 kV and to conduct research of the distribution of induced overvoltage in time along the route of the transmission line.
Methodology. The basis of the work is the simulation mathematical modeling of the processes of the occurrence of lightning overvoltage in the overhead transmission line 35 kV. For processing the research result, modern application software such as MathCAD, the environment of the SimPowerSystems software package MATLAB, was used.
Findings. In the course of the work, optimal distances, through which nonlinear overvoltage limiters should be installed to ensure the protection of electric network 35 kV from the induced lightning overvoltage, were obtained. As the result of the comparison of the two variants of the location of the nonlinear overvoltage limiters on the transmission line, namely every 2 km and on two towers located at a distance of 2 km from the beginning and 2 km from the end of the line, it was determined that the optimal option is to set overvoltage limiters every 2 km along the entire route of the overhead transmission line.
Originality. Simulation mathematical modeling of various variants ofplacement of nonlinear overvoltage limiters along the route of overhead transmission line 35 kV was carried out by the authors. The most optimal places of their installation was determined.
Practical value. The results of the work can be used in designing new or reconstruction of existing overhead transmission lines 35 kV, which will allow them to be protected from lightning overvoltage and reduce the number of emergency shutdowns.
Keywords: nonlinear overvoltage limiters; storm surges; lightning protection; induced voltage; lightning impulse current.
ISSN 2521-6244 (Online) Роздш «Електроенергетика»
REFERENCES
[1] Bazeljan, Je.M., Rajzer, Ju.P. (2001). Fizika molnii i molniezashhity. Moscow, Fizmatlit, 320.
[2] Tihodeev, N.N. (1999). RD 153-34.3-35.125-99. Ru-kovodstvo po zashhite jelektricheskih setej 6-1150 kV ot grozovyh i vnutrennih perensprjazhenij, 2-e izd. Sankt-Peterburg, PJelPK Mintopjenergo RF, 355.
[3] Wang Lei, Lin Fuchang, Yan Fei. (2006). Calculation and analysis of induced overvoltage on a transmission line caused by lightning strike to the tower. Power System Technology, 30, 271-274.
[4] GND 34.20.177-2004. (2004). Vymogy do proektu-vannja povitrjanyh linij elektroperedachi naprugoju 6-35 kV z provodamy iz zahysnym pokryttjam, zat-verdzhenyj nakazom Minpalyvenergo Ukrainy vid 02.03.2004 №130. [Requirements for the design of 635 kV overhead transmission lines with wires with a protective coating, approved by the order of the mineral fuel supplies of Ukraine from 02.03.2004 №130]. Kyiv, Ministry of Energy and Coal Industry of Ukraine, 24.
[5] Ping Liu, Xiao Yi, Xu Wang, Yongling Lu, Jianhui Yu, Wenjun Zhou. (2011). Calculation on Induced Overvoltage on Low-voltage Overhead Lines. IEEE Power Engin and Autom. Conf. (PEAM), 2, 68-72.
[6] Demailly B., Maciela F., Tartier S. (2002). Installation of composite surge arresters on transmission line. CIGRE Session, 33, 203-209.
[7] Tikhovod, S. (2007). Improvement of numerical methods of calculation of electromagnetic processes in complex nonlinear electric and magnetic chains. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 56-60.
[8] Kyryk V.V., Abdulaiev S.A. (2016). Vyznachennja optymalnogo miscja vstanovlennja OPN [Determination of the optimum location of the nonlinear overvoltage limiters]. Mizhnarodnyj naukovo-tehnichnyj zhurnal molodyh vchenyh, aspirantiv i studentiv "Su-chasni problem elektroenergotehniky ta avtomatyky", 104-106.
[9] Bazutkin V.V., Kadomskaja K.P., Kostenko M.V., Mihajlov Ju.A. (1995). Perenaprjazhenie v jelektricheskih sistemah i zashhita ot nih: Uchebnik dlja vuzov. Sankt-Peterburg, Jenergoatomizdat, Sankt-Peterburgskoe otd-nie, 320.
[10] Zaluzhnyi, M. (2009). Simulation of non-stationary electromagnetic processes in the system of electrical supply of energoemic electrotechnological complexes. Electrical Engineering And Power Engineering,, 2, 70-73.
[11] Mcdermott T.E., Short T.A., Anderson J.G. (1994). Lightning protection of distribution lines. IEEE Transactions on Power Delivery, 1, 9, 138-146.
[12] Vynokurova Je.V., Vorona S.S., Kyryk V.V., Dre-mov V.V. (2014). Ocinka navedenoi naprugy na linii elektroperedavannja naprugoju 10 kV [Assessment of the induced voltage on the transmission line 10 kV]. Gidroenergetyka Ukrainy, 4, 42-43.
[13] Fajbisovich D.L. (2012). Spravochnik po proektiro-vaniju jelektricheskih setej, 4-e izd., pererab. i dop. Moscow, JeNAS, 376.
[14] Razevig D.V. (1976). Tehnika vysokih naprjazhenij: Uchebnik dlja studentov jelektrotehnicheskih i jelek-trojenergeticheskih specialnostej vuzov, izd. 2-e, per-erab. i dop. Moscow, Jenergija, 488.
[15] Kadomskaja K.P., Rejherdt A.A. (2002). Vlijanie sposoba modelirovanija OPN i volny toka molnii na jenergeticheskie harakteristiki zashhitnyh apparatov, ustanovlennyh na oporah VL [Influence of the method of simulation of nonlinear overvoltage limiters and lightning current waves on the energy characteristics of protective apparatuses installed on the towers of overhead transmission lines]. Jelektromehanika i Jelektrojenergetika: Nauchnyj vestnik NGTU, 1, 91100.
[16] Kadomskaja K.P., Lavrov Ju.A., Rejherdt A.A. (2004). Perenaprjazhenija v jelektricheskih setjah razlichnogo naznachenija i zashhita ot nih: Uchebnik. Novosibirsk, izd-vo NGTU, 320.
[17] Halilov F.H., Evdokunin G.A., Poljakov V.S. (2002). Zashhita setej 6-35 kV ot perenaprjazhenij. Sankt-Peterburg, 260.
