Miks mastile paigaldatud seadmed ebaõnnestuvad tugevate äikesetormide ajal

Sissejuhatus

Kõrgepinge õhuliinide poldrile paigaldatud koormuslülitid on elektriliselt kõige vaenulikum keskkond elektrivõrgus - nad on avatud otsestele välgulöökidele, lähedalasuvatest löökidest tulenevatele liikuvatele lainete ülepingetele, liini välgulöökidest tulenevatele järsku impulsspingetele ning vihma, tuule ja saastumise kombineeritud mehaanilisele ja elektrilisele koormusele, mis rasketes äikesetingimustes koondub pigem minutiteks kui tundideks. Raskete äikesetormide ajal ei ole mastile paigaldatud välitingimustes asuvate LBS-seadmete rikkeid ühtlaselt levinud: need koonduvad konkreetsete konstruktsiooniliste puuduste, paigaldusvigade ja kaitse koordineerimise lünkade ümber, mis muudavad teatavad seadmed ebaproportsionaalselt haavatavaks, samas kui samal liinil asuvad naaberseadmed jäävad samasuguste tormide korral ilma kahjustusteta ellu. Mõistmaks, miks mastile paigaldatud seadmed tõsiste äikesetormide ajal rikki lähevad, on vaja eristada neli erinevat rikke mehhanismi - dielektriline läbikukkumine kahjustatud isolatsioonist, liigpingekaitse koordineerimise rike, puudulik kaarkaitse äikesetormijärgse rikke kõrvaldamise ajal ja mehaaniline rike, mis tuleneb kombineeritud elektrilisest ja keskkonnast tingitud pingest -, sest igal mehhanismil on erinev algpõhjus, erinev ennetusstrateegia ja erinev veaotsingu tunnus, mis määrab kindlaks õige parandusmeetme pärast tormi rikkejuhtumit. Võrguparandusinseneridele, jaotusvõrgu hooldusmeeskondadele ja kaarkaitse spetsialistidele, kes vastutavad kõrgepinge õhuliinide välitingimustes asuvate LBS-populatsioonide eest, pakub see juhend täielikku rikke mehhanismi analüüsi, IEC standardite alused korrektse liigpingekaitse koordineerimiseks ja tõrkeotsingu raamistiku, mis tuvastab konkreetse rikke viisi tormijärgsete tõendite põhjal enne asendusseadmete määramist.

Sisukord

• Millised on neli erinevat rikkumismehhanismi, mis põhjustavad mastile paigaldatud LBS-üksuste rikkeid tugevate äikesetormide ajal?
• Kuidas põhjustab välitingimustes asuvate LBS-seadmete ülepingekahjustus piksevarustuse koordineerimise rikke tõttu?
• Kuidas kõrvaldada masti paigaldatud LBS-i rikkeid pärast tõsiseid äikesetormi sündmusi?
• Millised võrgu uuendamise ja elutsükli strateegiad vähendavad mastile paigaldatud LBS-i äikesevigade määra?

Millised on neli erinevat rikkumismehhanismi, mis põhjustavad mastile paigaldatud LBS-üksuste rikkeid tugevate äikesetormide ajal?

Neli rikke mehhanismi, mis põhjustavad masti paigaldatud välitingimustes asuvate LBS-üksuste rikkeid tugevate äikesetormide ajal, on mehaaniliselt ja elektriliselt erinevad - need tekitavad erinevaid kahjustusi, tekivad tormi ajalises plaanis eri aegadel ja nõuavad erinevaid ennetus- ja parandusstrateegiaid. Kui kõiki äikesevigastusi käsitletakse samaväärsete äikesekahjustustena, tekivad asendusspetsifikaadid, mis käsitlevad sümptomeid, ilma et parandataks algpõhjust.

Rikkumismehhanism 1: saastunud isolatsiooni dielektriline purunemine

Statistiliselt kõige sagedamini esinev mastile paigaldatud LBS-i rikke viis äikesetormi ajal ei ole põhjustatud välguse enda poolt - selle põhjuseks on kombinatsioon olemasoleva isolatsiooni lagunemisest ja märjast saastekihist, mida tugev äikesevihm isolaatori pinnale ladestab.

Lagunemise tee:
LBS-isolaatorite välitingimustes kogunevad kuude ja aastate jooksul reostuskihid - sool, tsemenditolm, tööstuslikud osakesed ja bioloogiline kasv - kuude ja aastate jooksul. Kuivades tingimustes on see saastekiht vastupidav ja ei vähenda oluliselt isolaatori dielektrilist vastupidavust. Kui äikesevihm niisutab saastekihi, muutub see juhtivaks - see muudab isolaatori pinna kõrge takistusega teest madala takistusega lekke teeks, mis vähendab efektiivset leekimispinget 30-70% võrra alla puhta, kuiva taluvuse väärtuse.¹.

Äikesetormi vallandaja:
Vähendatud välkkiirtepinge võib märgades saastunud tingimustes olla madalam kui tavaline elektrisageduspinge liinil - see tähendab, et isolaator vilgub üle tavalise tööpinge korral ilma välguga kaasamata. Veelgi sagedamini jääb vähendatud välkkiirtepinge alla tormi ajal esinevate lülituspingete ja liini põhjustatud transientide taset, mis vallandab välkkiirtepinge ülepingetasemel, mida isolaator taluks puhtates, kuivades tingimustes.

IEC standardite alusel:
IEC 60815-1 määratleb saastatuse raskusastmed (a kuni e) ja määrab kindlaks minimaalse spetsiifilise roomavahemaa.² (mm/kV), mis on vajalik iga taseme jaoks:

Saastatuse tase	Keskkonna kirjeldus	Minimaalne hiilimiskaugus (mm/kV)
a - väga kerge	Kõrbe, madala saastatuse tase maapiirkondades	16 mm/kV
b - Valgus	Põllumajandus, kergetööstus	20 mm/kV
c - Keskmine	Rannikuala (>10 km), mõõdukas tööstus	25 mm/kV
d - Raske	Rannikuala (<10 km), rasketööstus	31 mm/kV
e - väga raske	Otsene rannikuala, keemiatehas	39 mm/kV

Masti paigaldatud LBS-üksused, mis on paigaldatud allpool IEC 60815-1 nõuetele vastavat kontaminatsioonikeskkonda puudutavatest sõiduulatuskaugustest, kogevad iga tugeva äikesetormi ajal - sõltumata äikese aktiivsusest - märja kontaminatsiooni välgulööki.

Rikkumismehhanism 2: Välguimpulsi ülepinge, mis ületab isolatsiooni taluvust

Kui pikselöök lõpeb õhuliinil või selle lähedal, tekitab see järsku vooluimpulsi, mis levib liikuva lainena piki liini juhtmeid. Selle liikuva laine pinge suurus mastile paigaldatud LBSi asukohas sõltub löögivoolust, liini impedantsist ja kaugusest löögipunktist:

$U_{surge} = \frac{Z_{line}}{2} \times I_{valgus}$

Tüüpilise jaotusvõrgu õhuliini puhul, mille impedants on tõusuimpedants $Z_line} = 400 \text{ Ω}$ ja mõõdukas välgulöök $I_lightning} = 20 \text{ kA}$:

$U_{surge} = \frac{400}{2} \t korda 20,000 = 4,000,000 \text{ V} = 4,000 \text{ kV}$

See teoreetiline liigpinge ületab kaugelt mis tahes jaotusseadmete piksekiirguse impulsspinge (LIWV) - liigpinge piiraja peab selle pinge enne LBS-klemmideni jõudmist hoidma alla seadmete LIWV taseme.

Rikkumise tingimus: Kui liigpinge piiraja ei suuda liigpinge pinget allapoole LBS välkkiirte impulsside taluvuspinge (LIWV), ilmub impulsspinge üle LBS-isolatsiooni. Kui impulsspinge ületab LIWV, tekib dielektriline läbikukkumine - kas väljalöögina üle isolaatori pinna (taastatav) või läbilöögina läbi isolaatori korpuse (taastamatu, vajab väljavahetamist).

IEC 62271-103 LIWV nõuded välistingimustes kasutatavatele LBSidele³:

Nimipinge (kV)	Välkkiirgusimpulsi taluvuspinge (kV tipp)	Ülelainepäästja kaitsetaseme nõue
12 kV	75 kV	≤ 65 kV (LIWV 87%)
24 kV	125 kV	≤ 109 kV (LIWV 87%)
36 kV	170 kV	≤ 148 kV (LIWV 87%)
40,5 kV	185 kV	≤ 161 kV (LIWV 87%)

87% kaitsevaru arvestab pingeerinevust arrestaatori paigalduspunkti ja LBS-klemmide vahel - LBS-klemmidel on rändlainepinge kõrgem kui arrestaatori jääkpinge, mis tuleneb arrestaatori ja kaitstava seadme vahelisest eralduskaugusest.

Rikkumismehhanism 3: Kaarkaitse ebapiisavus välkkiirtejärgse rikke kustutamise ajal

Välkkiirte põhjustatud välkkiired õhuliinidel tekitavad voolusageduse jälgimisvoolukaare, mida liinikaitsesüsteem peab katkestama. Kui kaar tekib mastile paigaldatud LBSi juures või selle läheduses, kandub kaareenergia otse LBSi kontaktseadmesse ja isolatsiooni - ja LBSi kaarkaitse võime määrab, kas seade elab rikke kustutamise sündmuse üle või hävib selle tagajärjel.

Kaarenergia arvutamine:

$W_{arc} = I_{fault}^2 \times R_{arc} \times t_clear}$

11 kV jaotusvõrgu puhul 8 kA rikkevooluga ja 200 ms kaitse kustutusajaga:

$W_{arc} = (8,000)^2 \t korda 0,05 \t korda 0,2 = 640,000 \text{ J} = 640 \text{ kJ}$

See kaareenergia - 640 kJ, mis eraldub 200 ms jooksul - on piisav, et hävitada välitingimustes kasutatav LBS-kontaktide koost, mis ei ole arvestatud rikkevoolu katkestamiseks. Kriitiline erinevus: välitingimustes kasutatav LBS on arvestatud koormusvoolu katkestamiseks, mitte rikkevoolu katkestamiseks. Kui välkjärgne järelvalgusvoolukaar tekib, kui LBS on suletud asendis, neelab LBS-kontaktüksus kogu kaarenergia, kuni eelnev kaitse kustutab vea.

Kaitselõhe: Välitingimustes kasutatavad LBS-seadmed on sageli paigaldatud ilma kaarekaitseseadmeteta - kaarevahed, väljatõrjuvad kaitsmed või tagasivoolukaitsmed -, mis suunaksid jälgimisvoolu kaare LBS-kontaktüksusest eemale. Sellistes seadmetes kandub iga välkkiirtejärgne rikke kustutamise sündmus otse LBSile, akumuleerides kahjustusi, mis lõpuks põhjustavad tormi ajal kontaktüksuse rikke.

Rikkumismehhanism 4: mehaaniline rike kombineeritud elektrilise ja keskkonnapinge tõttu

Äikesetormid ühendavad elektrilise välkkoormuse ja mehaanilise keskkonnakoormuse - suur tuulekoormus, vihma mõju, kiire soojusringlus kaare kuumenemisest, millele järgneb vihma jahtumine, ning lähedalasuvate välgulöökide mehaaniline löök, mis kandub läbi posti konstruktsiooni. Masti paigaldatud LBS-üksused, millel on juba eelnevalt toimunud mehaaniline lagunemine - korrodeerunud töömehhanismid, pragunenud isolaatorikehad, väsinud kontaktvedrud -, rikuvad selle kombineeritud koormuse all koormustasemetel, mis ei põhjustaks rikkeid ei elektrilise ega mehaanilise koormuse korral eraldi.

Kombineeritud stressi rikke tee:

1. Olemasolev isolaatori mikropragu (varasemast termotsüklilisest või mehaanilisest kokkupõrkest) - mida ei ole tavapärase visuaalse kontrolli käigus avastatud.
2. Äikesevihm imbub prao sisse - vesi praos vähendab prao teekonna dielektrilist tugevust
3. Välkkiirtepinge ilmub üle isolaatori - märja pragu tee vähenenud dielektriline tugevus põhjustab leekide ülekuumenemise piki pragu.
4. Voolusageduse järgne kaar kuumutab pragu teed - soojuspaisumine laiendab pragu
5. Järgnev vihma jahtumine tõmbab pragu kokku - mehaaniline väsimus murrab isolaatori pragu asukohas
6. Isolaatori purunemine põhjustab LBS-faasi ja maa vahelise rikke - seadme täielik rike

See vigade tekkimise viis selgitab, miks tormijärgsel kontrollimisel ilmnevad sageli isolaatorite purunemised, mis näivad olevat mehaanilised purunemised - algpõhjus on dielektriline rike, mis käivitas mehaanilise purunemisjärgu.

Kuidas põhjustab välitingimustes asuvate LBS-seadmete ülepingekahjustus piksevarustuse koordineerimise rikke tõttu?

Paiskumisvoolukaitsmete koordineerimine on tehniliselt kõige keerulisem piksekaitsesüsteem, mis on jaotusvõrgu uuendamise projektides kõige sagedamini valesti rakendatud element. Kolm ülepingekaitse koordineerimise viga, mis kõige sagedamini välitingimustes asuvaid LBS-seadmeid välkkiirte ülepingekahjustustele ohustavad, on vale kaitseseadme pingeväärtus, liiga suur eralduskaugus kaitseseadme ja kaitstud seadmete vahel ning kaitseseadme lagunemine, mis on kaotanud kaitsevaru ilma nähtava rikke tekkimiseta.

Koordineerimisviga 1: vale liigpinge piiraja pinge hinnangu määramine

Paiskumisvastase kaitsme pidev tööpinge ($U_{COV}$) tuleb valida üle maksimaalse pideva võimsussageduse pinge paigalduspunktis - sealhulgas ajutised ülepinge (TOV) tingimused maandamata või resonantsmaandatud võrkudes esinevate rikete ajal:

$U_{COV} \geq U_{system_max} \times k_{TOV}$

33 kV süsteemi puhul ($U_{system_max}$ = 36 kV) koos resonantsmaandusega ($k_{TOV}$ = 1,73 täieliku maandumisviga TOV puhul):

$U_{COV} \geq \frac{36}{\sqrt{3}} \times 1.73 = 36 \text{ kV}$

Üldine viga: Ülelainepäästjate määramine süsteemi nimipinge, mitte maksimaalse pideva tööpinge alusel TOV-tingimustes. Kaitselüliti, mis on määratud $U_{COV}$ = 20,8 kV ($36/\sqrt{3}$) 33 kV resonantskõrvaga süsteemis läheb maasirge TOV ajal pidevaks juhtimiseks - see koormab ja hävitab välgukaitsesüsteemi termiliselt üle ja hävitab selle hetkel, mil seda on välkkaitse jaoks kõige rohkem vaja.

Kahjustatud või hävinud armatuur pakub null kaitset. - LBS puutub kokku kogu hüppelise pingega ilma klammerduseta.

Koordineerimishäire 2: liiga suur eralduskaugus kaitseseadme ja kaitstava seadme vahel

Jääkpinge LBS-i klemmidel on suurem kui arrestaatori jääkpinge arrestaatori klemmidel - erinevus tuleneb rändlainete peegeldumisest LBS-i klemmidel ning arrestaatori ja LBS-i vahelise ühenduse induktiivsusest:

$U_{LBS} = U_{Arreteerija_tagasi} + 2 \times S \times \frac{dI}{dt} \times L_{ühendus}$

Kus $S$ on äikesevoolu lainerinde järskus (kA/μs),$dI/dt$ on praegune tõusumäär ja $L_{ühendus}$ on kaitsme ja LBS-klemmi vahelise juhtme induktiivsus.

Eralduskauguse reegel: Pinge kaitstava seadme klemmidel suureneb umbes 1 kV võrra iga meetri kohta, mis on eraldatud kaitseseadme ja kaitstava seadme vahel.⁴ tüüpilise välklambi järsaku puhul. 12 kV välitingimustes kasutatava LBSi puhul, mille LIWV on 75 kV ja mille jäävpinge on 30 kV:

$\text{Maksimaalne eraldatus} = \frac{75 - 30}{1 \text{ kV/m}} \times \frac{1}{2} = 22,5 \text{ m}$

Tegur 2 võtab arvesse rändlaine peegelduse kahekordistumist LBS-terminalides. Üle 20-25 m kaugusele kaitstud välitingimustes asuvatest LBS-idest paigaldatud liigpingepeatrid pakuvad järjest vähem kaitset - üle 50 m kaugusel pakub peataja väheolulist kaitset järskude välkkiirte eest.

Koordineerimisrike 3: kaitsevaru kaotamine kaitsevaru kaotamise korral

Metalloksiidvariistori (MOV) liigpingepeatrid lagunevad iga liigpingeenergia neeldumise korral - kaitsetase (jääkpinge nimiväljalaskevoolul) suureneb, kui MOV-blokid lagunevad, vähendades kaitsevõimalust piirava taseme ja seadme LIWV vahelist varu. Paigaldamisel õigesti kooskõlastatud välgukaitseseade võib olla kaotanud oma kaitsevaru pärast 5-10 aastat kestnud kasutamist suure välgukahjustuse piirkonnas.

Arresteri lagunemise tuvastamine:

• Lekke voolu mõõtmine: Takistuslik lekkevool > 1 mA tööpinge juures näitab MOVi olulist lagunemist - vajalik on arresteri väljavahetamine.
• Kolmanda harmoonilise voolu analüüs: Lekkevoolu kolmas harmooniline komponent > 20% kogu lekkevoolust viitab ebaühtlasele MOV-bloki lagunemisele.
• Soojuskujutamine: Kuumad kohad arrestaatori korpusel viitavad kohalikule MOV-bloki rikkele - arrestaator tuleb viivitamatult välja vahetada.

Kliendi juhtum, mis näitab arresteri koordineerimise ebaõnnestumise tagajärgi: Indoneesia piirkondliku jaotusvõrgu projektijuht võttis Beptoga ühendust pärast seda, kui 20 kV õhuliinikoridoris oli ühe tugeva äikesetormi ajal tekkinud seitsme mastile paigaldatud LBSi rike. Tormijärgne uurimine näitas, et kõik seitse rikkeid põhjustanud seadet asusid 15 km pikkusel liinilõigul, mida oli 18 kuud varem ajakohastatud - võrgu uuendamise käigus oli liinipinge tõstetud 11 kV-lt 20 kV-le, kuid säilitati algsed 11 kV liigpinge piirajad. 11 kV kaitsmed olid $U_{COV}$= 8,4 kV - alla 20 kV liini pideva tööpinge (11,5 kV faasist maasse). Kaitsmed olid alates pinge uuendamisest pidevalt osalises juhtimissageduses, mis vähendas MOV-plokkide võimsust nii palju, et need ei pakkunud tormi ajal mingit kaitset välkudele. Bepto tarnis 20 kV-klassi asenduspingepeatrid koos $U_{COV}$ = 17 kV ja kooskõlastas paigaldamise koos kõigi seitsme kahjustatud LBSi välisseadme asendamisega. Järgnevatel kahel äikeseperioodil ei esinenud enam ühtegi tormiriket.

Kuidas kõrvaldada masti paigaldatud LBS-i rikkeid pärast tõsiseid äikesetormi sündmusi?

Tormijärgne masti paigaldatud LBSi rikete tõrkeotsing peab enne asendusseadmete määramist tuvastama konkreetse rikke mehhanismi füüsiliste tõendite põhjal - rikutud seadme asendamine identse spetsifikatsiooniga seadmega ilma algpõhjuse parandamiseta põhjustab järgmise tormi korral identse rikke.

1. samm: Rikkumise ajajärgu kindlaksmääramine kaitseandmete põhjal

Enne rikutud seadmele lähenemist võtke välja kaitsereleede tööprotokollid ja vigade registreerimise andmed tormi sündmuse kohta:

• Relee tööaeg vs. välgulöögi aeg: Kui kaitserelee töötas 1-2 ms jooksul pärast registreeritud välklambi toimimist, on rike tõenäoliselt mehhanism 2 (impulssülepinge) või mehhanism 3 (välklambi järelkaar). Kui relee töötas minutid pärast tormi algust, on tõenäolisem mehhanism 1 (märja saastumise väljalülitamine).
• Rikkevoolu suurus: Rikkevool, mis on süsteemi prospektiivse vea tasemel või ületab seda, näitab isolaatori murdumisest tulenevat poltidega seotud viga (mehhanism 4); rikke vool alla prospektiivse taseme kiire langusega näitab leekkaart (mehhanism 1 või 2).
• Edukuse/ebaõnnestumise taastamine: Edukas automaatne sulgemine pärast viga viitab väljalülitusele (isekleepuvale isekleepuvusele pärast kaare kustutamist); ebaõnnestunud taaslülitus viitab isolaatori purunemisest või kontakti koostu purunemisest tingitud püsivale veale.

Etapp 2: Füüsiliste tõendite hindamine ebaõnnestunud üksuses

Tõendite tüüp	Vaatlus	Näidatud rikke mehhanism
Isolaatori pinna jälgimine	Mustad süsinikujäljed isolaatori pinnal, murdumist ei esine.	Mehhanism 1 - märja saastumise leekumine
Isolaatori läbitorkamine	Auk läbi isolaatori korpuse, süsiniku ladestumine läbilõike ümber	Mehhanism 2 - impulsi ülepinge punktsioon
Isolaatori purunemine	Puhas või süsinikuäärne murd, ei ole jälgitavus.	Mehhanism 4 - mehaaniline rike kombineeritud koormuse tõttu
Kontaktide kokkupaneku hävitamine	Sulanud või aurustunud kontaktmaterjal, kaarepõletus	Mehhanism 3 - välgukaarejärgne energia
Ülelainepäästiku seisund	Pragunenud korpus, lõppliitmike nihkumine, süsiniku ladestumine	Arresteri rike - koordineerimisrikke algpõhjus
Arresteri plii seisukord	Sulanud või aurustunud armatuuri maandusjuhe	Arrester töötab - kontrollige jääkpinge hinnangut.
Kõrvaloleva üksuse seisund	Samasugused kahjustused kõrvuti asuvatel üksustel	Süstemaatiline koordineerimishäire - mitte üksikjuhtum

3. samm: ülepinge piiraja hindamine

Sõltumata 2. etapis tuvastatud esmasest rikke mehhanismist, hinnake liigpinge piiraja seisundit igas mõjutatud liinilõigu seadmes:

1. Visuaalne kontroll: Kontrollige korpuse pragusid, otsakute nihkumist ja süsiniku ladestumist - kõik füüsilised kahjustused vajavad viivitamatut väljavahetamist.
2. Lekke voolu mõõtmine: Mõõtke takistuslikku lekkevoolu tööpinge juures - asendage kõik piirajad, mille takistuslik lekkevool on > 1 mA.
3. Kontrollige armatuuri pingekategooriat: Kinnitage $U_{COV}$ ≥ faasi ja maa vaheline tööpinge, sealhulgas TOV-tegur - asendage kõik alahinnatud kaitsmed.
4. Mõõtke eralduskaugus: Kinnitage, et arrektori ja LBS-i vaheline kaugus on ≤ 20 m - kõik seda kaugust ületavad arrektorid tuleb ümber paigutada.

4. samm: Isolatsiooni saastumise hindamine

Mehhanismina 1 (märja saastumise leekkumine) määratletud rikete puhul:

1. Mõõtke ekvivalentne soolaladestuse tihedus (ESDD): Peske isolaatori pinda deioniseeritud veega, mõõtke pesuvee juhtivust - arvutage ESDD mg/cm².
2. Klassifitseerige saastatuse raskusaste: Võrrelda ESDD-d IEC 60815-1 raskusastmetega.
3. Arvutage nõutav hiilimiskaugus: Kohaldada IEC 60815-1 minimaalset sõiduulatuskaugust mõõdetud saastetaseme puhul.
4. Võrrelge paigaldatud hiilimiskaugusega: Kui paigaldatud libisemisdistants < IEC 60815-1 nõue, tuleb määrata õige libisemisdistantsiga asendusisolaatorid.

5. samm: Rikkejärgne spetsifikatsioon asendusseadmete jaoks

Rikkumismehhanism	Põhjus	Asendamine Spetsifikatsiooni muutmine
Mehhanism 1 - märja saastumise leekumine	Ebapiisav hiilimisjälg	Suurendage isolaatori roomava vahemaa vastavalt IEC 60815-1 nõuetele saastatuse taseme kohta.
Mehhanism 2 - Impulssülepinge	Arresteri koordineerimise rike	Asendage armatuur õige $U_{COV}$ reiting; kontrollige, et eralduskaugus oleks ≤ 20 m
Mehhanism 3 - välkkiirtejärgne energia	Kaarelülituse kaitse puudub	Paigaldage kaitselüliti või tagasivoolukaitselüliti ülesvoolu; täpsustage LBS koos kaarkaitse hinnanguga.
Mehhanism 4 - kombineeritud mehaaniline pinge	Eelnev isolaatori lagunemine	Isolaatorite kontrolliprogrammi rakendamine; pragunenud või kahjustatud isolaatoritega seadmete asendamine.

Millised võrgu uuendamise ja elutsükli strateegiad vähendavad mastile paigaldatud LBS-i äikesevigade määra?

Võrgustiku uuendamise piksekaitse spetsifikatsioon

Iga võrgu uuendamise projekt, millega muudetakse õhuliini pinget, marsruutimist või topoloogiat, peab sisaldama kõigi uuenduskoridoris asuvate mastile paigaldatud LBS-üksuste piksekaitsehinnangut. Hindamine peab käsitlema kõiki nelja veamehhanismi:

Mehhanism 1 ennetamine - isolaatori saastumise spetsifikatsioon:

• Enne asendusisolaatorite määramist teostage saasteuuring vastavalt IEC 60815-1.
• Määrata minimaalne libisemiskaugus mõõdetud ESDD alusel - mitte üldise ala klassifikatsiooni alusel.
• Kohaldada 20% täiendavat roomavusmarginaali võrguparandusprojektide puhul, mis suurendavad liinipingeid.

Mehhanism 2 ennetamine - ülepingealarmi koordineerimise spetsifikatsioon:

• Arvuta $U_{COV}$ nõue, sealhulgas TOV-tegur võrgu maanduskonfiguratsiooni jaoks
• Määrake kaitsja paigaldamine 15 m kaugusele kaitstud LBS-klemmidest - mitte lähimale sobivale mastile.
• Kontrollida kaitsevaru: arresteri jääkpinge 10 kA tühjendamisel ≤ 87% LBS LIWV-st

Mehhanism 3 ennetamine - kaarkaitse arhitektuur:

• Paigaldada väljaheitesulavkaitsmed või liinide sulgurid kuni 5 km pikkuste intervallidega liinidele, mille rikke kustutusaeg on > 150 ms.
• Määrake välitingimustes kasutatavad LBS-seadmed, mille kaitsevõime vastab liinivigade tasemele ja kustutusajale.
• Kooskõlastage kaarekaitseseadme tööd eelneva kaitsega, et tagada rikkeenergia piiramine enne LBS-i jõudmist.

Mehhanism 4 ennetamine - mehhaanilise terviklikkuse spetsifikatsioon:

• Määrake välitingimustes kasutatavad LBS-seadmed, mille minimaalne kaitseaste on IP65, et tagada töömehhanismide kaitse suure sademete hulgaga keskkondades.
• Nõuavad isolaatorite korpuste tehasepoolset survekatset - mitte ainult visuaalset kontrolli - seadmete puhul, mis on paigaldatud suure välgukokkupõrguga piirkondadesse.
• Kõigi väliste kinnitusdetailide ja kontaktvedrude jaoks tuleb ranniku- ja tööstuskeskkondades kasutada roostevabast terasest riistvara.

Elutsükli hooldusgraafik mastile paigaldatud välitingimustes paiknevate LBSide jaoks kõrge valgustuse tasemega piirkondades

Hooldustegevus	Intervall	Meetod	Vastuvõtukriteerium
Isolaatori saastumise hindamine	Iga-aastane (tormieelne hooaeg)	ESDD mõõtmine või samaväärne	ESDD IEC 60815-1 klassi piires paigaldatud hiilimisjälgede puhul
Isolaatori visuaalne kontroll	Iga-aastane	Binokkel või drooni kontroll	Puuduvad praod, purunemised või jälgimisjäljed.
Paiskumisvarjestuse lekkevool	Iga-aastane	Online lekkevoolumõõtur	Resistiivne komponent < 1 mA
Paisu piiraja termiline kujutamine	Iga-aastane (tormijärgne hooaeg)	Infrapunakaamera tööpinge juures	Kuumad kohad > 5 K kõrgemal kui naaberfaasidel puuduvad
Kontakttakistuse mõõtmine	Iga 3 aasta tagant	Mikro-ohmmeeter ≥ 100 A DC	≤ 150% kasutuselevõtu lähtejoontest
Töömehhanismi kontroll	Iga 3 aasta tagant	Käsitsi töötamine + määrimine	Sujuv toimimine, õige asukoha näitamine
Tormijärgne kontroll	Pärast iga tugevat tormi	Täielik visuaalne + arresteri lekkevool	Kahjustusi ei ole; asendage kõik kahjustatud komponendid
Paisu piiraja asendamine	Iga 10 aasta tagant või pärast märkimisväärset üleujutussündmust	Täielik asendamine - mitte renoveerimine	Uus üksus koos kontrollitud $U_{COV}$ hinnang

Piksesageduse tsoneerimine hooldusintervalli reguleerimiseks

Jaotuseliinide lõigud suure välgukahjustusega piirkondades - defineeritud kui maapealne välgutihedus (GFD) > 4 välku/km² aastas vastavalt IEC 62305-2.⁵ - nõuavad suuremat hooldussagedust:

• Iga-aastane isolaatorite puhastamine: Kõrge GFD-ga piirkondades võib iga-aastaste ülevaatuste vahel kogunev saaste olla piisav, et põhjustada märja leekide teket - puhastamine enne iga tormihooaega vähendab mehhanismi 1 rikke määra 60-80% võrra.
• Iga kahe aasta tagant toimuv liigpinge piiraja vahetus: Kõrge GFD tasemega piirkondades, kus on > 10 registreeritud üleujutussündmust aastas, akumuleerub MOV lagunemine kiiremini kui tavapärane 10-aastane asendusintervall - kaheaastane asendamine säilitab kaitsevaru.
• Tormijärgne kontroll 48 tunni jooksul: Kõrge GFD-ga piirkondades esineb mitu tugevat tormi hooaja jooksul - tormikahjustusega seade, mida ei ole enne järgmist tormi tuvastatud ja välja vahetatud, rikub vähenenud talumisvõime tõttu.

Teine kliendi juhtum näitab elutsükli strateegia väärtust. Malaisia põhivõrgu- ja jaotusvõrguettevõtja töökindlusinsener, kes haldab 33 kV õhuliinivõrku suure GFD-ga rannikualal (GFD = 12 välgumihkli/km²/aastas), võttis Beptoga ühendust pärast seda, kui tal oli ühe tormihooaja jooksul 23 masti paigaldatud välitingimustes asuva LBS-i rikkeid - see oli 4 korda suurem kui eelmisel hooajal. Uurimine näitas, et eelarveline hoolduse edasilükkamine oli lükanud iga-aastase isolaatorite puhastamise ja liigpingekaitse lekkevoolu hindamise 18 kuuks edasi. Edasilükkamise ajal oli ranniku soolasaaste kogunenud ESDD tasemeni, mis oli 2,5 korda kõrgem kui IEC 60815-1 künnis paigaldatud isolaatorite lekkeulatuses, ja 6 liigpingekaitse seadet olid lagunenud resistiivsete lekkevooludeni üle 2 mA, mis pakkusid minimaalset kaitset välgukaitsele. Bepto tarnis kõigi lagunenud seadmete jaoks asenduspinge piirajad ja 8 km pikkuse rannikuosa jaoks kõrge vooluhulgaga asendusisolaatorid. Läbivaadatud hooldusprotokoll - iga-aastane puhastamine ja armatuuride hindamine ilma edasilükkamiseta - vähendas järgmise hooaja tormirikkeid 2 seadmele, mis mõlemad tulenesid pigem otsestest välgulöökidest kui ennetatavatest riketest.

Kokkuvõte

Raskete äikesetormide ajal esinevad masti paigaldatud LBS-i rikked ei ole juhuslikud loodusnähtused - need on prognoositavad tehnilised rikked, mis järgivad nelja erinevat mehhanismi, millest igaühel on konkreetne algpõhjus, konkreetne ennetusstrateegia ja konkreetne füüsiline tõend, mis tuvastab mehhanismi tormijärgsel kontrollimisel. Niiske saastumise leekide tekkimine ebapiisavalt määratletud isolaatorite puhul, paiskumisvarjestite kooskõlastamise rike vale pingeväärtuse või liigse eralduskauguse tõttu, välgulöögijärgne kaarenergia hävimine puuduva kaarkaitse tõttu ja kombineeritud pingega mehaaniline rike, mis tuleneb juba olemasolevast lagunemisest, nõuavad kõik erinevaid parandusmeetmeid - ja rikutud seadmete asendamine identsete spetsifikatsioonidega ilma mehhanismi tuvastamata tagab samad rikkeid järgnevate tormide korral. Määrake isolaatori roomamisteed pigem mõõdetud ESDD andmete kui üldiste piirkonnaklassifikatsioonide alusel, kontrollige ülepinge piirajat. $U_{COV}$ võrgu maanduskonfiguratsiooni tegeliku TOV-teguri suhtes, paigaldada kaitsevarjestused 15 m kaugusele kaitstud LBS-klemmidest, rakendada kaarekaitseseadmeid intervallidega, mis on kooskõlas liinivigade taseme ja puhastusaegadega, ning viia tormijärgne kontrolliprotokoll läbi 48 tunni jooksul pärast iga tõsist tormi - see on täielik distsipliin, mis muudab äikesevigastuse korduvast hoolduskoormusest hallatavaks ja järk-järgult vähendatavaks riskiks kogu LBS-teenuse välitegevuse elutsükli vältel.

Korduma kippuvad küsimused mastile paigaldatud LBS-i rikete kohta tugevate äikesetormide ajal

1. “Isolaatorite reostuse ülejooks”, https://ieeexplore.ieee.org/document/4113919. Selgitab, kuidas märjad saastekihid vähendavad dielektrilist vastupidavust. Tõendite roll: mehhanism; Allikatüüp: teadusuuringud. Toetab: vähendab efektiivset leekimispinget 30-70% võrra alla puhta, kuiva vastupidavuse väärtuse. ↩

2. “IEC 60815-1:2008”, https://webstore.iec.ch/publication/3553. Saastunud tingimustes kasutamiseks ettenähtud kõrgepinge isolaatorite valiku ja mõõtmete standard. Tõendusmaterjali roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: IEC 60815-1 määratleb saastatuse raskusastmed (a kuni e) ja määrab kindlaks minimaalse spetsiifilise sõiduulatuskauguse. ↩

3. “IEC 62271-103:2021”, https://webstore.iec.ch/publication/60548. Määratleb nõuded kõrgepingelülititele. Tõendite roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: IEC 62271-103 LIWV nõuded välistingimustes kasutatavatele LBSidele. ↩

4. “IEEE C62.22”, https://standards.ieee.org/ieee/C62.22/4111/. Juhend metalloksiidist liigpinge piirajate rakendamiseks. Tõendusmaterjali roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: Pinge kaitstava seadme klemmidel suureneb ligikaudu 1 kV võrra iga meetri vahemaa kohta väljalülituri ja kaitstava seadme vahel. ↩

5. “IEC 62305-2:2010”, https://webstore.iec.ch/publication/61732. Kaitse äikese eest - 2. osa: riskijuhtimine. Tõendusmaterjali roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: maapealse välgu tihedus (GFD) > 4 välku/km²/aastas vastavalt IEC 62305-2. ↩