70 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 91 NR 1/2015 Michał BORECKI 1 , Bolesław KUCA 1 , Tomasz KISIELEWICZ 1 , İlhan TARIMER 3 , Heorgiy LYSIAK 2 Warsaw University of Technology, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warsaw, Poland (1) Lviv Polytechnic National University , ul. Bandery 12, 79-013 Lviv, Ukraine (2) Muğla Sıtkı Koçman University, Kötekli Kampüsü, 48000 Muğla, Türkiye (3) doi:10.15199/48.2015.01.12 Praktyki ochrony odgromowej napowietrznych linii średniego napięcia z przewodami niepełnoizolowanymi Streszczenie. Artykuł zawiera krótką charakterystykę urządzeń ochrony odgromowej napowietrznych linii średniego napięcia z przewodami niepełnoizolowanymi oraz zasady ich doboru i instalowania. Zwrócono uwagę na techniczną, ekonomiczną i normalizacyjną stronę ich doboru i instalowania oraz dokonano oceny kryteriów wariantowego instalowania jednego z rozpatrywanych urządzeń. Abstract. The present paper aims to illustrate brief technical description of the selected problems of protection of medium-voltage overhead lines with covered conductors. Typical protection measures to be applied are describe and discussed with aim to determine critical points of lightning protection. Moreover special attention is paid for the economic and standardization issues introduction to the topic considered. (Practices of lightning protection of medium-voltage overhead lines with covered conductors.) Słowa kluczowe: ochrona odgromowa, linie napowietrzne, przewody niepełnoizolowane Keywords: lightning protection, overhead lines, covered conductors Wstęp Jedną z przyczyn powstawania awarii w sieciach o napięciu znamionowym z przedziału od 6 do 30 kV są przepięcia atmosferyczne [1]. Przepięcia te mogą być albo bezpośrednie, powstające przy uderzeniu pioruna w linię, albo indukowane, spowodowane uderzeniem pioruna w ziemię lub w obiekt naziemny znajdujący się blisko linii [2]. Ze względu na stosunkowo małą wytrzymałość izolacji w liniach średniego napięcia, praktycznie wszystkie przypadki przepięć bezpośrednich i znacząca część przepięć indukowanych prowadzi do przeskoków, które z dużym prawdopodobieństwem przekształcają się w zwarcia jedno lub wielofazowe. W tradycyjnej linii napowietrznej wykonanej przewodami nieizolowanymi stopa łuku, poddana oddziaływaniu siły elektrodynamicznej, swobodnie przemieszcza się wzdłuż przewodu (rys. 1 a), co zapobiega jego termicznemu uszkodzeniu, a wiec nie ma decydującego znaczenia z punktu widzenia ochrony odgromowej. Rys.1. Efekt oddziaływania sił elektrodynamicznych na łuk zwarciowy po przeskoku iskrowym w linii z przewodami: a) gołymi, b) niepełnoizolowanymi; Z A – zwarcie jednej fazy, Z ABC – zwarcie trzech faz. Problemem ochrony odgromowej linii napowietrznych z przewodami niepełnoizolowanymi jest to, że przy zaistnieniu przeskoku na izolatorze najczęściej następuje przebicie osłony izolacyjnej przewodu, która uniemożliwia przemieszczanie się łuku wzdłuż przewodu. Powoduje to, że łuk pali się w jednym miejscu (rys. 1 b) do chwili wyłączenia linii [3]. W czasie trwania zwarcia z udziałem łuku może dojść do przepalenia przewodu, zanim nastąpi wyłączenie linii przez automatykę zabezpieczeniową. Dlatego w przypadku linii napowietrznych z takimi przewodami, głównym zadaniem skutecznej ochrony jest niedopuszczenie do uszkodzenia osłony izolacyjnej i punktowego oddziaływania łuku na przewód. Urządzenia ochronne W typowych rozwiązaniach rożki łukoochronne dla linii pracującej w układzie pierścieniowym są instalowane na wszystkich trzech przewodach, po obu stronach izolatorów, natomiast dla linii pracującej w układzie promieniowym rożki są instalowane także na wszystkich trzech przewodach, ale od strony obciążenia. Takie rozwiązania zapewnia odprowadzenie łuku w kierunku do rożków, w chwili wystąpienia przebicia osłony izolacyjnej i przeskoku na izolatorze skutkujące zwarciem wielofazowym [4]. Jeśli wartość prądu zwarcia powodująca zapalenie się łuku jest dostatecznie duża (Iz powyżej 2 kA) [4], to towarzysząca temu zjawisku siła elektrodynamiczna przesuwa kanał łukowy wzdłuż wiązałki chroniącej przewód do rożka łukoochronnego, a także powoduje powstanie przewodzącej przestrzeni zjonizowanej sprzyjającej rozwojowi zwarcia wielofazowego. W praktyce mała impedancja, która wpływa na poziom prądów zwarciowych, przekłada się na duże moce zwarciowe w rozpatrywanych liniach w pobliżu stacji elektroenergetycznych. Przy większych odległościach od stacji transformatorowej wartość prądu zwarcia maleje. Maleje również poziom energii łuku, co sprzyja ograniczeniu negatywnego wpływu przepięcia przemieszczającego się w przewodach linii. W rozważaniach dotyczących ochrony przed przepięciami linii napowietrznych z przewodami niepełnoizolowanymi i skutków powstania zwarcia łukowego istotną rolę odgrywa także wartość rezystancji uziemienia, zastosowana na konstrukcjach wsporczych [12]. Iskierniki wieloelektrodowe są instalowane wzdłuż i wokół izolatorów [5]. Już przy niewielkich wartościach przepięсia następuje zapłon jednego z elementów iskiernika i rozpoczyna się w nim łańcuchowy rozwój wyładowania. Zaletą tych urządzeń jest duża odporność na prąd piorunowy i wyładowania łukowe. Ograniczniki liniowe z zewnętrzną przerwą iskiernikową, nazywane też liniowymi ogranicznikami przepięć [7], obejmują szeregowy układ zewnętrznego iskiernika i warystora z tlenków metali (ZnO). Przepięcie wywołuje zapłon iskiernika, powodując w ten sposób włączenie członu nieliniowego, gwałtowne zmniejszenie jego rezystancji własnej, tym samym skuteczne ograniczenie przepięcia i eliminację przeskoku na izolatorze, a w efekcie jego uszkodzenia i wytopienia przewodu. Wraz z zanikiem przepięcia rezystancja członu nieliniowego powraca do wartości początkowej.