Грозозащитный трос

Грозозащи́тный трос — заземлённый протяжённый молниеотвод, натянутый вдоль воздушной линии электропередачи над проводами. [1]

Содержание

Описание

В зависимости от расположения, количества проводов на опорах ВЛ, сопротивления грунта, класса напряжения ВЛ, необходимой степени грозозащиты монтируют один или несколько тросов. [1] Высота подвеса грозозащитных тросов определяется в зависимости от угла защиты, то есть угла между вертикалью, проходящей через трос, и линией, соединяющей трос с крайним проводом, который может изменяться в широких пределах и даже быть отрицательным.

На ВЛ напряжением до 20 кВ грозозащитные тросы обычно не применяются. [1] ВЛ 110—220 кВ на деревянных опорах и ВЛ 35 кВ (независимо от материала опор) чаще всего защищают тросом только подходы к подстанциям. [1] Линии 110 кВ и выше на металлических и железобетонных опорах защищают тросом на всём протяжении. [1]

В качестве грозозащитных тросов применяются стальные канаты или иногда — сталеалюминиевые провода со стальным сердечником увеличенного сечения. Стальные канаты условно обозначают буквой С и цифрами, указывающими площадь их сечения (например, С-35). Как правило, в качестве грозозащитных тросов на ВЛ35кВ применяются канаты 8,0-Н-120-1-СС ГОСТ 3062 (ТК 8.0), на ВЛ 110 и 150кВ — канаты 9,1-Г-1-СС-Н-140 ГОСТ 3063-80 (ТК 9.1), на ВЛ 220кВ и выше — канаты 11,0-Г-1-СС-Н-140 ГОСТ 3063-80 (ТК 11.0).

С 1 июля 2009 года при строительстве и реконструкции ВЛ предприятиям ОАО «ФСК ЕЭС» и МРСК в качестве защиты от прямых ударов молнии следует применять грозотросы (канаты стальные) марки МЗ-В-ОЖ-Н-Р, выполненные по СТО 71915393-ТУ 062—2008.

Грозозащитный трос может подвешиваться на изоляторах. В этом случае ток молнии проходит на заземлитель через специальный искровой промежуток. Изолированные грозотросы применяют на ВЛ с автоматической плавкой гололеда.

На ВЛ 150 кВ и ниже, если не предусмотрена плавка гололеда или организация каналов высокочастотной связи на тросе, изолированное крепление троса следует выполнять только на металлических и железобетонных анкерных опорах. [2] Крепление тросов на всех опорах ВЛ 220—750 кВ должно быть выполнено при помощи изоляторов, шунтированных ИП. [2]

Использование для систем связи

Изолированные грозотросы могут использоваться для передачи сигналов высокочастотной связи. При этом обычно используется схема с двумя тросами на ВЛ с горизонтальным расположением силовых проводов.

В 80-е годы XX века проводились эксперименты по использованию в системах связи грозотроса со встроенным коаксиальным ВЧ кабелем, однако широкого распространения это решение не получило.

В последнее время нередко применяют грозозащитный трос со встроенным волоконно-оптическим кабелем. Такое решение позволяет сократить затраты на прокладку и обслуживание линии по сравнению с подземными кабельными линиями.

Монтаж грозотроса

Монтаж грозотроса осуществляется Методом монтажа «под тяжением». Это особенно актуально в случае использования грозотроса со встроенным волоконно-оптическим кабелем (ОКГТ), что бы не повредить хрупкий оптический проводник. Отличительной особенностью монтажа грозотроса со встроенным волоконно-оптическим кабелем является то, что при монтаже необходимо использовать тормозную машину (см. статью Метод монтажа «под тяжением») с диаметром кабестанов, который должен быть не менее 20 диаметров сечения грозотроса. Это связано с величиной минимального радиуса изгиба оптического грозотроса.

Источник

Оптический грозотрос: два в одном

Подписка на рассылку

Воздушная прокладка волоконно-оптического кабеля — технически самый простой и наименее ресурсоемкий способ организации внешних магистралей ВОК.

Опоры линий электропередач — это готовая инфраструктура для организации волоконно-оптических линий связи. Диэлектрическим волокнам ВОК не страшны электромагнитные волны, а значит, соседство с мощным источником поля не мешает прохождению информации. Для организации волоконно-оптической воздушной магистрали используют самонесущие кабели, которые закрепляют между опорами (кабели ОКА, ОКПД, ДПТ и ДПМ), либо тонкие диэлектрические кабели (ОКН, ДПО), которые навивают прямо на электрическую магистраль.

Грозотрос — это обязательный элемент в составе магистральной линии электропередач. Провода под мощным напряжением являются приоритетной мишенью для молний. И в качестве громоотвода над кабельными воздушными электромагистралями прокладывают грозотрос: металлический трос, заземленный у каждой опоры. Он принимает на себя всю мощность искровых разрядов и отводит в землю, сохраняя электропровода. Магистральные линии электропередач опутывают всю планету — электричество тянется в самые отдаленные уголки мира, где живут люди. И все эти линии сопровождаются грозотросами.

Совершенно естественным шагом на пути развития волоконно-оптических сетей стало совмещение оптоволокна и грозотроса: в современном мире 80% линий электропередач несут на своих опорах не просто стальные тросы, но оптические грозотросы — сердцевина такого троса представляет собой традиционный оптический кабель, заключенный в стальную оболочку. На сегодняшний день и в России налажено производство волоконно-оптического кабеля, встроенного в грозозащитый трос: ОКТГ. Современные оптические грозотросы третьего поколения — более легкие, упругие и прочные в сравнении со своими предшественниками. Кабель, проложенный в тросе, может быть заключен в цельную металлическую трубку (это делает его легче и тоньше) либо в оболочку из повива стальных жил (такой трос имеет меньший радиус изгиба и более прочен).

Прокладка волоконно-оптической трассы в грозозащитном тросе — это более дорогое удовольствие, нежели обычная воздушная линия связи, однако в случае протягивания нерезервируемой магистрали, стоит остановиться именно на этом варианте: грозотрос отличается исключительными прочностными характеристиками, этого требуют условия его эксплуатации. А значит, сохранность волокна в кабеле, упакованном в стальную броню, будет намного надежнее.

Источник

Грозозащитные тросы воздушных линий электропередачи

Для защиты высоковольтных линий электропередачи от разрушительного воздействия атмосферных перенапряжений (разрядов молний), над проводами линий подвешивают специальные грозозащитные тросы.

Данные тросы служат своего рода протяженными молниеотводами, количество которых зависит от нескольких факторов: от класса напряжения линии, от сопротивления окружающего опору грунта, от места установки опоры и от количества подвешенных на ней проводов. В зависимости от расстояния между тросом и ближайшим защищаемым проводом (в зависимости от так называемого угла защиты), вычисляют и соответствующую высоту подвеса троса на опоре.

Если напряжение высоковольтной линии находится в диапазоне от 110 до 220 кВ, при этом опоры на линии деревянные, либо напряжение на линии составляет 35 кВ, независимо от типа опор, то грозозащитные тросы устанавливают лишь на подходах к подстанциям. На линиях со стальными либо железобетонными опорами, напряжение на которых от 110 кВ и более, стальные тросы подвешивают вдоль всей линии.

В качестве материала троса используется либо сталь, либо алюминий и сталь (алюминиевый провод со стальным сердечником). Типичный грозозащитный трос изготовлен из стальных оцинкованных проволочек, а его поперечное сечение составляет от 50 до 70 мм. Когда такой трос подвешен на изоляторах, в момент разряда молнии ее ток направляется в землю через установленный на изоляторе искровой промежуток.

В былые времена любой защитный трос всюду глухо заземлялся на каждой из опор, в результате возникали существенные потери электроэнергии, особенно заметно это было на линиях сверхвысоких напряжений. Заземление защитных тросов сегодня выполняется не только через опоры, но и, как отмечалось выше, через искровые промежутки.

Так, на линиях напряжением 150 кВ и меньше, если отсутствует плавка гололеда или канал высокочастотной связи на тросе, изолированный монтаж троса выполняют только на металлических и железобетонных анкерных опорах. Крепление же тросов на всех опорах напряжением от 220 до 750 кВ выполняется на изоляторах, при этом непосредственно тросы шунтируются искровыми промежутками.

Процесс монтажа грозозащитных тросов подобен монтажу самих проводов. Присоединяют тросы, как правило, стальными прессуемыми соединителями. На высоковольтной линии напряжением меньше 110 кВ трос крепится прямо к опоре сцепной арматурой без какого-либо изолятора. У линии напряжением от 220 кВ (высокого и сверхвысокого класса) трос крепится к опорам через подвесные изоляторы, как правило, стеклянные, которые и шунтируются искровыми промежутками. На каждом анкерном участке у одной из анкерных опор выполняется заземление троса.

В большинстве своем работы по монтажу проводов и тросов связаны с подъемами на опоры. На высоковольтных линиях напряжением до 10 кВ монтажники поднимаются на опоры, как правило, с помощью монтажных когтей (лазов) и поясов. На линиях более высокого класса напряжений широко используются гидроподъемники и телескопические вышки.

С 1 июля 2009 года при возведении новых и реконструкции старых высоковольтных линий, предприятия МРСК и ПАО «ФСК ЕЭС» в качестве защиты от прямых ударов молнии применяют стальные канаты марки МЗ-В-ОЖ-Н-Р, выполненные по СТО 71915393-ТУ 062—2008 и грозотросы марки ГТК по ТУ 3500-001-86229982-2010.

Исследования показали, что сами тросы, будучи подвешены на изоляторах, могут быть использованы для передачи небольшой электрической мощности, а также для высокочастотной связи. В последние годы уже можно встретить грозозащитные тросы со встроенными волоконно-оптическими кабелями. Это выходит дешевле чем прокладывать кабель под землей, тем более с учетом последующего его обслуживания.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Грозотрос что это такое

Авторы: Семен Дубицкий, Николай Коровкин, Евгений Бабков

Необходимость строительства магистральных цифровых коммуникаций заставляет использовать для прокладки линий связи существующую инфраструктуру. Весьма распространенным способом является монтаж волоконно-оптических линий связи вдоль высоковольтных ВЛ. Для вновь строящихся и реконструируемых ЛЭП наиболее надежным и привлекательным способом является встраивание оптического модуля в грозозащитный трос. Накопленный опыт эксплуатации таких линий показывает необходимость детального анализа термической стойкости оптического грозотроса к атмосферным разрядам, в частности, к прямому удару молнии.
Наши санкт-петербургские авторы описывают метод и приводят результаты моделирования нестационарного электромагнитного и температурного поля в оптическом грозотросе. Предлагаемый ими метод позволяет учесть реальную геометрию кабеля, нелинейные свойства материалов, эффект близости и вытеснения тока.

Грозозащитный трос с оптическим волокном
Термическая стойкость к прямому удару молнии

Семен Дубицкий, ООО «Тор»
Николай Коровкин, д.т.н., профессор, зав. кафедрой теоретических основ электротехники СПбГПУ
Евгений Бабков, зам. главного инженера ООО «СтройПроектЭнергоСвязь»
г. Санкт-Петербург

Линии связи и ЛЭП

Одним из перспективных направлений в последние годы стала прокладка волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) в существующих и строящихся ЛЭП [1]. При встраивании ВОЛС в ЛЭП используются следующие решения:

Выбор конкретной конструкции зависит от многих обстоятельств, касающихся как сроков и условий строительства, так и требований к пропускной способности и надежности ВОЛС.

Практика показывает, что при новом строительстве или глубокой реконструкции ЛЭП оптимальным выбором оказывается установка ОКГТ. Эта конструкция имеет наибольший срок службы, хорошую защищенность от атмосферного электричества и вандализма, не имеет ограничений по классу напряжения линии. К недостаткам относятся сравнительно высокая стоимость изготовления и монтажа и невозможность установки кабеля без отключения линии. Поэтому ОКГТ обычно находят применение в магистральных системообразующих линиях связи.

По сведениям [1], до 80% всех оптических кабелей, совмещенных с ВЛ, монтируется именно путем встраивания оптического модуля в грозозащитный трос.

Типичные конструкции ОКГТ

Грозотрос может содержать один или несколько встроенных оптических элементов со следующей конструкцией:

Наружный диаметр оптического модуля составляет от 3 до 8 мм. Если в грозотросе имеется один модуль, он располагается по центру (рис. 1а), а вокруг него в один или два повива навиваются проволоки как в обычном грозозащитном тросе. Используются стальные проволоки, плакированные алюминием, либо сочетание стальных проволок с алюминиевыми.

Если оптических элементов несколько, они встраиваются во внутренний повив троса, чередуясь с другими проволоками такого же диаметра (рис. 1б): стальными, алюминиевыми или стальными, плакированными алюминием. На рынке есть и другие варианты конструкции, в которых оптические элементы встроены не в повив, а в пазы специально профилированного алюминиевого сердечника, расположенного в центре троса.

Рис. 1а. ОКГТ с центральным оптическим элементом

Рис. 1б. ОКГТ с несколькими оптическими элементами в повиве

Проблема термической стойкости оптического грозотроса

При использовании ОКГТ встает задача расчета его термической прочности, которая должна не только обеспечить остаточную механическую прочность троса в целом и его отдельных проволок, но и эффективно отводить тепло от оптического модуля. Правила проектирования ВОЛС на ЛЭП [2] требуют анализа термической стойкости оптического грозотроса при воздействии токов КЗ; наведенного электрического напряжения на тросе; прямых ударов молнии в трос.

Данная статья посвящена анализу термической стойкости ОКГТ при прямом ударе молнии, хотя предложенная методика может быть применена и для других ситуаций.

При расчете термической стойкости ОКГТ необходимы:

Сложность задачи и методика расчета

Физическая картина явления оказывается относительно сложной для моделирования по следующим причинам:

Авторам известна лишь одна работа [3], аналитически исследующая распределение токов в упрощенной модельной геометрии без насыщения. Численный анализ распределения плотности тока грозового импульса методом конечных разностей сделан в [4], где также использована упрощенная одномерная геометрия из трех соосных цилиндров. Работа тех же авторов, в которой рассматривалась более реалистичная геометрия кабеля, потребовала применения метода конечных элементов [5, 6]. Электромагнитное поле рассчитывалось в частотной области, что оправдано для анализа токов КЗ, но не применимо при расчете импульса от удара молнии. Кроме того, анализ магнитного поля переменных токов не позволил учесть насыщение стали.

Сложность задачи требует применения численного расчета с использованием развитого программного обеспечения. В качестве инструмента выбран пакет ELCUT [7], который использует метод конечных элементов (МКЭ) и обеспечивает расчет нестационарного магнитного поля с учетом нелинейности материалов. Распределение плотности тока, вычисленное с учетом эффектов вытеснения и близости, передается в связанную задачу анализа нестационарного температурного поля. Задача расчета нестационарного магнитного поля в ELCUT дополняется уравнениями, описывающими присоединенную электрическую цепь с сосредоточенными элементами.

Форма импульса тока при ударе молнии

Говорить о точной форме и о параметрах импульса тока, вызванного прямым ударом молнии, можно лишь условно. Физика разряда молнии изучена не до конца, параметры его носят статистический характер. Тем не менее для целей испытания и математического моделирования знать форму импульса необходимо. Выбор подходящего математического описания зависит от целей моделирования. Наиболее часто речь идет о стандартном грозовом импульсе 1,2/50 мкс, который описывается как сумма двух затухающих экспонент с разными постоянными времени. Такой импульс повсеместно используется для испытаний электрической прочности и электромагнитной совместимости. Однако для испытательного импульса тока, соответствующего наихудшему возможному случаю, имеются и другие обоснованные варианты.

Подробные исследования характеристик импульса тока при наихудшем возможном ударе молнии проведены в аэрокосмической промышленности в связи с рядом зарегистрированных инцидентов с гражданскими и военными самолетами, а также при старте космических ракет. Результатом является технический меморандум NASA [8], в соответствии с которым для испытаний и расчетов термической стойкости при ударе молнии рекомендуется модель идеализированного грозового импульса тока (рис. 2), состоящая из 4-х компонентов: A, B, C и D (Рекомендации SAE ARP5412 [9]).

Рис. 2. Идеализированный грозовой импульс тока

В [10] обосновывается желательность использования 4-компонентного модельного импульса тока для расчетов и испытаний оптических грозотросов. Там же указывается на недостаточность применения для ОКГТ методов испытаний, разработанных для обычных грозозащитных тросов.

Расчет электромагнитного поля

Целью электромагнитного расчета является выяснение распределения плотности тока по сечению кабеля в зависимости от времени. Исходными данными являются геометрия кабеля, свойства материалов (электропроводность и магнитная проницаемость в зависимости от магнитного поля) и известная форма импульса тока (см. табл. 1).

Расчетная область представляет собой упрощенное поперечное сечение кабеля. На данном этапе предполагается, что магнитное поле не изменяется по длине кабеля, то есть используется двумерное (плоско-параллельное) приближение.

Поскольку процесс удара молнии в провод изучен недостаточно и характеристики его известны лишь в самых общих чертах, необходимо сделать модельные предположения для выбора надлежащей расчетной области. Для начала мы предполагаем, что весь ток канала молнии перешел в грозозащитный трос и каким-то образом распределился по его сечению. При этом можно выделить следующие случаи для анализа:

По-видимому, реальное положение вещей находится где-то между указанными предельными случаями. При этом фотографии характера повреждений кабеля, сделанные по результатам реальных ударов молнии и испытательных разрядов (рис. 3), наводят на мысль, что по крайней мере в начальной фазе развития электромагнитного процесса основная масса тока действительно сосредоточена в одном-двух проводах, ближайших к месту соприкосновения с каналом молнии.

Рис. 3. Разрушение двух проволок оптического грозотроса в результате прямого удара молнии

Для расчетов выбрано самое простое поперечное сечение грозотроса с одним центральным оптическим модулем и шестью стальными проволоками, навитыми в один слой. Изложенный метод может быть применен также для значительно более сложных сечений, в том числе с проволоками, плакированными алюминием, с профилированным сердечником и т.п.

Ток молнии распределен по всему сечению троса

Источником поля в задаче является известный полный ток провода в функции времени, являющийся интегралом от плотности тока по площади сечения провода. Детальное распределение плотности тока в каждый момент времени является предметом расчета. Проволоки изготовлены из стали, зависимость B(H) задана кривой намагничивания.

Картина магнитного поля (распределение плотности тока по сечению) показана на рис. 4, где отчетливо виден постепенный процесс проникновения поля внутрь проводника начиная с его внешней границы. Несимметричное распределение поля обусловлено эффектом близости соседних проводников, которые не включены в модель непосредственно, но присутствуют в ней благодаря граничным условиям симметрии.

Рис. 4. Картина магнитного поля и плотности тока в начальной фазе импульса (слева) и в районе максимума тока (справа)

Ток молнии сосредоточен в одной проволоке

Рис. 5. Электрическая схема соединения проволок троса в модели: один провод под током, остальные образуют демпфирующий контур

Картина поля для этого случая приведена на рис. 6.

Рис. 6. Картина магнитного поля и плотности тока в начальной фазе импульса (слева) и в районе максимума тока (справа)

Ток молнии сосредоточен в части проволок

Схема соединений в этом случае почти такая же, как на рис. 5, но источник тока «Pulse» включен последовательно с несколькими (двумя, тремя) параллельно соединенными проводниками (рис. 7).

Рис. 7. Распределение плотности тока, сосредоточенного: а) в двух соседних проволоках; б) в трех соседних проволоках

Расчет температурного поля

Для расчета температурного поля, вызванного протеканием токов в проводниках грозозащитного троса, используется нестационарная тепловая задача ELCUT, связанная с соответствующей электромагнитной задачей. Связь между задачами состоит в том, что они решаются на одной и той же сетке конечных элементов и с одинаковыми шагами дискретизации по времени. Распределение джоулевых потерь, вычисленное на каждом шаге электромагнитного процесса, служит источником тепла температурной задачи в соответствующий момент времени.

Поскольку постоянная времени электромагнитного процесса заметно меньше, чем у теплового процесса, после затухания электромагнитных явлений необходимо продолжить расчет температурного поля после окончания импульса тока (источника тепла), чтобы смоделировать процесс выравнивания тепла в тросе с последующим остыванием. Шаг по времени на этом этапе расчета может быть выбран более крупным.

На рис. 8 приведены графики зависимости температуры от времени для двух характерных точек: вблизи внешней поверхности проволоки (синяя кривая), на поверхности оптического модуля (красная кривая), а также средняя температура наиболее нагретого проводника (зеленая кривая). Расчеты сделаны для стандартного грозового импульса (1,2/50 мкс) и фазы А импульса SAE (3,5/70 мкс). Амплитуды импульсов выбраны одинаковыми и равными 200 кА, согласно рекомендациям SAE.

Рис. 8. Температурное состояние наиболее нагретой проволоки при различных гипотезах о характере растекания тока молнии по отдельным проволокам

Сплошная линия – импульс SAE 3,5/70 мкс.
Пунктир – стандартный импульс 1,2/50 мкс.
а) ток в одной проволоке;
б) ток в двух проволоках;
в) ток в трех проволоках;
г) ток во всех шести проволоках

Видно, что различие между токовыми импульсами качественно не меняет картину теплового состояния. Импульс SAE имеет более длинный передний фронт, что уменьшает вихревые токи и разогрев на начальном этапе импульса, но более длинный спад, который повышает финальную температуру.

Решающее влияние на температурное состояние троса оказывает принятая гипотеза о распределении тока молнии по проволокам троса. Тем не менее можно сделать вывод о том, что при наиболее вероятных сценариях (удар молнии, затрагивающий 1–2 проволоки) термическая стойкость кабеля приведенной конструкции оказывается недостаточной.

Источник