RU2248079C2

RU2248079C2 - Lightning arrester and power transmission line equipped with lightning arrester

Info

Publication number: RU2248079C2
Application number: RU2002126810/09A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Подпоркин (RU); Г.В. Подпоркин
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Нпо "Стример"
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2005-03-10

Abstract

FIELD: high-voltage power engineering; lightning arresters and power transmission lines equipped with lightning arresters.

SUBSTANCE: proposed lightning arrester has antenna electrically connected to spark gap that can be built around one or more gaps of known type, such as rod, valve, or better long-spark gaps. Antenna mechanical design and its ways of connection to spark gap are chosen to provide for setting up potential across spark gap equal to or higher than its operating potential on approach of lighting channel to equipment under protection before lightning channel comes in contact with line components. Antenna may be built in the form of wire section whose length depends on voltage class of line being protected, on calculated distance from point of lightning stroke to spark gap, and on other factors; preferable length of antenna is between 1 and 20 m. In order to enhance the operating effectiveness of antenna its top end can be connected to support insulator mounted on top of supporting structure and provided with metal rod pointing upwards. As an alternative, metal guy of supporting structure, metal cross-arm isolated from other components of supporting structure, or ground wire may be used as antenna.

EFFECT: provision for arrester operation ahead of lightning stroke within specified interval.

31 cl, 8 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к области высоковольтной техники, а более конкретно к устройствам грозозащиты и к линиям электропередачи, снабженным устройствами грозозащиты (называемыми далее также грозозащитными устройствами).The present invention relates to the field of high-voltage technology, and more particularly to lightning protection devices and power lines equipped with lightning protection devices (also referred to as lightning protection devices hereinafter).

Уровень техникиState of the art

Для защиты различных объектов (в том числе электротехнических, таких как подстанции или подходы к линиям электропередач) от прямых ударов молнии путем отвода тока молнии в землю используются молниеотводы, состоящие из молниеприемника, возвышающегося над защищаемым объектом, заземлителя и токоотвода, соединяющего молниеприемник с заземлителем ("Техника высоких напряжений". Под общей ред. Д.В.Разевига. Изд. 2-е, перераб. и доп.М., “Энергия”, 1976, стр.263). Поскольку молниеотвод связан с землей, его потенциал сохраняется равным нулю по мере приближения к нему канала молнии. Из-за того, что территория, защищаемая молниеотводом, ограничена, эти устройства непригодны для защиты таких протяженных объектов, как линии электропередачи (ЛЭП).To protect various objects (including electrical ones, such as substations or approaches to power lines) from direct lightning strikes by diverting a lightning current into the ground, lightning rods are used, consisting of a lightning rod rising above the protected object, a ground electrode and a down conductor connecting the lightning rod to the ground electrode ( “Technique of high voltages.” Under the general editorship of D.V. Razevig. 2nd ed., Revised and enlarged M., “Energy”, 1976, p. 263). Since the lightning rod is connected to the earth, its potential remains equal to zero as the lightning channel approaches it. Due to the limited area protected by a lightning rod, these devices are not suitable for the protection of long objects such as power lines.

Известные высоковольтные ЛЭП, как правило, включают в себя, по меньшей мере, один силовой провод, закрепленный на опорах посредством элементов изоляции (изоляторов). Линия может содержать несколько проводов, например, если она выполнена многофазной. Опоры выполняются, как правило, заземленными, но встречаются и линии электропередачи с незаземленными опорами. В состав ЛЭП входят также грозозащитные устройства, т.е. устройства для ограничения перенапряжений, возникающих в линии при попадании в нее молнии.Known high-voltage power lines, as a rule, include at least one power wire mounted on supports by means of insulation elements (insulators). A line may contain several wires, for example, if it is multi-phase. Supports are usually grounded, but there are power lines with ungrounded supports. The power transmission line also includes lightning protection devices, i.e. devices to limit overvoltages arising in the line when lightning enters it.

Наиболее распространенным средством грозозащиты ЛЭП является грозозащитный трос, который подвешивается на стойке опоры над силовыми проводами. В случае удара молнии в линию электропередачи канал молнии попадает на грозозащитный трос, и ток молнии через тело опоры (при проводящей, например, металлической стойке опоры) стекает на землю ("Техника высоких напряжений". Под общей ред. Д.В.Разевига. Изд. 2-е, перераб. и доп.М., “Энергия”, 1976, стр.263).The most common means of lightning protection of power lines is a lightning protection cable, which is suspended on a pillar of a support above the power wires. In the event of a lightning strike into the power line, the lightning channel enters a lightning-protective cable, and lightning current flows through the support body (for example, when the support pole is metal) and flows to the ground (High Voltage Technique. Edited by D.V. Razevig. 2nd ed., Revised and revised M., “Energy”, 1976, p. 263).

В случае отсутствия грозозащитного троса в качестве грозозащитных устройств применяют также ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН) и искровые разрядники различного типа (например, стержневые или трубчатые). Все искровые разрядники содержат те или иные средства формирования искрового промежутка, через который при перенапряжении происходит развитие защитного искрового перекрытия, и контактные токопроводящие элементы для электрического соединения разрядника с соответствующими частями защищаемой ЛЭП.В наиболее простых стержневых разрядниках средства формирования искрового промежутка выполнены в виде двух металлических стержней, установленных в непосредственной близости от изоляторов, или гирлянд изоляторов, или других защищаемых элементов линии. Для образования искрового промежутка металлические стержни устанавливаются на некотором расстоянии друг от друга. При возникновении перенапряжения в случае попадания молнии в линию электропередачи разряд проходит через искровой промежуток разрядника, предохраняя тем самым изолятор от разрушения. Однако при срабатывании стержневого разрядника искровое перекрытие между стержнями переходит в силовую дугу промышленной частоты, что приводит к необходимости отключения линии ("Техника высоких напряжений". Под общей ред. Д.В.Разевига. Изд. 2-е, перераб. и доп.М., “Энергия”, 1976, стр.284).In the absence of a lightning protection cable, nonlinear surge arresters and surge arresters of various types (for example, rod or tubular) are also used as lightning protection devices. All spark gaps contain one or another means of forming a spark gap, through which protective overlay occurs during overvoltage, and contact conductive elements for electrical connection of the spark gap with the corresponding parts of the protected power transmission line. In the simplest rod spark gaps, the means of forming the spark gap are made in the form of two metal rods installed in the immediate vicinity of insulators, or strings of insulators, or other protected elements ntov line. To form a spark gap, metal rods are installed at a certain distance from each other. In case of overvoltage in case of lightning falling into the power line, the discharge passes through the spark gap of the arrester, thereby protecting the insulator from destruction. However, when the rod spark gap is triggered, the spark overlap between the rods passes into a power arc of industrial frequency, which leads to the need to turn off the line ("High Voltage Technique". Under the general editorship of DV Razevig. Ed. 2, revised and ext. M., “Energy”, 1976, p. 284).

Известна также линия электропередачи с грозозащитным устройством, выполненным на основе длинноискрового разрядника (РДИ). Средства формирования искрового промежутка такого разрядника обеспечивают при грозовом перенапряжении возникновение скользящего разряда, через который происходит развитие защитного искрового перекрытия. Длина перекрытия этого разрядника весьма велика, поэтому после грозового перекрытия по поверхности разрядника силовая дуга не устанавливается и линия продолжает работу без отключения (патент РФ №2096882).Also known is a power line with a lightning protection device made on the basis of a long spark gap (RDI). Means of forming the spark gap of such a spark gap provide, during a lightning overvoltage, the appearance of a sliding discharge through which the protective spark overlap develops. The length of the overlap of this arrester is very large, therefore, after a lightning overlap on the surface of the arrester, the power arc is not installed and the line continues to work without shutting down (RF patent No. 2096882).

Хотя технические решения, описанные в названном патенте и являющиеся наиболее близкими к заявляемой группе изобретений, обеспечивают значительно более высокую эффективность грозозащиты, они все же обладают существенным недостатком. Он заключается в том, что при воздействии импульсов грозовых перенапряжений с крутым фронтом не обеспечивается координированная работа разрядника с защищаемой изоляцией, т.е. срабатывание разрядника с некоторым минимальным опережением относительно момента удара молнии. Соответственно, линия недостаточно грозоупорна, а значит недостаточно надежна.Although the technical solutions described in the said patent and being the closest to the claimed group of inventions provide significantly higher efficiency of lightning protection, they still have a significant drawback. It consists in the fact that under the influence of lightning surge pulses with a steep front, coordinated operation of a spark gap with protected insulation is not ensured, i.e. operation of the arrester with a slight advance in relation to the moment of lightning strike. Accordingly, the line is not lightning resistant enough, which means it is not reliable enough.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка конструктивно простого и надежного грозозащитного устройства, а также создание, с его использованием, линии электропередачи, обладающей повышенной надежностью при умеренной стоимости в строительстве и эксплуатации.The problem to which the present invention is directed, is the development of a structurally simple and reliable lightning protection device, as well as the creation, with its use, of a power line with increased reliability at a moderate cost in construction and operation.

Техническим результатом является обеспечение срабатывания грозозащитного устройства с заданным опережением относительно момента удара молнии непосредственно в защищаемый электротехнический объект или вблизи от него.The technical result is to ensure the operation of a lightning protection device with a predetermined lead relative to the moment of lightning strike directly in or near the protected electrical object.

Поставленная задача решена созданием группы изобретений, относящихся к грозозащитному устройству и к линии электропередачи, снабженной подобным грозозащитным устройством.The problem is solved by creating a group of inventions related to a lightning protection device and to a power line equipped with such a lightning protection device.

В базовом варианте выполнения грозозащитное устройство для защиты электротехнического объекта от ударов молнии построено на основе искрового разрядника, который содержит средства формирования искрового промежутка, через который при перенапряжении происходит развитие защитного искрового перекрытия, и контактные токопроводящие элементы. При этом разрядник снабжен контактными средствами для электрического соединения одного из указанных средств формирования или контактных токопроводящих элементов с антенной, конструкция и размеры которой выбраны из условия наведения на разряднике, при приближении к защищаемому объекту канала молнии, соответствующего потенциала. Потенциал, наводимый антенной на разряднике, должен быть равен или превышать потенциал срабатывания разрядника к моменту, опережающему момент, когда канал молнии соприкоснется с элементами защищаемого объекта, на время, по меньшей мере, вдвое превышающее длительность срабатывания разрядника.In the basic embodiment, a lightning protection device for protecting an electrical object from lightning strikes is built on the basis of a spark gap, which contains means for forming a spark gap, through which a protective spark protection occurs during overvoltage, and contact conductive elements. In this case, the arrester is equipped with contact means for electrically connecting one of the indicated forming means or contact conductive elements with an antenna, the design and dimensions of which are selected from the guidance condition on the arrester, when approaching the protected object with a lightning channel of the corresponding potential. The potential induced by the antenna on the arrester must be equal to or greater than the arrester’s potential at the moment ahead of the moment when the lightning channel comes into contact with the elements of the protected object, at least twice the duration of the arrester.

Для решения широкого круга задач грозозащиты, особенно применительно к ЛЭП, предпочтительным типом разрядника, используемого в грозозащитном устройстве по изобретению, является длинноискровой разрядник (РДИ). Средства формирования в этом разряднике выполнены в виде отрезка кабеля, вдоль поверхности которого при перенапряжении развивается скользящий разряд, и, по меньшей мере, одного электрода, установленного поверх изоляции кабеля в его средней части. Желательно также, чтобы на поверхности участка кабеля между указанным электродом и одним из концов кабеля было нанесено полупроводящее или ребристое покрытие.To solve a wide range of lightning protection tasks, especially with respect to power lines, the preferred type of arrester used in the lightning protection device according to the invention is a long spark arrester (RDI). The means of formation in this arrester are made in the form of a length of cable along which a sliding discharge develops during overvoltage and of at least one electrode mounted on top of the cable insulation in its middle part. It is also desirable that a semiconducting or ribbed coating is applied to the surface of the cable portion between said electrode and one of the cable ends.

В качестве альтернативы, вместо длинноискрового разрядника, в устройстве по изобретению могут быть использованы вентильный разрядник или цепочка из двух или более вентильных разрядников. В последнем случае контактные средства целесообразно установить в средней части указанной цепочки.Alternatively, instead of a long spark arrester, a valve arrester or a chain of two or more valve arrears can be used in the device of the invention. In the latter case, it is advisable to establish contact means in the middle part of the indicated chain.

Предлагаемое грозозащитное устройство для защиты электротехнического объекта от ударов молнии может быть выполнено на основе любого варианта описанного искрового разрядника. Устройство предпочтительно содержит также контактные средства, выполненные с возможностью подключения антенны одним из своих концов к указанному электроду или к жиле кабеля. Главным отличительным признаком устройства по изобретению является то, что оно дополнительно снабжено антенной, электрически соединенной с одним из средств формирования искрового промежутка или с одним из контактных токопроводящих элементов разрядника.The proposed lightning protection device for protecting an electrical object from lightning strikes can be performed on the basis of any variant of the described spark gap. The device preferably also includes contact means configured to connect the antenna with one of its ends to the specified electrode or to the cable core. The main distinguishing feature of the device according to the invention is that it is additionally equipped with an antenna electrically connected to one of the means for forming the spark gap or to one of the contact conductive elements of the arrester.

Конструкция и размеры антенны, а также форма ее соединения с разрядником выбраны из условия наведения на разряднике, при приближении к защищаемому объекту канала молнии, потенциала, равного или превышающего потенциал срабатывания разрядника к моменту, опережающему момент, когда канал молнии соприкоснется с элементами защищаемого объекта, на время, по меньшей мере, вдвое превышающее длительность срабатывания разрядника.The design and dimensions of the antenna, as well as the form of its connection with the arrester are selected from the guidance condition on the arrester, when approaching the protected object of the lightning channel, a potential equal to or greater than the potential of the arrester to operate at a point ahead of the moment when the lightning channel comes into contact with the elements of the protected object, for a time at least twice the duration of the arrester.

Длительность срабатывания РДИ в типичном случае составляет 10 мкс. Соответственно, момент достижения заданного потенциала, наводимого антенной, должен опережать момент, когда канал молнии соприкоснется с элементами защищаемого объекта, не менее, чем на 30 мкс.The duration of the operation of the RDI in a typical case is 10 μs. Accordingly, the moment of achievement of a given potential induced by the antenna should be ahead of the moment when the lightning channel contacts the elements of the protected object by at least 30 μs.

При этом данное устройство должно быть снабжено крепежными средствами для механического прикрепления к защищаемому электротехническому объекту и антенной, электрически соединенной с одним из средств формирования искрового промежутка или с одним из контактных токопроводящих элементов разрядника.Moreover, this device should be equipped with fasteners for mechanical attachment to the protected electrical object and an antenna electrically connected to one of the means of forming the spark gap or to one of the contact conductive elements of the arrester.

Для решения большинства практических задач длину антенны целесообразно выбирать в интервале от 1 до 20 м. Выбор конкретного значения длины антенны должен производиться с учетом особенностей конкретного случая ее использования. В типичном случае эта длина приближенно может быть определена из следующего соотношения:To solve most practical problems, it is advisable to choose the length of the antenna in the range from 1 to 20 m. The choice of a specific value of the length of the antenna should be made taking into account the characteristics of the particular case of its use. In a typical case, this length can be approximately determined from the following relation:

где l - длина антенны, м;where l is the antenna length, m;

U_p- напряжение срабатывания разрядника, кВ;U _p is the operating voltage of the arrester, kV;

R - сопротивление утечки, кОм (R<500);R is the leakage resistance, kOhm (R <500);

Н - высота нижнего конца канала молнии над землей в момент срабатывания разрядника, м;H - the height of the lower end of the lightning channel above the ground at the time of operation of the arrester, m;

α, n - безразмерные параметры, находящиеся в обратной зависимости от расчетного расстояния между местом удара молнии и разрядником, причем параметр α выбирается в интервале от 180 до 6,5, а параметр n – в интервале от 1,4 до 0,8.α, n are dimensionless parameters that are inversely dependent on the calculated distance between the place of lightning strike and the arrester, with parameter α being selected in the range from 180 to 6.5, and parameter n being in the range from 1.4 to 0.8.

Применительно к задаче грозозащиты оборудования подстанций расчетное расстояние для определения длины антенны выбирается в интервале от 0 до 50 м, а значение параметров α и n выбираются соответственно равными 180 и 1,4. Применительно к защите ЛЭП расчетное расстояние превышает указанное значение и составляет около сотни метров. В этом случае значения параметров α и n выбираются соответственно равными 6,5 и 0,8.In relation to the task of lightning protection of substation equipment, the calculated distance for determining the antenna length is selected in the range from 0 to 50 m, and the values of the parameters α and n are chosen equal to 180 and 1.4, respectively. With regard to the protection of power lines, the calculated distance exceeds the specified value and is about a hundred meters. In this case, the values of the parameters α and n are selected equal to 6.5 and 0.8, respectively.

Высота Н нижнего конца канала молнии над землей в момент срабатывания разрядника определяется в зависимости от желаемого опережения t момента срабатывания разрядника относительно момента соприкосновения канала молнии с защищаемым объектом. С учетом минимального времени срабатывания реальных разрядников, используемых для грозозащиты ЛЭП (которое составляет около 10 мкс), значение t предпочтительно выбрать не менее 30 мкс, предпочтительно не менее 30...50 мкс. Для обеспечения максимально надежной защиты это значение может быть существенно увеличено, вплоть до 1000 мкс. С учетом того, что на высотах более 50 м канал молнии продвигается примерно со средней скоростью 0,3 м/мкс, значение H для использования в формуле (1) может быть определено из соотношения t≈(30...50)+(Н-50)/0,3. Из этого соотношения следует, что для большинства реальных ситуаций значения Н (м) будут лежать в интервале 50≤H≤300.The height H of the lower end of the lightning channel above the ground at the moment the arrester is triggered is determined depending on the desired advance t of the moment of the arrester operation relative to the moment of contact of the lightning channel with the protected object. Given the minimum response time of real arresters used for lightning protection of power lines (which is about 10 μs), it is preferable to choose a value of not less than 30 μs, preferably not less than 30 ... 50 μs. To ensure the most reliable protection, this value can be significantly increased, up to 1000 μs. Taking into account the fact that at heights of more than 50 m the lightning channel moves at approximately an average speed of 0.3 m / μs, the value of H for use in formula (1) can be determined from the relation t≈ (30 ... 50) + (Н -50) / 0.3. From this ratio it follows that for most real situations, the values of H (m) will lie in the range 50≤H≤300.

Предлагаемая линия электропередачи содержит, по меньшей мере, один провод, находящийся под электрическим потенциалом, по меньшей мере, одну опору, несущую указанный провод, по меньшей мере, один элемент изоляции указанного провода от опоры и/или других элементов линии, находящихся под электрическим потенциалом, отличным от потенциала указанного провода, а также, по меньшей мере, одно грозозащитное устройство на основе искрового разрядника для защиты, по меньшей мере, одного указанного элемента изоляции от грозовых перенапряжений. Главной особенностью линии электропередачи по изобретению является использование в нем грозозащитного устройства по изобретению, в любом из его возможных вариантов осуществления.The proposed transmission line contains at least one wire under electric potential, at least one support bearing said wire, at least one insulation element of said wire from the support and / or other elements of the line under electric potential different from the potential of the specified wire, as well as at least one lightning protection device based on a spark gap to protect at least one of the specified insulation element from lightning surges. The main feature of the power transmission line according to the invention is the use in it of a lightning protection device according to the invention, in any of its possible embodiments.

Так, могут быть использованы различные модификации грозозащитного устройства, основанные на различных вариантах выполнения длинноискрового разрядника по изобретению. Например, контактные средства длинноискрового разрядника могут быть выполнены с возможностью подключения антенны одним из своих концов к электроду или к жиле кабеля разрядника. При этом на поверхности участка кабеля между электродом и одним из концов кабеля может быть нанесено полупроводящее или ребристое покрытие для предотвращения перекрытия между этим концом кабеля и электродом.Thus, various modifications of a lightning protection device based on various embodiments of a long spark arrester according to the invention can be used. For example, the contact means of a long spark arrester can be made with the possibility of connecting the antenna with one of its ends to the electrode or to the core of the arrester cable. Moreover, on the surface of the cable section between the electrode and one of the cable ends, a semiconducting or ribbed coating can be applied to prevent overlap between this cable end and the electrode.

Помимо первого электрода, искровой разрядник может быть снабжен вторым электродом, также установленным поверх изоляции кабеля в его средней части и смещенным относительно первого электрода в направлении одного из концов кабеля. В данном варианте второй электрод связан через искровой разрядный промежуток с проводом линии электропередачи, а антенна электрически соединена с первым электродом. При этом на поверхности участка кабеля между указанным вторым электродом и ближайшим к нему концом кабеля нанесено полупроводящее или ребристое покрытие.In addition to the first electrode, the spark gap can be equipped with a second electrode, also mounted on top of the cable insulation in its middle part and offset relative to the first electrode in the direction of one of the ends of the cable. In this embodiment, the second electrode is connected through the spark gap to the wire of the power line, and the antenna is electrically connected to the first electrode. At the same time, a semiconducting or ribbed coating is applied on the surface of the cable section between the second electrode and the cable end closest to it.

Подобные варианты разрядников могут быть рекомендованы, например, когда концы проводящей жилы кабеля присоединены, по меньшей мере, к одной заземленной конструкции, а указанный первый электрод связан с указанным проводом линии электропередачи по изобретению через искровой разрядный промежуток. В данном варианте линии антенна предпочтительно выполнена в виде отрезка провода и электрически соединена одним из своих концов с первым электродом. В частности, верхний конец жилы кабеля может быть прикреплен к телу опоры линии электропередачи, а нижний конец - к отдельно стоящему, заглубленному в землю электроду. В последнем случае в качестве жилы кабеля целесообразно использовать металлическую оттяжку, имеющую высокую механическую прочность. Тогда в качестве электрода, заглубленного в землю, служит анкер оттяжки.Such versions of arresters can be recommended, for example, when the ends of a conductive cable core are connected to at least one grounded structure, and said first electrode is connected to said wire of the power transmission line according to the invention through a spark discharge gap. In this embodiment of the line, the antenna is preferably made in the form of a piece of wire and is electrically connected at one of its ends to the first electrode. In particular, the upper end of the cable core can be attached to the body of the support of the power line, and the lower end to a free-standing electrode buried in the ground. In the latter case, it is advisable to use a metal guy having high mechanical strength as a cable core. Then, as an electrode buried in the ground, there is a guy anchor.

В альтернативном варианте построения линии концы проводящей жилы кабеля изолированы от заземленных конструкций. В данном варианте первый электрод также связан через искровой разрядный промежуток с проводом линии электропередачи, а антенна электрически соединена одним из своих концов с жилой указанного кабеля.In an alternative embodiment of the line construction, the ends of the conductive cable core are isolated from grounded structures. In this embodiment, the first electrode is also connected through the spark gap to the wire of the power line, and the antenna is electrically connected at one of its ends to the core of the specified cable.

Согласно другому варианту концы проводящей жилы кабеля присоединены к проводу линии электропередачи, тогда как антенна электрически соединена одним из своих концов с первым электродом, а другим своим концом связана с опорой через искровой разрядный промежуток.According to another embodiment, the ends of the conductive core of the cable are connected to the wire of the power line, while the antenna is electrically connected by one of its ends to the first electrode, and the other end is connected to the support through the spark discharge gap.

Предусмотрен также вариант, в котором искровой разрядник выполнен с использованием участка изолированного провода линии электропередачи, вдоль поверхности которого при перенапряжении развивается скользящий разряд. В данном варианте искровой разрядник содержит также узел крепления указанного провода линии к изолятору, прокусывающий зажим, установленный на поверхности указанного изолированного провода и подключенный к жиле этого провода на некотором расстоянии от узла крепления, а также электрод, установленный поверх изоляции указанного участка изолированного провода в его средней части между прокусывающим зажимом и узлом крепления и электрически соединенный с одним из концов антенны.A variant is also provided in which the spark gap is made using a portion of an insulated wire of a power line, along the surface of which a sliding discharge develops during overvoltage. In this embodiment, the spark gap also contains a node for attaching the indicated line wire to the insulator, biting a clip mounted on the surface of the specified insulated wire and connected to the core of this wire at a certain distance from the fastening node, and also an electrode mounted on top of the insulation of the indicated section of the insulated wire in it the middle part between the biting clamp and the mount and electrically connected to one of the ends of the antenna.

Для обеспечения грозозащиты ЛЭП, содержащей, по меньшей мере, два провода, находящихся под различными электрическими потенциалами, изобретение предусматривает использование грозозащитного устройства, имеющего два длинно-искровых разрядника, выполненных на едином отрезке кабеля и взаимно смещенных по его длине. Один разрядник служит для защиты от перекрытия изоляции одного провода линии, а другой разрядник - для защиты другого провода.To provide lightning protection for a power transmission line containing at least two wires under different electrical potentials, the invention provides for the use of a lightning protection device having two long-spark arresters made on a single length of cable and mutually offset along its length. One arrester serves to protect against overlapping insulation of one wire of the line, and the other arrester is used to protect another wire.

В целях повышения эффективности работы антенны путем повышения наводимого ею потенциала линия электропередачи предпочтительно содержит установленный на вершине опоры опорный изолятор, подсоединенный к антенне и несущий металлический стержень, подключенный к антенне и направленный вверх.In order to increase the efficiency of the antenna by increasing the potential induced by it, the power line preferably contains a support insulator mounted on the top of the support connected to the antenna and bearing a metal rod connected to the antenna and directed upward.

При оснащении грозозащитным устройством по изобретению ЛЭП, уже снабженной грозозащитным тросом, в качестве антенны можно использовать этот трос при условии, что он изолирован от опор при помощи изоляторов.When equipped with a lightning protection device according to the invention, a power line already equipped with a lightning protection cable can be used as an antenna, provided that it is isolated from the supports using insulators.

В том случае, если опора ЛЭП содержит, по меньшей мере, один металлический элемент, изолированный от земли и от других элементов линии электропередачи, антенна может быть подсоединена к указанному металлическому элементу. Тем самым будет достигнуто существенное увеличение эффективной длины антенной системы, т.е. повышение надежности грозозащиты ЛЭП.In the event that the transmission line support contains at least one metal element isolated from the earth and from other elements of the power line, the antenna can be connected to the indicated metal element. Thus, a significant increase in the effective length of the antenna system will be achieved, i.e. improving the reliability of lightning protection of power lines.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых:The invention is illustrated by drawings, in which:

фиг.1 - схема, поясняющая взаимодействие разрядника с каналом молнии;figure 1 is a diagram explaining the interaction of a spark gap with a lightning channel;

фиг.2 - схема ЛЭП с разрядником, расположенным на стойке опоры;figure 2 is a diagram of a power transmission line with a spark gap located on a support column;

фиг.3 - схема ЛЭП с разрядником, выполненным на оттяжке опоры;figure 3 is a diagram of a power line with a spark gap made on the guy of a support;

фиг.4 - вид сбоку ЛЭП с двумя разрядниками, выполненными на едином отрезке кабеля;figure 4 is a side view of a power line with two arresters, made on a single piece of cable;

фиг.5 - схема ЛЭП с разрядником, установленным на проводе, и с грозозащитным тросом в качестве антенны;5 is a diagram of a power line with a spark gap mounted on a wire, and with a lightning protection cable as an antenna;

фиг.6 - схема ЛЭП с разрядником, установленным на грозозащитном тросе, служащем одновременно и антенной;6 is a diagram of a power line with a spark gap mounted on a lightning protection cable, serving both as an antenna;

фиг.7 - схема ЛЭП среднего класса напряжения с изолированным проводом, используемым также для грозозащиты линии;7 is a diagram of a power transmission line of a medium voltage class with an insulated wire, also used for lightning protection of the line;

фиг.8 - схема защиты оборудования подстанции вентильным разрядником с антенной.Fig - protection scheme of substation equipment with a surge arrester with an antenna.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

На фиг.1 показана схема, поясняющая принцип работы грозозащитного устройства по изобретению.Figure 1 shows a diagram explaining the principle of operation of a lightning protection device according to the invention.

От грозового облака 1 по направлению к земле со скоростью V_к развивается канал 2 молнии, окруженный объемным зарядом 3. Грозозащитное устройство по изобретению, обеспечивающее защиту не изображенного на фиг.1 электротехнического объекта (например, линии электропередачи или подстанции), выполнено на основе искрового разрядника. В представленном на фиг.1 варианте разрядник относится к типу длинноискровых разрядников (РДИ). Соответственно, средства формирования искрового промежутка, образующие основу данного РДИ, включают в себя электрод 5, установленный на поверхности отрезка 7 кабеля в его средней части. Кабель состоит из металлической жилы 8, покрытой слоем изоляции 9. Искровой разрядник по изобретению содержит также антенну 4, выполненную предпочтительно в виде отрезка провода и электрически подключенную своим нижним концом (с помощью не изображенных на чертеже контактных средств, входящих в состав разрядника) к электроду 5. Между антенной 4 и каналом 2 молнии имеется частичная емкость С_ка, через которую под действием высокого потенциала канала молнии U_к между каналом 2 молнии и антенной 4 протекает ток смещения i_см. Поскольку антенна 4 электрически связана с электродом 5, указанный ток протекает далее через емкостное сопротивление между электродом 5 и жилой 8 кабеля и создает на нем напряжение U_а.From a thundercloud 1 towards the earth with a speed V _to , a lightning channel 2 develops, surrounded by a space charge 3. The lightning protection device according to the invention, which protects an electrical object not shown in Fig. 1 (for example, a power line or substation), is made on the basis of a spark arrester. In the embodiment shown in FIG. 1, the arrester is of the type of long spark arresters (RDI). Accordingly, the means of forming the spark gap, forming the basis of this RDI, include an electrode 5 mounted on the surface of the length of the cable 7 in its middle part. The cable consists of a metal core 8, covered with a layer of insulation 9. The spark gap of the invention also contains an antenna 4, preferably made in the form of a piece of wire and electrically connected at its lower end (using contact means not included in the drawing, which are part of the spark gap) to the electrode 5. Between the antenna 4 and the lightning channel 2 there is a partial capacitance C _ka through which, under the action of the high potential of the lightning channel U _k , a bias current of i _cm flows between the lightning channel 2 and the antenna 4. Since antenna 4 is electrically connected to the electrode 5, said further current flows through the capacitance between the electrode 5 and flat cable 8 and creates thereon voltage U _a.

По мере приближения канала 2 молнии к земле, переменная емкость С_ка и соответственно ток смещения i_см и напряжение U_а быстро увеличиваются. Поскольку конструкция и размеры антенны выбраны из условия наведения на РДИ, при приближении канала молнии, потенциала, равного или превышающего потенциал срабатывания разрядника, в определенный момент, когда высота нижнего конца канала молнии над землей уменьшится до 50-300 м, значение U_a превысит напряжение срабатывания разрядника. В результате под действием напряжения U_а в РДИ формируется и развивается разряд 6 (в данном случае скользящий разряд), локализованный на поверхности отрезка 7 кабеля и перекрывающий этот отрезок. Опережение t момента срабатывания разрядника относительно момента соприкосновения канала молнии с защищаемым объектом будет определяться скоростью движения канала молнии на малых высотах, в том числе вблизи антенны. При указанных выше значениях Н значение t находится в пределах 30-1000 мкс, т.е. оно может быть выбрано существенно превышающим время срабатывания разрядника любого пригодного типа.As the lightning channel 2 approaches the ground, the variable capacitance C _ka and, accordingly, the bias current i _cm and voltage U _a increase rapidly. Since the design and dimensions of the antenna are selected from the guidance condition on the radar detector, when the lightning channel approaches a potential equal to or greater than the arrester’s potential, at a certain point when the height of the lower end of the lightning channel above the ground decreases to 50-300 m, the value of U _a will exceed the voltage arrester tripping. As a result, under the influence of the voltage U _and MDR formed and developed level 6 (in this case, the creeping discharge) localized on the surface of the cable segment 7 and the overlying segment. The advancing t of the moment of operation of the arrester relative to the moment of contact of the lightning channel with the protected object will be determined by the speed of the lightning channel at low altitudes, including near the antenna. With the above H values, the t value is in the range of 30-1000 μs, i.e. it can be chosen significantly longer than the response time of the arrester of any suitable type.

На фиг.2 показана конструктивная схема линии электропередачи (ЛЭП) с грозозащитным устройством по изобретению на основе РДИ по фиг.1, расположенным на стойке одной из опор или единственной опоры 11 линии. Отрезок 7 кабеля при помощи контактных токопроводящих элементов в форме металлических кронштейнов крепится своими концами к опоре 11. Таким образом, кронштейны выполняют также функцию крепежных средств грозозащитного устройства. В средней части отрезка 7 кабеля поверх изоляционного слоя 9 установлен электрод 5. На конце траверсы опоры 11 смонтирован опорный изолятор 13, на котором укреплен электрод 15, образующий, вместе с силовым проводом 10 линии, искровой разрядный промежуток. Провод 10, находящийся под повышенным электрическим потенциалом, подвешен на траверсе опоры 11 посредством изолятора 12 или гирлянды изоляторов. На вершине опоры 11 может быть установлен опорный изолятор 13, на котором вертикально укреплен направленный вверх стержень 14. Антенна 4 натягивается от электрода 5 на отрезке 7 кабеля к электроду 15 искрового разрядного промежутка и далее к металлическому стержню 14. Наличие данного стержня способствует повышению потенциала, наводимого на антенной системе, включающей в себя собственно антенну 4, стержень 14 и электрод 5, при приближении канала 2 молнии (см. фиг.1) к линии. Тем самым гарантируется, что еще до окончательного удара молнии в линию канал скользящего разряда 6 перекрывает весь отрезок 7 кабеля, подключив таким образом антенную систему 5, 4, 14 к опоре 11 через длинный канал разряда 6.Figure 2 shows a structural diagram of a power line (power line) with a lightning protection device according to the invention based on the RDI of figure 1, located on the rack of one of the supports or a single support 11 of the line. The cable section 7, using contact conductive elements in the form of metal brackets, is attached with its ends to the support 11. Thus, the brackets also serve as fasteners of the lightning protection device. An electrode 5 is installed in the middle part of the cable section 7 over the insulating layer 9. At the end of the support beam 11, a support insulator 13 is mounted on which the electrode 15 is mounted, forming, together with the power wire 10 of the line, a spark discharge gap. The wire 10, which is under increased electric potential, is suspended on the traverse of the support 11 by means of an insulator 12 or a string of insulators. At the top of the support 11, a support insulator 13 can be installed, on which the rod 14 is vertically mounted. The antenna 4 is stretched from the electrode 5 on the cable section 7 to the electrode 15 of the spark gap and then to the metal rod 14. The presence of this rod helps to increase the potential, induced on the antenna system, which includes the antenna 4 itself, the rod 14 and the electrode 5, when the channel 2 of the lightning (see figure 1) approaches the line. This ensures that even before the final lightning strike into the line, the channel of the sliding discharge 6 overlaps the entire length of the cable 7, thus connecting the antenna system 5, 4, 14 to the support 11 through the long channel of the discharge 6.

При ударе молнии в опору 11, а более точно в стержень 14, который возвышается над опорой 11, по каналу разряда 6 и далее через тело опоры 11 в землю протекает ток молнии. Если ток молнии небольшой или значение сопротивления заземления низкое, то обратного перекрытия не происходит, и линия продолжает свою работу, испытав незначительное, неопасное для изоляции грозовое перенапряжение. При больших значениях сопротивления заземления опоры 11 возможно обратное перекрытие с опоры 11 на провод 10. В этом случае в представленном на фиг.2 варианте произойдет перекрытие искрового воздушного промежутка между электродом 15 и проводом 10. Таким образом, провод 10 подключается к опоре 11 через весьма длинный канал перекрытия вдоль отрезка 7 кабеля, а также канал разряда 6 (т.е. канал перекрытия искрового воздушного промежутка между электродом 15 и проводом 10).When lightning strikes the support 11, and more precisely, the rod 14, which rises above the support 11, through the discharge channel 6 and then through the body of the support 11 a lightning current flows into the ground. If the lightning current is small or the value of the grounding resistance is low, then the reverse overlap does not occur, and the line continues its work, having experienced a slight, non-hazardous, lightning overvoltage for insulation. With large values of the grounding resistance of the support 11, a reverse overlap from the support 11 to the wire 10 is possible. In this case, in the embodiment shown in Fig. 2, the spark air gap will overlap between the electrode 15 and the wire 10. Thus, the wire 10 is connected to the support 11 through a very a long overlap channel along the length of the cable 7, as well as a discharge channel 6 (i.e., the channel for the closure of the spark air gap between the electrode 15 and wire 10).

Аналогично развиваются процессы и при ударе молнии в провод 10. Еще до соприкосновения канала молнии с проводом 10 отрезок 7 кабеля перекрывается каналом скользящего разряда 6. После касания каналом 2 молнии (см. фиг.1) провода 10 происходит перекрытие искрового промежутка с провода 10 линии на электрод 15.Similarly, processes develop when a lightning strikes a wire 10. Even before the lightning channel contacts the wire 10, the cable section 7 is blocked by the sliding discharge channel 6. After the channel 2 touches the lightning (see Fig. 1), the spark gap 10 closes from the line 10 to the electrode 15.

Таким образом, и в том, и в другом случае опора 11 и провод 10 линии электропередачи оказываются связанными через длинный канал разряда 6, образующего искровое перекрытие, и к гирлянде изоляторов 12 линии оказывается приложенным только напряжение, равное падению напряжения в цепи разрядника, состоящей из антенны 4 и канала разряда 6. Этого напряжения недостаточно для перекрытия гирлянды 12 изоляторов, и она не перекрывается. После прохождения тока грозового перенапряжения через канал перекрытия разрядника протекает сопровождающий ток промышленной частоты. В момент перехода тока через ноль дуга гаснет, и линия продолжает бесперебойную работу без отключения.Thus, in both cases, the support 11 and the wire 10 of the power line turn out to be connected through a long channel of the discharge 6 forming a sparkover, and only the voltage equal to the voltage drop in the spark gap circuit consisting of antenna 4 and discharge channel 6. This voltage is not enough to overlap the string of 12 insulators, and it does not overlap. After the passage of the lightning overvoltage current, the accompanying current of industrial frequency flows through the channel of the arrester overlap. At the moment the current passes through zero, the arc goes out, and the line continues uninterrupted operation without shutting down.

На фиг.3 показан вариант исполнения линии электропередачи, в котором в качестве жилы кабеля используется металлическая оттяжка. Эта оттяжка своим верхним концом прикреплена к телу опоры 11, а нижним - к анкеру 16, который одновременно является и отдельно стоящим, заглубленным в землю электродом-заземлителем. В этом варианте исполнения металлическая жила 8 отрезка 7 кабеля выполнена из стального троса для обеспечения необходимой высокой механической прочности. Принцип работы и, соответственно, порядок определения параметров грозозащитного устройства в этом варианте аналогичен варианту по фиг.2. Вариант выполнения грозозащитного устройства по фиг.3, по сравнению с вариантом по фиг.2, обладает более низкой стоимостью, поскольку в нем функции жилы кабеля разрядника и механической оттяжки совмещены. Однако он пригоден лишь для вновь проектируемых и строящихся ЛЭП, в то время, как вариант по фиг.2 пригоден также и для линий, уже находящихся в эксплуатации.Figure 3 shows an embodiment of a power line, in which a metal guy is used as a cable core. This guy is attached with its upper end to the body of the support 11, and the lower one to the anchor 16, which is also a separate, ground electrode, buried in the ground. In this embodiment, the metal core 8 of the cable section 7 is made of a steel cable to provide the necessary high mechanical strength. The principle of operation and, accordingly, the procedure for determining the parameters of a lightning protection device in this embodiment is similar to the embodiment of FIG. 2. The embodiment of the lightning protection device of FIG. 3, in comparison with the embodiment of FIG. 2, has a lower cost, since the functions of the spark gap cable core and the mechanical guy are combined in it. However, it is suitable only for newly designed and under construction power lines, while the option of FIG. 2 is also suitable for lines already in operation.

В альтернативном варианте выполнения длинноискрового разрядника, показанного на фиг.2 или 3, он может быть снабжен вторым электродом, установленным поверх изоляции кабеля в его средней части и смещенным относительно первого электрода 5 в направлении одного из концов отрезка 7 кабеля. В этом случае антенна 4 с помощью соответствующих контактных средств электрически соединена с одним из этих двух электродов (например, с электродом 5), а электрод 15 - со вторым (не изображенным) электродом. При этом между указанным вторым электродом и соответствующим ему концом кабеля рекомендуется нанести полупроводящее или ребристое покрытие.In an alternative embodiment of the long spark gap shown in FIGS. 2 or 3, it can be equipped with a second electrode mounted on top of the cable insulation in its middle part and offset relative to the first electrode 5 in the direction of one of the ends of the cable section 7. In this case, the antenna 4 is electrically connected to one of these two electrodes (for example, electrode 5) by appropriate contact means, and electrode 15 is connected to the second (not shown) electrode. In this case, between the specified second electrode and the corresponding end of the cable, it is recommended to apply a semiconducting or ribbed coating.

На фиг.4 показан вариант исполнения линии электропередачи по изобретению, которая содержит, по меньшей мере, два провода 10, соответствующих, например, двум фазам линии электропередачи. В данном варианте грозозащитное устройство ЛЭП снабжено двумя разрядниками, выполненными на едином отрезке 7 кабеля, причем жила 8 кабеля изолирована от опоры 11 и от земли при помощи изоляторов 13 и соединена (посредством не изображенных на фиг.4 контактных средств) с антенной 4 и через нее - со стержнем 14. Таким образом, в этом варианте исполнения антенная система образована собственно антенной 4, стержнем 14, а также весьма длинным отрезком жилы 8 отрезка 7 кабеля, что существенно увеличивает ее размер и соответственно эффективность.Figure 4 shows an embodiment of a power line according to the invention, which contains at least two wires 10 corresponding, for example, to two phases of a power line. In this embodiment, the lightning protection device of the power transmission line is equipped with two arresters, made on a single cable segment 7, and the cable core 8 is isolated from the support 11 and from the ground using insulators 13 and connected (via contact means not shown in FIG. 4) to the antenna 4 and through it with the rod 14. Thus, in this embodiment, the antenna system is formed by the antenna 4 itself, the rod 14, and also by a very long length of the core 8 of the cable length 7, which significantly increases its size and, accordingly, its efficiency.

Каждый разрядник снабжен электродом 5, установленным поверх изоляции отрезка 7 кабеля. На опоре 11 смонтированы два опорных изолятора 13 (по одному для каждого провода 10, т.е. для каждой фазы). На каждом изоляторе 13 укреплен электрод 15 разрядника, образующий, вместе с силовым проводом 10, искровой разрядный промежуток и электрически соединенный проводником 18 с соответствующим электродом 5. Таким образом, разрядник, выполненный на верхней части кабеля, защищает от грозовых перенапряжений верхнюю фазу ЛЭП, а разрядник на нижней части кабеля служит для защиты нижней фазы. Для устранения возможности перекрытия между электродами 5 между ними на поверхности изоляционного слоя 9 отрезка 7 кабеля нанесено ребристое покрытие 17.Each spark gap is equipped with an electrode 5 mounted on top of the insulation of the cable section 7. Two support insulators 13 are mounted on the support 11 (one for each wire 10, i.e. for each phase). An arrester electrode 15 is fixed on each insulator 13, forming, together with the power wire 10, a spark gap and electrically connected by a conductor 18 to the corresponding electrode 5. Thus, the arrester, made on the upper part of the cable, protects the upper phase of the power line from lightning surges, and The arrester on the bottom of the cable protects the bottom phase. To eliminate the possibility of overlapping between the electrodes 5 between them, a ribbed coating 17 is applied to the surface of the insulating layer 9 of the cable section 7.

Принцип действия этого варианта грозозащитного устройства заключается в следующем. При приближении канала молнии к линии электропередачи на антенной системе 14, 4, 8 наводится высокий потенциал. Поскольку емкости электродов 5 обоих разрядников относительно жилы 8 достаточно велики по сравнению с их емкостями на землю, на электродах 5 также возникает высокий потенциал. Потенциал проводов 10 верхней и нижней фаз практически равен нулю. Поскольку электроды 15 искровых промежутков связаны с электродами 5, между электродами 15 и проводами 10 возникает высокое напряжение. При достижении напряжения определенной величины искровые промежутки между электродами 15 и проводами 10 пробиваются и электроды 5 на поверхности кабеля оказываются подключенными через каналы разряда 6 к соответствующим проводам 10 ЛЭП. Поскольку провода 10 имеют практически нулевой потенциал, электроды 5 также принимают нулевой потенциал, и между ними и жилой 8 отрезка кабеля 7 возникает высокое напряжение. Под действием этого напряжения вдоль отрезка 7 кабеля развиваются каналы скользящего разряда 6, которые своевременно перекрывают верхнюю и нижнюю части кабеля.The principle of operation of this version of a lightning protection device is as follows. As the lightning channel approaches the power line, a high potential is induced on the antenna system 14, 4, 8. Since the capacitances of the electrodes 5 of both arresters relative to the core 8 are quite large compared to their capacitances to the ground, a high potential also arises on the electrodes 5. The potential of wires 10 of the upper and lower phases is almost zero. Since the spark gap electrodes 15 are connected to the electrodes 5, a high voltage arises between the electrodes 15 and the wires 10. When a voltage of a certain value is reached, spark gaps between the electrodes 15 and wires 10 break through and the electrodes 5 on the cable surface are connected through the discharge channels 6 to the corresponding wires 10 of the power lines. Since the wires 10 have almost zero potential, the electrodes 5 also take zero potential, and a high voltage arises between them and the core 8 of the cable section 7. Under the action of this voltage along the cable segment 7, channels of the sliding discharge 6 develop, which timely overlap the upper and lower parts of the cable.

При соприкосновении канала молнии со стержнем 14 или с одним из проводов 10 каналом разряда 6 перекрывается изолятор 13, при помощи которого отрезок 7 кабеля крепится к анкеру-заземлителю 16. В случае удара молнии в стержень 14 ток молнии протекает по стержню 14, по антенне 4, по жиле 8 кабеля, по каналу разряда 6 и через заземлитель 16 в землю. При этом провода 10 линии также оказываются подключенными к земле через каналы разряда 6, обеспечивающие перекрытие искровых воздушных промежутков между проводами 10 и электродами 15, проводники 18, электроды 5 и каналы разрядов 6 по поверхности отрезка 7 кабеля и изолятора 13.When the lightning channel contacts the rod 14 or one of the wires 10, the discharge channel 6 closes the insulator 13, by means of which the cable section 7 is attached to the grounding anchor 16. In case of a lightning strike into the rod 14, a lightning current flows through the rod 14, along the antenna 4 , along the core 8 of the cable, along the discharge channel 6 and through the ground electrode 16 to the ground. In this case, the wires 10 of the line also turn out to be connected to the ground through the discharge channels 6, which ensure the closure of spark air gaps between the wires 10 and the electrodes 15, the conductors 18, the electrodes 5 and the discharge channels 6 along the surface of the cable section 7 and the insulator 13.

Аналогично протекают процессы в случае удара молнии в один из проводов 10 ЛЭП. И в том, и в другом случае после окончания протекания тока грозового перенапряжения по каналам разряда протекают сопровождающие токи промышленной частоты. Однако благодаря большой суммарной длине каналов разряда 6, соединяющих провода 10 с землей, при первом переходе тока промышленной частоты через ноль дуга гаснет, и линия продолжает работу без отключения.Similarly, processes occur in the event of a lightning strike in one of the wires of 10 power lines. In both cases, after the end of the lightning overvoltage current, the accompanying industrial-frequency currents flow through the discharge channels. However, due to the large total length of the discharge channels 6, connecting the wires 10 to the ground, the arc goes out during the first transition of the industrial frequency current through zero, and the line continues to work without shutting down.

На фиг.5 показана схема ЛЭП с разрядником, установленным на проводе, и с грозозащитным тросом в качестве антенны. Отрезок 7 кабеля своими концами крепится к проводу 10 ЛЭП. На поверхности изоляции 9 отрезка 7 кабеля установлен электрод 5, к которому одним своим концом через соответствующие контактные средства подключена антенна 4. Другим своим концом антенна 4 через натяжной изолятор 13 прикреплена к вершине опоры 11. Для повышения эффективности антенны 4 она может дополнительно присоединяться к грозозащитному тросу 20, который изолирован от опоры 11 при помощи изолятора 13. На том конце изолятора 13, к которому крепится антенна 4, установлен электрод 15. Этот электрод обеспечивает формирование искрового разрядного промежутка между антенной 4 и опорой 11. Для сокращения общей длины отрезка 7 кабеля, а также для того, чтобы в нормальном рабочем режиме напряжение промышленной частоты было приложено к изолятору 13, а не к изоляции 9 кабеля, на поверхность отрезка 7 кабеля между электродом 5 и одним из концов отрезка кабеля может быть нанесено полупроводящее покрытие 19.Figure 5 shows a diagram of a power line with a spark gap mounted on a wire, and with a lightning protection cable as an antenna. The cable section 7 is attached with its ends to the wire 10 of the power transmission line. An electrode 5 is mounted on the insulation surface 9 of the cable section 7, to which an antenna 4 is connected at one end through the appropriate contact means. The antenna 4 is attached to the top of the support 11 through the tension insulator 13. To increase the efficiency of the antenna 4, it can additionally be connected to a lightning protection the cable 20, which is isolated from the support 11 by means of an insulator 13. At the end of the insulator 13 to which the antenna 4 is attached, an electrode 15 is installed. This electrode provides the formation of a spark discharge the distance between the antenna 4 and the support 11. To reduce the total length of the cable length 7, and also to ensure that in normal operation the voltage of the industrial frequency is applied to the insulator 13, and not to the cable insulation 9, to the surface of the cable length 7 between the electrode 5 and one of the ends of the cable section may be coated with a semiconducting coating 19.

При приближении канала молнии к линии на антенне 4 и на подключенном к ней электроде 5 наводится высокий потенциал. В результате между электродом 5 и жилой 8 отрезка 7 кабеля возникает высокое напряжение, под действием которого по поверхности кабеля развивается скользящий разряд 6. При наличии полупроводящего покрытия 19 разряд развивается только в сторону, свободную от полупроводящего покрытия 19. После перекрытия каналом 6 отрезка 7 кабеля при дальнейшем приближении канала молнии к линии и, соответственно, при дальнейшем нарастании напряжения на антенне 4 и связанном с ней электроде 15 происходит перекрытие искрового воздушного промежутка между электродом 15 и опорой 11. Таким образом, провод 10 линии оказывается связанным с опорой 11 через длинный канал разряда 6. Далее процессы развиваются так же, как в рассмотренных ранее вариантах.As the lightning channel approaches the line on the antenna 4 and on the electrode 5 connected to it, a high potential is induced. As a result, a high voltage arises between the electrode 5 and the core 8 of the cable section 7, under the influence of which a sliding discharge 6 develops on the cable surface. In the presence of a semiconducting coating 19, the discharge develops only to the side free from the semiconductor coating 19. After the channel 6 covers the cable section 7 with a further approach of the lightning channel to the line and, accordingly, with a further increase in voltage at the antenna 4 and the electrode 15 connected with it, the spark gap between the electrodes overlaps om 15 and support 11. Thus, conductive line 10 is connected to support 11 via a long discharge channel 6. Further, the processes develop in the same as in the embodiments previously discussed.

Данный вариант обладает наименьшей стоимостью из рассмотренных вариантов, поскольку при прочих равных условиях для его реализации требуется лишь один натяжной полимерный изолятор 13, а не опорные изоляторы, как в вариантах по фиг.2-4. Однако недостатком этого варианта по сравнению с вариантами, представленными на фиг.2-4, можно считать более высокую трудоемкость в установке разрядника на линию, поскольку в этом варианте требуется монтировать разрядник на провод ЛЭП, что более сложно, чем установка разрядника на опору.This option has the lowest cost of the considered options, since, ceteris paribus, for its implementation requires only one tension polymer insulator 13, and not support insulators, as in the variants of figure 2-4. However, the disadvantage of this option compared with the options presented in figure 2-4, can be considered a higher complexity in installing the arrester on the line, since in this embodiment it is necessary to mount the arrester on the power line, which is more difficult than installing the arrester on a support.

Целесообразность применения того или иного варианта зависит от конкретных условий и возможностей энергосистем.The feasibility of using one or another option depends on the specific conditions and capabilities of the power systems.

На фиг.6 приведена схема линии электропередачи с разрядником в виде отрезка 7 кабеля, установленным на грозозащитном тросе 20, служащем одновременно и в качестве антенны 4. Грозозащитные тросы 4, 20 натянуты между двух опор 11 при помощи натяжных изоляторов 13. Изоляторы 13 шунтированы искровыми промежутками, образованными электродами 15, соединенными с тросом 20, и опорой 11. Отрезок 7 кабеля включен в рассечку троса 20. Таким образом, жила 8 кабеля является частью грозозащитного троса 20. В средней части отрезка 7 кабеля поверх его изоляции 9 установлен электрод 5, который проводящим спуском 23 подключен к проводу 10 линии. Для уменьшения величины напряжения промышленной частоты в случае загрязнения и увлажнения изоляторов 13 на участок кабеля от электрода 5 до правого конца отрезка 7 кабеля нанесено полупроводящее покрытие 19. Покрытие 19 имеет общее сопротивление, существенно меньшее, чем суммарное сопротивление загрязненных и увлажненных изоляторов. Поэтому практически все напряжение промышленной частоты оказывается приложенным к изоляторам 13, а не к изоляции 9.Figure 6 shows a diagram of a power line with a spark gap in the form of a length of cable 7 mounted on a lightning protection cable 20, serving simultaneously as an antenna 4. Lightning protection cables 4, 20 are stretched between two supports 11 by means of tension insulators 13. Insulators 13 are shunted by spark the gaps formed by the electrodes 15 connected to the cable 20 and the support 11. The length of the cable 7 is included in the cut of the cable 20. Thus, the core 8 of the cable is part of the ground wire 20. In the middle of the length of the cable 7 on top of its insulation 9 is installed an electrode 5, which is connected by a descent 23 to the wire 10 of the line. In order to reduce the voltage of the industrial frequency in the case of contamination and wetting of the insulators 13, a semiconducting coating 19 is applied to the cable section from the electrode 5 to the right end of the cable section 7. The coating 19 has a total resistance substantially lower than the total resistance of the contaminated and wetted insulators. Therefore, almost all the voltage of industrial frequency is applied to the insulators 13, and not to the insulation 9.

При приближении молнии к линии на антенне наводится высокий потенциал и между электродом 5 и жилой 8 кабеля возникает высокое напряжение. Под действием этого напряжения развивается канал скользящего разряда 6, который перекрывает отрезок 7 кабеля. При дальнейшем увеличении потенциала антенны, т.е. тросов 4, 20, происходит перекрытие воздушного промежутка между электродом 15 и опорой 11, так что защищаемые изоляторы 12 и воздушный промежуток между проводом 10 и тросом 20 оказываются шунтированными каналами разряда 6 (т.е. скользящего разряда и разряда через искровой промежуток) и не перекрываются. После прохождения тока грозового перенапряжения на землю каналы разряда 6 гаснут, и линия продолжает бесперебойную работу без отключения.When lightning approaches the line, a high potential is induced on the antenna and a high voltage arises between the electrode 5 and cable core 8. Under the influence of this voltage, a channel of the sliding discharge 6 develops, which overlaps the length of the cable 7. With a further increase in antenna potential, i.e. of the cables 4, 20, the air gap between the electrode 15 and the support 11 is blocked, so that the insulators 12 and the air gap between the wire 10 and the cable 20 are shunted by the discharge channels 6 (i.e., a sliding discharge and a discharge through the spark gap) and not overlap. After the passage of the lightning overvoltage current to the ground, the discharge channels 6 go out, and the line continues uninterrupted operation without shutting down.

Рассмотренный вариант исполнения наиболее целесообразен для грозозащиты весьма длинных (порядка 1-2 км) переходов ЛЭП через реки. В этом случае обычные разрядники или ОПН, установленные на анкерных опорах пролета перехода, не успевают защитить воздушный промежуток между тросом и проводом в пролете от перекрытия вследствие относительно большого времени пробега электромагнитных волн от места удара молнии в трос к опоре, где установлен разрядник или ОПН, и обратно от опоры до места удара.The considered embodiment is most suitable for lightning protection of very long (about 1-2 km) power line crossings through rivers. In this case, conventional arresters or arrester mounted on the anchor supports of the transition span do not have time to protect the air gap between the cable and the wire in the span from overlapping due to the relatively long travel time of electromagnetic waves from the place of lightning strike in the cable to the support where the arrester or arrester is installed, and back from the support to the place of impact.

Для наиболее эффективной работы антенны ее целесообразно располагать выше других заземленных элементов линии электропередачи. При этом ее необходимая длина минимальна. Однако в некоторых случаях, по конструктивным соображениям, антенна может быть расположена и ниже, чем заземленные элементы ЛЭП. Для достижения необходимо высокого наведенного потенциала на ней в этом случае длина антенны должна быть существенно увеличена. Тем не менее, увеличение длины антенны в указанном случае может быть оправдано достижением значительных конструктивных преимуществ. В качестве примера на фиг.7 приведена схема ЛЭП среднего класса напряжения с изолированным проводом, используемым также в составе грозозащитного устройства по изобретению. Изолированный провод 10 прикреплен при помощи узла 22 крепления к изолятору 12, установленному на проводящей опоре 11. На некотором расстоянии от изолятора установлен прокусывающий зажим 21, который прокусывает изоляцию 9 провода 10 и подключается к жиле 8 провода. В средней части участка провода между прокусывающим зажимом 21 и узлом 22 крепления провода на поверхности изоляции 9 изолированного провода 10 установлен электрод 5. К нему одним из своих концов подключена антенна 4. Другим своим концом антенна 4 через натяжной изолятор 13 присоединена к опоре 11. В этом варианте сам изолированный провод 10 линии играет роль кабеля разрядника.For the most effective operation of the antenna, it is advisable to place it above other grounded elements of the power line. Moreover, its required length is minimal. However, in some cases, for structural reasons, the antenna can be located even lower than the grounded power transmission line elements. To achieve the necessary high induced potential on it in this case, the length of the antenna should be significantly increased. Nevertheless, an increase in the antenna length in this case can be justified by the achievement of significant structural advantages. As an example, Fig. 7 shows a diagram of a power transmission line of a medium voltage class with an insulated wire, also used as part of a lightning protection device according to the invention. The insulated wire 10 is attached by means of the attachment unit 22 to an insulator 12 mounted on a conductive support 11. At some distance from the insulator, a biting clamp 21 is installed, which bites the insulation 9 of the wire 10 and connects to the core 8 of the wire. In the middle part of the wire section between the biting clamp 21 and the wire fastening assembly 22, an electrode 5 is mounted on the insulation surface 9 of the insulated wire 10. An antenna 4 is connected to it one of its ends. The antenna 4 is connected to the support 11 through the tension insulator 13. In this embodiment, the insulated wire 10 of the line itself plays the role of a spark gap cable.

Так же, как в рассмотренных ранее вариантах, при приближении канала молнии к линии на антенне 4 возникает высокий потенциал, а между электродом 5 и жилой 8 - высокое напряжение, под действием которого с электрода 5 в обе стороны развиваются каналы скользящего разряда 6. Слева от электрода 5 канал разряда 6 замыкается на узле крепления, а справа от электрода 5 - на прокусывающем зажиме 21. Таким образом, между узлом 22 крепления и прокусывающим зажимом 21 устанавливается проводящая связь через левый участок канала разряда 6, электрод 5 и правый участок канала разряда 6. При дальнейшем повышении напряжения на антенне 4, а значит и на узле 22 крепления, который связан с антенной через канал разряда 6, происходит перекрытие изолятора 12. Таким образом, жила 8 изолированного провода оказывается связанной с опорой и далее с землей через весьма длинный канал разряда 6 (канал перекрытия), по которому протекает ток грозового перенапряжения. После прохождения грозового перенапряжения канал разряда гаснет и линия продолжает работу без отключения.As in the previously considered options, when the lightning channel approaches the line on the antenna 4, a high potential appears, and between the electrode 5 and the core 8 there is a high voltage, under which the channels of the sliding discharge 6 develop from the electrode 5 on both sides. To the left of of the electrode 5, the discharge channel 6 is closed at the attachment site, and to the right of the electrode 5, at the biting clip 21. Thus, between the attachment unit 22 and the biting clip 21, a conductive connection is established through the left portion of the discharge channel 6, the electrode 5 and the right portion discharge channel 6. With a further increase in voltage at the antenna 4, and hence at the attachment node 22, which is connected to the antenna through the discharge channel 6, the insulator 12 overlaps. Thus, the core 8 of the insulated wire is connected to the support and then to the ground through a very long discharge channel 6 (overlapping channel), through which a lightning overvoltage current flows. After a lightning overvoltage, the discharge channel goes out and the line continues to work without shutting down.

Как видно, в этом варианте исполнения антенна 4 расположена ниже проводов, находящихся под нулевым потенциалом. Расчеты (принципы проведения которых будут описаны далее) показывают, что необходимый потенциал для срабатывания разрядника на антенне достигается при ее длине 5 м, в то время, как при расположении антенны над проводами такой же потенциал достигается при длине антенны 1,5 м. Но во втором случае для размещения антенны потребуется дополнительная стойка, укрепленная на опоре, так что в целом это решение может оказаться более дорогим.As can be seen, in this embodiment, the antenna 4 is located below the wires under zero potential. Calculations (the principles of which will be described later) show that the necessary potential for the arrester to operate on the antenna is achieved with its length of 5 m, while when the antenna is located above the wires, the same potential is achieved with the antenna length of 1.5 m. But In the second case, an additional rack mounted on a support will be required to place the antenna, so in general this solution may turn out to be more expensive.

На фиг.8 показана схема защиты оборудования 27 подстанции грозозащитным устройством на основе вентильного разрядника с антенной. Вентильный разрядник (ВР) состоит из искровых промежутков 24 и из включенных с ними последовательно нелинейных резисторов 25. Искровые промежутки 24 и резисторы 25 заключены в изоляционный (фарфоровый) корпус 26. В настоящее время ВР являются основным средством защиты оборудования 27 от грозовых перенапряжений. Для классов напряжения 110 кВ и выше ВР собираются в виде последовательно соединенных модулей, как это показано на фиг.8 (см. также "Техника высоких напряжений". Под общей ред. Д.В.Разевига. Изд. 2-е, перераб. и доп.М., “Энергия”, 1976, стр.301). Наличие искровых промежутков, отделяющих рабочее нелинейное сопротивление разрядника от сети, не позволяет обеспечить глубокое ограничение перенапряжений, т.к. разрядные напряжения искровых промежутков возрастают при воздействии импульсов напряжения с крутым фронтом.On Fig shows a protection circuit of equipment 27 of the substation with a lightning protection device based on a valve arrester with an antenna. The gate arrester (BP) consists of spark gaps 24 and of nonlinear resistors 25 connected in series with them. The spark gaps 24 and resistors 25 are enclosed in an insulating (porcelain) housing 26. Currently, BPs are the main means of protecting equipment 27 from lightning overvoltages. For voltage classes of 110 kV and above, BPs are assembled in the form of series-connected modules, as shown in Fig. 8 (see also "High Voltage Techniques". Under the general editorship of D.V. Razevig. Ed. 2nd, revised. and additional M., "Energy", 1976, p. 301). The presence of spark gaps separating the operating non-linear resistance of the arrester from the network does not allow for a deep overvoltage limitation, since the discharge voltages of the spark gaps increase when exposed to voltage pulses with a steep front.

В случае выполнения грозозащитного устройства по изобретению с антенной 4, подключенной, через соответствующие контактные средства, к средней части цепочки модулей ВР, при приближении канала молнии к подстанции искровые промежутки, по меньшей мере, половины модулей ВР перекрываются каналами разряда 6 еще до удара молнии в ЛЭП. Таким образом, вольт-секундная характеристика ВР с антенной существенно улучшается.In the case of performing a lightning protection device according to the invention with antenna 4 connected, via appropriate contact means, to the middle part of the BP module chain, when the lightning channel approaches the substation, the spark gaps of at least half of the BP modules are blocked by discharge channels 6 even before the lightning strike Power line. Thus, the volt-second characteristic of BP with an antenna is significantly improved.

Аналогичным образом грозозащитное устройство по изобретению может быть построено с использованием цепочки модулей простых стержневых разрядников, к средней части которой подключена антенна.Similarly, a lightning protection device according to the invention can be constructed using a chain of modules of simple rod arresters, to the middle part of which an antenna is connected.

Напряжение, наводимое на разряднике по изобретению благодаря подключенной к нему антенне, зависит, в основном, от длины антенны, ее расположения, сопротивления R утечки поддерживающих антенну загрязненных и увлажненных изоляторов и от места удара молнии (непосредственно вблизи антенны или на удалении от нее). В каждый конкретный момент времени напряжение на разряднике зависит также от высоты головки канала молнии над землей, т.е. от расстояния между этим каналом и антенной. Поскольку скорость продвижения канала молнии известна (она составляет, в среднем, 3·10⁵ м/с), потенциал антенны однозначно связан с остающимся интервалом времени до момента соприкосновения канала молнии с линией электропередачи. Очевидно, что чем ближе момент соприкосновения канала молнии с каким-либо компонентом ЛЭП или антенной системы, тем больше величина наведенного на антенне потенциала.The voltage induced on the arrester according to the invention due to the antenna connected to it depends mainly on the length of the antenna, its location, the leakage resistance R of the contaminated and humidified insulators supporting the antenna and on the location of the lightning strike (directly near or away from the antenna). At each particular moment of time, the voltage on the arrester also depends on the height of the lightning channel head above the ground, i.e. from the distance between this channel and the antenna. Since the speed of advancement of the lightning channel is known (it is, on average, 3 · 10 ⁵ m / s), the antenna potential is uniquely related to the remaining time interval until the lightning channel comes into contact with the power line. Obviously, the closer the moment of contact of the lightning channel with any component of the power transmission line or antenna system, the greater the magnitude of the potential induced on the antenna.

Выполненные расчеты показали, что при расположении антенны над проводами ЛЭП минимально необходимая длина антенны, обеспечивающая своевременное опережающее срабатывание искрового разрядника, может быть приближенно определена из следующего соотношения:The calculations showed that when the antenna is located above the power lines, the minimum required antenna length, providing timely advance operation of the spark gap, can be approximately determined from the following relation:

где l - длина антенны, м;where l is the antenna length, m;

R - сопротивление утечки, кОм; (R<500);R is the leakage resistance, kOhm; (R <500);

Н - высота нижнего конца канала молнии над землей, м.H - the height of the lower end of the lightning channel above the ground, m

α, n - безразмерные параметры.α, n are dimensionless parameters.

Расчеты выполнены при изменении высоты Н нижнего конца молнии над землей в момент срабатывания разрядника в пределах 300-50 м. Известно, что при таких высотах канал молнии продвигается примерно со средней скоростью 0,3 м/мкс. При дальнейшем приближении канала молнии к линии скорость канала возрастает, и, кроме того, с линии возникают встречные лидеры, которые проходят свою часть пути и встречаются с нисходящим лидером. Приближенно время, необходимое для перекрытия конечного участка между каналом молнии и линией, можно оценить в 30...50 мкс. Таким образом, опережение t момента срабатывания разрядника относительно момента соприкосновения молнии с защищаемым объектом можно оценить по формулеThe calculations were performed with a change in the height H of the lower end of the lightning above the ground at the time of the arrester triggering within 300-50 m. It is known that at such heights the lightning channel moves at about an average speed of 0.3 m / μs. With the further approach of the lightning channel to the line, the speed of the channel increases, and, in addition, counter leaders appear from the line, who pass their part of the path and meet with the descending leader. Approximately, the time required to close the final section between the lightning channel and the line can be estimated at 30 ... 50 μs. Thus, the advance t of the moment of operation of the arrester relative to the moment of contact of lightning with the protected object can be estimated by the formula

Из соотношения (2), задавая значение t с учетом конкретных условий и требуемой надежности грозозащиты можно определить значение Н для подстановки в формулу (1). Как уже указывалось, минимальное опережение, с учетом конечной длительности срабатывания разрядника, составляет 30-50 мкс (что соответствует Н=50 м).From relation (2), setting the value of t taking into account specific conditions and the required reliability of lightning protection, one can determine the value of H for substitution in formula (1). As already indicated, the minimum lead, taking into account the finite duration of the spark gap operation, is 30-50 μs (which corresponds to H = 50 m).

Параметры α, n находятся в обратной зависимости от расчетного расстояния между местом удара молнии и разрядником, т.е. уменьшаются (плавно или дискретно) с увеличением этого расстояния.The parameters α, n are inversely related to the calculated distance between the place of lightning strike and the arrester, i.e. decrease (smoothly or discretely) with increasing this distance.

Выбор характера изменения и конкретных значений этих параметров среди других факторов определяется типом защищаемого объекта. Грозозащитные устройства по изобретению могут быть установлены как на подстанции для защиты подстанционного оборудования, так и на линии электропередачи. В первом случае следует учитывать только опасность удара молнии в подстанцию, т.е. в непосредственной близости от разрядника. Во втором случае необходимо учитывать также, что удар молнии может произойти в пролете ЛЭП, т.е. на значительном расстоянии от разрядника. В упрощенном варианте расчетов применительно к первому случаю значения параметров α, n могут быть выбраны соответственно максимальными, а применительно ко второму - минимальными.The choice of the nature of the change and the specific values of these parameters among other factors is determined by the type of protected object. Lightning protection devices according to the invention can be installed both in substations to protect substation equipment, and on power lines. In the first case, only the danger of lightning strikes into the substation, i.e. in the immediate vicinity of the arrester. In the second case, it is also necessary to take into account that a lightning strike can occur in the overhead transmission line, i.e. at a considerable distance from the arrester. In the simplified version of the calculations, in the first case, the values of the parameters α, n can be chosen as maximum, and in the second case, as minimal.

С учетом различных переменных и трудно поддающихся учету факторов (например, наличия на компонентах ЛЭП и/или грозозащитного устройства каких-либо загрязнений, влияющих на их электрические параметры) значение t опережения срабатывания разрядника может быть увеличено вплоть до 1000 мкс. Такое увеличение, естественно, будет означать увеличение значения Н и, как это следует из формулы (1), увеличение длины антенны. Очевидно, что уменьшение периода опережения повышает требования к быстродействию искрового разрядника, а его увеличение приводит к его конструктивному усложнению, например к увеличению длины антенны.Taking into account various variables and factors that are difficult to take into account (for example, the presence of any impurities on the power transmission line and / or lightning protection device components that affect their electrical parameters), the value of t ahead of the spark gap operation can be increased up to 1000 μs. Such an increase, of course, will mean an increase in the value of H and, as follows from formula (1), an increase in the length of the antenna. Obviously, reducing the lead time increases the performance requirements of the spark gap, and its increase leads to its structural complication, for example, to increase the length of the antenna.

Значения минимально необходимой длины антенны для разных номинальных классов напряжения защищаемого объекта, рассчитанные по формуле (1), приведены в Таблице. Результаты расчетов приведены для случая, когда антенна расположена выше других заземленных элементов защищаемого объекта. Рассмотрены варианты установки грозозащитных устройств с антенной как на подстанции (в этом случае минимально необходимая длина антенны обозначается как l_под), так и на ЛЭП (в этом случае минимально необходимая длина антенны обозначается как I_лин). Значения коэффициентов в этих двух случаях принимались соответственно равными α_под=180; n_под=1,4 и α_лин=6,5; n_лин=0,8.The values of the minimum required antenna length for different nominal voltage classes of the protected object, calculated by the formula (1), are given in the Table. The calculation results are given for the case when the antenna is located above other grounded elements of the protected object. Installation options for lightning protection devices with an antenna are considered both at the substation (in this case, the minimum required antenna length is denoted as l _under ), and on power transmission lines (in this case, the minimum required antenna length is denoted as I _lin ). The values of the coefficients in these two cases were taken respectively equal to α _under = 180; n _under = 1.4 and α _lin = 6.5; n _lin = 0.8.

Расчеты проведены для различных номинальных значений электрического потенциала, под которым находится защищаемый объект, т.е. для разных классов напряжения, при значении опережения момента срабатывания разрядника, равном 170 мкс, и сопротивлении утечки R=300 кОм. При этом приведенные данные относятся к случаям использования в грозозащитном устройстве как РДИ типа, показанного на фиг.1, 2, так и вентильного разрядника типа, представленного на фиг.8.The calculations were carried out for various nominal values of the electric potential under which the protected object is located, i.e. for different voltage classes, when the lead time of the spark gap is 170 μs and the leakage resistance is R = 300 kOhm. In this case, the data given refer to the cases of using in a lightning protection device both an RDI of the type shown in Figs. 1, 2 and a valve arrester of the type shown in Fig. 8.

Таблица.
Расчетные значения длины антенныTable.
Estimated Antenna Lengths U_ном, кBU _nom , kB U_вp, кВU _bp , kV l_под., мl _under., m l_изол, мl _isol , m U_50%,кВU _50% , kV U_рди, кВU _rdi , kV l_лин., мl _lin. , m l_макс=l_пр., мl _max = l _ave. , m 33 9nine 0,10.1 0,10.1 6060 50fifty 2,52,5 30thirty бb 1717 0,20.2 0,150.15 9090 8080 3,93.9 50fifty 1010 2828 0,30.3 0,170.17 102102 9090 4,44.4 7070 20twenty 6565 0,70.7 0,20.2 120120 100100 4.94.9 9090 3535 105105 1,11,1 0,40.4 240240 150150 7,47.4 120120 110110 265265 2,82,8 1,21,2 720720 200200 9,89.8 200200 150150 370370 3,93.9 1,51,5 900900 200200 9,89.8 250250 220220 515515 5,45,4 22 12001200 250250 12,312.3 300300 330330 700700 7,47.4 33 18001800 300300 14,714.7 400400 500500 12001200 12,712.7 55 30003000 400400 19,619.6 450450 750750 15001500 15,815.8 77 42004200 500500 24,524.5 500500

В таблице использованы следующие обозначения:The following notation is used in the table:

U_ном - номинальное напряжение, действующее значение;U _nom - rated voltage, effective value;

U_вp- напряжение срабатывания вентильного разрядника;U _bp is the operating voltage of the valve arrester;

l_под - минимально необходимая длина антенны для установки на подстанционном разряднике;l _under - the minimum required antenna length for installation on a substation arrester;

l_лин- минимально необходимая длина антенны для установки на ЛЭП;l _lin - the minimum required antenna length for installation on power lines;

U_50%, - 50%-ное разрядное напряжение линейной изоляции при воздействии грозового импульса;U _50% , - 50% discharge voltage of the linear insulation when exposed to a lightning pulse;

U_рди - разрядное напряжение длинноискрового разрядника, предназначенного для защиты линейной изоляции,U _rdi - discharge voltage of a long-spark gap designed to protect linear insulation,

I_np. - длина пролета ЛЭП;I _np. - the length of the span of power lines;

l_макс- реально максимальная длина антенны.l _max - really maximum antenna length.

Из результатов расчетов видно, что, в зависимости от типа и характеристик защищаемого объекта (прежде всего от его класса напряжения), минимально необходимая длина антенны варьируется в очень широких пределах (0,1-24,5 м). Однако с учетом конструктивных соображений и сокращения количества типоразмеров антенн рекомендуемый предпочтительный диапазон значений длины антенны целесообразно выбрать соответствующим 1-20 м.The calculation results show that, depending on the type and characteristics of the protected object (primarily on its voltage class), the minimum required antenna length varies over a very wide range (0.1-24.5 m). However, taking into account design considerations and reducing the number of antenna sizes, it is advisable to choose the recommended preferred range of antenna lengths from 1-20 m.

В качестве примера рассмотрим вариант исполнения грозозащиты ЛЭП 35 кВ с использованием длинноискрового разрядника (РДИ). Для исключения перехода импульсного разряда по поверхности РДИ в силовую дугу тока промышленной частоты длина перекрытия должна быть около 5 м (Г.В.Подпоркин, В.Е.Пильщиков, А.Д.Сиваев, "Грозозащита воздушных линий 10 кВ длинноискровыми разрядниками модульного типа", “Электричество”, 2002 г, №4, стр.8-15).As an example, we consider an embodiment of a lightning protection of a 35 kV power transmission line using a long-spark gap (RDI). To exclude the transition of a pulsed discharge over the surface of a radar detector into a power arc of a current of industrial frequency, the overlap length should be about 5 m (G.V. Podporkin, V.E. Pilshchikov, A.D. Sivaev, "Lightning protection of 10 kV overhead lines with modular long-spark arresters "," Electricity ", 2002, No. 4, pp. 8-15).

Гирлянда ЛЭП 35 кВ из трех изоляторов имеет длину порядка 0,4 м. Примерно такую же длину изоляционной части имеют полимерные подвесные линейные изоляторы. Импульсное разрядное напряжение линейной изоляции и в том, и в другом случае составляет приблизительно 240-300 кВ. Импульсное разрядное напряжение скользящего разряда по поверхности кабеля с длиной пути перекрытия L=5 м равно примерно 150 кВ. Таким образом, при установке грозозащитного устройства по изобретению на основе РДИ с длиной перекрытия 5 м и с антенной длиной 7,4 м параллельно изолятору (с длиной перекрытия 0,4 м) при воздействии стандартного импульса напряжения 1,2/30 мкс обеспечивается своевременное срабатывание РДИ (предотвращающее перекрытие изолятора). Другими словами, обеспечивается координированная работа разрядника с защищаемой изоляцией.A garland of a 35 kV power transmission line of three insulators has a length of about 0.4 m. Polymer suspended linear insulators have approximately the same length of the insulating part. The pulse discharge voltage of the linear insulation in both cases is approximately 240-300 kV. A pulsed discharge voltage of a sliding discharge along the cable surface with an overlapping path length of L = 5 m is approximately 150 kV. Thus, when installing a lightning protection device according to the invention based on an RDI with an overlap length of 5 m and with an antenna length of 7.4 m parallel to the insulator (with an overlap length of 0.4 m), a standard voltage pulse of 1.2 / 30 μs provides timely response RDI (preventing overlap of the insulator). In other words, coordinated operation of the arrester with protected insulation is ensured.

Расчеты, выполненные по формуле (1), как для случая удара молнии в опору, так и для случая удара молнии в провод, показывают, что в варианте по фиг.2 при длине антенны l=7,4 м и сопротивлении утечки изоляторов R=300 кОм напряжение на разряднике превышает 150 кВ уже при высоте молнии над землей 50 м, т.е. за 30-50 мкс до того, как канал молнии соприкоснется с линией электропередачи. Соответственно разрядник перекроется еще до непосредственного контакта канала молнии с линией электропередачи, поскольку для его срабатывания требуется около 10 мкс.The calculations performed according to formula (1), both for the case of a lightning strike in a support and for a case of a lightning strike in a wire, show that in the embodiment of FIG. 2, with the antenna length l = 7.4 m and the leakage resistance of insulators R = 300 kOhm the voltage on the arrester exceeds 150 kV already at a lightning height of 50 m above the ground, i.e. 30-50 μs before the lightning channel comes into contact with the power line. Accordingly, the arrester will close even before the direct contact of the lightning channel with the power line, since it takes about 10 μs to operate.

Приведенные в настоящем описании изобретения варианты и модификации выполнения грозозащитного устройства и используемого в нем искрового разрядника, а также линии электропередачи, содержащей грозозащитное устройство по изобретению, даны лишь для пояснения их конструкции и принципов работы. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что возможны и другие варианты, а также модификации представленных вариантов, которые также охватываются формулой изобретения. Например, в состав антенной системы могут входить элементы опоры линии электропередачи, изолированные от земли и других элементов электропередачи, находящихся под напряжением, например металлическая траверса опоры на изоляционных стойках. Линия электропередачи по изобретению может иметь множество грозозащитных устройств (по одному на каждую опору или на каждый провод, в случае многофазной линии). При этом в состав грозозащитных устройств одной линии электропередачи могут входить искровые разрядники различных типов, включенные по различным схемам, только некоторые из которых приведены в данном описании и на прилагаемых чертежах.The variants and modifications of the lightning protection device and the spark gap used in it, as well as the power line containing the lightning protection device according to the invention described in the present description of the invention, are given only to explain their design and operating principles. Specialists in the art should understand that other options are possible, as well as modifications of the presented options, which are also covered by the claims. For example, an antenna system may include power line support elements isolated from earth and other energized power elements, such as a metal support beam on insulating posts. The power line according to the invention may have many lightning protection devices (one for each support or for each wire, in the case of a multiphase line). Moreover, the structure of lightning protection devices of one power line may include spark gap of various types included in various schemes, only some of which are given in this description and in the attached drawings.

Claims

1. A lightning-protective device for protecting an electrical object from lightning strikes, made on the basis of a spark gap, containing means for forming a spark gap, through which a protective spark overlap develops during overvoltage, and contact conductive elements, moreover, the device is equipped with fasteners for mechanical attachment to the specified electrical object, characterized in that the device is additionally equipped with an antenna electrically connected to one of To create a spark gap or with one of the contact conductive elements of the arrester, the design and dimensions of the antenna, as well as the form of its connection with the arrester, are selected from the guidance condition on the arrester, when approaching the protected object, the lightning channel has a potential equal to or greater than the arrester's potential to the moment ahead of the moment when the lightning channel comes into contact with the elements of the protected object, for a time at least twice the duration of the spark gap operation.

2. Lightning protection device according to claim 1, characterized in that a long-spark gap is selected as the arrester.

3. The lightning protection device according to claim 2, characterized in that said means of forming in the arrester are made in the form of a cable segment along the surface of which a sliding discharge develops during overvoltage, and at least one first electrode mounted on top of the cable insulation in it middle part.

4. Lightning protection device according to claim 3, characterized in that it comprises contact means configured to connect the antenna to one of its ends to the specified electrode or to the cable core.

5. Lightning protection device according to claim 3, characterized in that in the arrester on the surface of the cable section between the specified electrode and one of the ends of the cable, a semiconducting or ribbed coating is applied.

6. Lightning protection device according to claim 5, characterized in that the arrester is additionally equipped with a second electrode mounted on top of the cable insulation in its middle part.

7. A lightning protection device according to claim 6, characterized in that a semiconducting or ribbed coating is applied in the arrester on the surface of the cable section between the second electrode and the cable end closest to it.

8. Lightning protection device according to claim 1, characterized in that the valve arrester is selected as the arrester.

9. The lightning protection device according to claim 1, characterized in that the arrester is a chain of at least two gate arresters, and in the middle part of the specified contact means are installed for electrical connection with the antenna.

10. Lightning protection device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the antenna length is selected in the range from 1 to 20 m.

11. Lightning protection device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the antenna length is selected from the ratio

where l is the antenna length, m;

U _p is the operating voltage of the arrester, kV;

R is the leakage resistance, kOhm (R <500);

H - the height of the lower end of the lightning channel above the ground, (50≤N≤300) at the time of the spark gap operation, m;

α, n are dimensionless parameters that are inversely dependent on the calculated distance between the place of lightning strike and the arrester, with parameter α being selected in the range from 180 to 6.5, and parameter n being in the range from 1.4 to 0.8.

12. The lightning protection device according to claim 11, characterized in that H of the height of the lower end of the lightning channel above the ground at the moment the arrester is triggered is selected in the interval (50≤N≤300), m

13. The lightning protection device according to claim 11, characterized in that H of the height of the lower end of the lightning channel above the ground at the moment the arrester is activated is selected from the relation t≈ (30 ... 50) + (H-50) / 0.3, where t - ahead of the moment of operation of the arrester relative to the moment of contact of the lightning channel with the protected object, μs (30 <t <1000);

14. Lightning protection device according to any one of paragraphs 12 and 13, characterized in that for the estimated distance in the range from 0 to 50 m, the values of the parameters α and n are chosen equal to 180 and 1.4, respectively, and for the estimated distance in excess of 50 m respectively equal to 6.5 and 0.8.

15. A power line containing at least one wire under electric potential, at least one support bearing said wire, at least one insulation element of said wire from the support and / or other elements of the line under electrical potential different from the potential of the specified wire, as well as at least one lightning protection device based on a spark gap to protect at least one of the specified insulation element from lightning surges, characterized by m, that the specified lightning protection device is a lightning protection device according to claim 1.

16. The power line according to clause 15, wherein the lightning protection device is a lightning protection device according to claim 2.

17. The power line according to clause 16, characterized in that the means for forming the spark gap in the spark gap of the lightning protection device is made in the form of a cable segment along the surface of which a sliding discharge develops during overvoltage, the ends of the conductive cable core being connected to at least one a grounded structure, and at least one first electrode mounted on top of the cable insulation in its middle part and connected to the specified wire of the power line through spark discharges th gap, and the antenna is made in the form of a piece of wire and is electrically connected by one of its ends to the first electrode.

18. The power line according to claim 17, characterized in that in the arrester on the surface of the cable section between the specified electrode and one of the cable ends, a semiconducting or ribbed coating is applied.

19. The power line according to claim 17, characterized in that the conductive body of the power line support is used as a grounded structure.

20. The power line according to claim 17, characterized in that the upper end of the cable core is attached to the body of the power line support, and the lower end is attached to a separate electrode buried in the ground.

21. The power line according to claim 19, characterized in that it contains a metal guy made in the form of a cable, and the specified guy is used as a specified length of the spark gap cable, and a guy anchor is used as an electrode buried in the ground.

22. The power line according to clause 16, wherein said spark gap is additionally equipped with a second electrode mounted on top of the cable insulation in its middle part and connected through the spark gap to the wire of the power line, and the antenna is made in the form of a piece of wire and is electrically connected one of its ends with the specified first electrode.

23. The power line according to claim 22, characterized in that in the arrester on the surface of the cable section between the specified second electrode and the cable end closest to it, a semiconducting or ribbed coating is applied.

24. The power line according to claim 16, characterized in that the means for generating the spark gap in the spark gap of the lightning protection device is made in the form of a cable segment along the surface of which a sliding discharge develops during overvoltage, the ends of the conductive core of the cable being isolated from grounded structures, and, according to at least one first electrode mounted on top of the cable insulation in its middle part and connected through the spark discharge gap to the power line wire, and the antenna is made in the form of a piece of wire and is electrically connected by one of its ends to the core of the specified cable.

25. The power line according to clause 16, characterized in that the means for forming the spark gap in the spark gap of the lightning protection device is made in the form of a length of cable along which a sliding discharge develops during overvoltage and whose ends of the conductive core are connected to the wire of the power line, and, according to at least one first electrode mounted on top of the cable insulation in its middle part, while the antenna is made in the form of a piece of wire and is electrically connected by one of its ends to indicated electrode, and its other end is connected to the support through the spark discharge gap.

26. The power line according to clause 16, characterized in that the spark gap is made in the form of: a section of an insulated wire of a power line, along the surface of which a sliding discharge develops during overvoltage, a fastener for said wire of the line to the insulator, a bite clamp mounted on the surface of the specified insulated wires and wires connected to the core at a certain distance from the mount, and an electrode mounted on top of the insulation of the indicated section of the insulated wire in its average hour STI bites through between the clamp and the fastening unit, wherein the antenna is in the form of a piece of wire is electrically connected at one of its ends to said electrode.

27. The power line according to claim 17, characterized in that it contains at least two wires under different electrical potentials, and the lightning protection device contains two long-spark arresters made on a single length of cable and mutually offset along its length, moreover, one arrester serves to protect against overlapping insulation of one wire of the line, and the other arrester to protect against overlapping insulation of another wire of the line.

28. Power line according to any one of paragraphs.16-25, characterized in that the upper end of the antenna is connected to a reference insulator mounted on top of the pole.

29. The power line of claim 25, wherein a metal rod is mounted on the support insulator, connected to the antenna and directed upward.

30. The power line according to claim 15, characterized in that a lightning protection cable is used as an antenna, isolated from the supports with the help of insulators.

31. The power line according to clause 15, wherein the support contains at least one metal element isolated from the earth and from other elements of the power line and connected to the antenna.