Почему монтируемые на столбах агрегаты выходят из строя во время сильных гроз

Введение

Установленные на столбах выключатели нагрузки на высоковольтных воздушных распределительных линиях находятся в наиболее неблагоприятной с электрической точки зрения среде в распределительной сети - они подвержены прямым ударам молнии, волновым перенапряжениям от близлежащих ударов, импульсным напряжениям с крутым фронтом от вспышек на линии, а также комбинированным механическим и электрическим нагрузкам от дождя, ветра и загрязнения, которые в условиях сильной грозы концентрируются в течение нескольких минут, а не часов. Частота отказов наружных блоков LBS, установленных на столбах, во время сильных гроз распределяется не равномерно по всей совокупности установленных устройств: она концентрируется вокруг конкретных недостатков конструкции, ошибок монтажа и пробелов в координации защиты, которые делают определенные блоки непропорционально уязвимыми, в то время как соседние блоки на той же линии переносят идентичные грозовые события без повреждений. Чтобы понять, почему столбовые установки выходят из строя во время сильных гроз, необходимо разделить четыре различных механизма отказа - диэлектрический пробой деградировавшей изоляции, нарушение координации ОПН, неадекватность дуговой защиты при устранении последствий молнии и механический отказ из-за комбинированного электрического и экологического напряжения, - поскольку у каждого механизма своя первопричина, своя стратегия предотвращения и своя схема поиска неисправностей, определяющая правильные действия после отказа в случае грозы. Для инженеров по модернизации сетей, групп по обслуживанию распределительных линий и специалистов по дуговой защите, отвечающих за наружные LBS на высоковольтных воздушных линиях, это руководство предоставляет полный анализ механизма отказа, основы стандартов МЭК для правильной координации защиты от перенапряжений и схему поиска неисправностей, которая позволяет определить конкретный режим отказа по данным, полученным после бури, до того, как будет определено оборудование для замены.

Оглавление

• Каковы четыре различных механизма отказа, которые приводят к выходу из строя устройств LBS, установленных на столбах, во время сильных гроз?
• Как неисправность координации ОПН приводит к повреждению наружных блоков LBS от перенапряжения молнии?
• Как устранить неполадки в работе LBS, установленных на столбах, после сильных грозовых разрядов?
• Какие стратегии модернизации и жизненного цикла сети позволяют снизить количество отказов LBS, установленных на столбах, во время грозы?

Каковы четыре различных механизма отказа, которые приводят к выходу из строя устройств LBS, установленных на столбах, во время сильных гроз?

Четыре механизма отказа, которые приводят к выходу из строя наружных блоков LBS, установленных на столбах, во время сильных гроз, механически и электрически различны - они генерируют разные сигналы повреждения, возникают в разные моменты времени грозового события и требуют различных стратегий предотвращения и устранения. Если рассматривать все отказы во время грозы как эквивалентное повреждение молнией, это приведет к появлению спецификаций на замену, которые устраняют симптом без устранения основной причины.

Механизм разрушения 1: Диэлектрический пробой разрушенной от загрязнения изоляции

Наиболее статистически частый отказ столбовых ЛБС во время грозы вызван не самой молнией, а сочетанием уже существующей деградации изоляции и влажного загрязняющего слоя, который сильный грозовой дождь наносит на поверхность изоляторов.

Путь деградации:
На изоляторах LBS, эксплуатируемых вне помещений, за месяцы и годы службы накапливаются отложения загрязнений - соли, цементной пыли, промышленных частиц и биологических образований. В сухих условиях этот слой загрязнений является резистивным и не снижает диэлектрическую прочность изолятора. Когда грозовые дожди смачивают слой загрязнения, он становится проводящим, превращая поверхность изолятора из высокоомного пути в низкоомный путь утечки, который снижает эффективное напряжение вспышки на 30-70% ниже чистого, сухого значения выдерживаемого напряжения.

Грозовой триггер:
Сниженное напряжение вспышки в условиях влажного загрязнения может быть ниже нормального напряжения силовой частоты на линии - это означает, что изолятор вспыхнет при нормальном рабочем напряжении без участия молнии. Чаще всего пониженное напряжение вспышки оказывается ниже уровня коммутационных перенапряжений и переходных процессов в линии, которые возникают во время грозы, вызывая вспышку при перенапряжениях, которые изолятор выдержал бы в чистых, сухих условиях.

Основа стандартов МЭК:
IEC 60815-1¹ определяет уровни тяжести загрязнения (от a до e) и устанавливает минимальное удельное расстояние ползучести (мм/кВ), необходимое для каждого уровня:

Уровень загрязнения	Описание окружающей среды	Минимальное расстояние ползучести (мм/кВ)
a - Очень легкий	Пустыня, сельская местность с низким уровнем загрязнения	16 мм/кВ
b - Свет	Сельское хозяйство, легкая промышленность	20 мм/кВ
c - средний	Прибрежный (>10 км), умеренный промышленный	25 мм/кВ
d - тяжелый	Прибрежные (<10 км), тяжелые промышленные	31 мм/кВ
e - Очень тяжелый	Прямое побережье, химический завод	39 мм/кВ

Устанавливаемые на столбах устройства LBS с расстоянием между ползунками ниже требований IEC 60815-1 для их среды загрязнения будут испытывать вспышки влажного загрязнения во время каждой сильной грозы - независимо от активности молнии.

Механизм отказа 2: перенапряжение, превышающее допустимое для изоляции

При ударе молнии в воздушную линию или рядом с ней возникает импульс тока с крутым фронтом, который распространяется в виде бегущая волна² по проводам линии. Величина напряжения этой бегущей волны в месте установки LBS на столбе зависит от тока удара, импульсного сопротивления линии и расстояния от точки удара:

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

Для типичной воздушной распределительной линии с импульсным сопротивлением $Z_{line} = 400 \text{ Ω}$ и умеренный удар молнии $I_{lightning} = 20 \text{ kA}$:

$U_{напряжение} = \frac{400}{2} \times 20,000 = 4,000,000 \text{ V} = 4,000 \text{ kV}$

Это теоретическое импульсное напряжение значительно превышает напряжение, выдерживающее импульс молнии (LIWV) любого распределительного оборудования - разрядник должен зажать это напряжение до уровня ниже LIWV оборудования, прежде чем оно достигнет клемм LBS.

Условие отказа: Если ограничитель перенапряжения не может зажать импульсное напряжение ниже уровня LBS выдерживаемое напряжение импульса молнии³ (LIWV), импульсное напряжение появляется на изоляции LBS. Если импульсное напряжение превышает LIWV, происходит диэлектрический пробой - либо в виде вспышки на поверхности изолятора (восстанавливаемый), либо в виде пробоя через корпус изолятора (невосстанавливаемый, требующий замены).

Требования IEC 62271-103 LIWV для наружных LBS:

Номинальное напряжение (кВ)	Выдерживаемое напряжение импульса молнии (кВ пик)	Требования к уровню защиты ОПН
12 кВ	75 кВ	≤ 65 кВ (87% от LIWV)
24 кВ	125 кВ	≤ 109 кВ (87% от LIWV)
36 кВ	170 кВ	≤ 148 кВ (87% от LIWV)
40,5 кВ	185 кВ	≤ 161 кВ (87% от LIWV)

Защитный запас 87% учитывает разницу напряжений между точкой установки разрядника и клеммами LBS - напряжение бегущей волны на клеммах LBS выше, чем остаточное напряжение разрядника, из-за расстояния между разрядником и защищаемым оборудованием.

Механизм отказа 3: неадекватность дуговой защиты при устранении неисправностей после освещения

Молнии, вызванные вспышками на воздушных линиях, создают дуги тока высокой частоты, которые должны быть прерваны системой защиты линии. Если дуга возникает на или рядом с установленным на столбе LBS, энергия дуги попадает непосредственно на контактный узел и изоляцию LBS, и способность LBS к дуговой защите определяет, выживет ли устройство после отключения повреждения или будет уничтожено им.

Расчет энергии дуги:

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

Для распределительной линии 11 кВ с током повреждения 8 кА и временем срабатывания защиты 200 мс:

$W_{arc} = (8,000)^2 \times 0.05 \times 0.2 = 640,000 \text{ J} = 640 \text{ kJ}$

Этой энергии дуги - 640 кДж за 200 мс - достаточно, чтобы разрушить контактный узел LBS, установленный вне помещения, который не рассчитан на прерывание тока повреждения. Критическое различие: наружный LBS рассчитан на прерывание тока нагрузки, а не на прерывание тока повреждения. Если дуга тока после молнии возникает, когда LBS находится в закрытом положении, контактный узел LBS поглощает всю энергию дуги до тех пор, пока вышестоящая защита не устранит повреждение.

Зазор для защиты от дуги: Наружные блоки LBS на распределительных линиях часто устанавливаются без устройств дуговой защиты - дуговых промежутков, вытесняющих предохранителей или реклоузеров, - которые отводят дугу тока от контактного узла LBS. В таких установках каждый раз после молниевого разряда энергия дуги попадает непосредственно на LBS, накапливая повреждения, которые в конечном итоге приводят к выходу из строя контактного узла во время грозы.

Механизм разрушения 4: Механическое разрушение в результате комбинированного воздействия электричества и окружающей среды

Сильные грозы сочетают электрическое напряжение молнии с механическим напряжением окружающей среды - сильным ветром, ударами дождя, быстрым тепловым циклом от нагрева дуги с последующим охлаждением дождем, а также механическим ударом от близких ударов молнии, передающимся через конструкцию столба. Установленные на столбах устройства LBS с уже существующей механической деградацией - корродированными рабочими механизмами, треснувшими корпусами изоляторов, усталыми контактными пружинами - выходят из строя под воздействием этих комбинированных нагрузок при таких уровнях нагрузки, которые не привели бы к отказу ни при электрических, ни при механических нагрузках по отдельности.

Путь разрушения при комбинированном напряжении:

1. Существующая микротрещина изолятора (в результате предыдущего термоциклирования или механического воздействия) - не обнаружена при обычном визуальном осмотре
2. Грозовой дождь проникает в трещину - вода в трещине снижает диэлектрическую прочность пути трещины
3. Напряжение молнии возникает в изоляторе - снижение диэлектрической прочности мокрой трещины вызывает вспышку вдоль трещины
4. Дуга с током высокой частоты нагревает путь трещины - тепловое расширение расширяет трещину
5. Последующее охлаждение дождем сужает трещину - механическая усталость разрушает изолятор в месте трещины
6. Разрушение изолятора приводит к замыканию фазы LBS на землю - полный отказ устройства

Этот путь разрушения объясняет, почему при осмотре после бури часто обнаруживаются трещины изолятора, которые кажутся механическими разрушениями - первопричиной является отказ диэлектрика, который инициировал последовательность механических разрушений.

Как неисправность координации ОПН приводит к повреждению наружных блоков LBS от перенапряжения молнии?

Координация ОПН - самый технически сложный элемент молниезащиты столбовых ЛБС, и именно этот элемент чаще всего неправильно реализуется в проектах модернизации распределительных сетей. Три нарушения координации ОПН, которые чаще всего приводят к повреждению наружных устройств LBS от перенапряжения молнии, - это неправильный номинал напряжения ОПН, чрезмерное расстояние между ОПН и защищаемым оборудованием, а также деградация ОПН, которая привела к снижению защитного запаса без видимого отказа.

Нарушение координации 1: Неправильный номинал напряжения ограничителя перенапряжения

Постоянное рабочее напряжение разрядника ($U_{COV}$) должно быть выбрано выше максимального непрерывного напряжения частоты питания в точке установки - в том числе временное перенапряжение⁴ (TOV) при земных разломах в незаземленных или резонансно-заземленных сетях:

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

Для системы 33 кВ ($U_{system_max}$ = 36 кВ) с резонансным заземлением ($k_{TOV}$ = 1,73 для полного замыкания на землю TOV):

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

Распространенная ошибка: Указание разрядников на основе номинального напряжения системы, а не максимального непрерывного рабочего напряжения в условиях TOV. Разрядник, указанный для $U_{COV}$ = 20,8 кВ ($36/\sqrt{3}$) в системе 33 кВ с резонансным заземлением будет переведена в режим непрерывной проводимости во время замыкания на землю TOV - термическая перегрузка и разрушение разрядника в момент, когда он наиболее необходим для молниезащиты.

Деградировавший или разрушенный разрядник обеспечивает нулевую защиту - LBS подвергается воздействию полного импульсного напряжения без фиксации.

Нарушение координации 2: чрезмерное расстояние между ОПН и защищаемым оборудованием

Остаточное напряжение на клеммах LBS выше, чем остаточное напряжение на клеммах разрядника - разница обусловлена отражением бегущей волны на клеммах LBS и индуктивностью соединения между разрядником и LBS:

$U_{LBS} = U_{arrester_residual} + 2 \times S \times \frac{dI}{dt} \times L_{соединение}$

Где $S$ крутизна фронта волны тока молнии (кА/мкс),$dI/dt$ текущая скорость роста, и $L_{соединение}$ индуктивность провода между разрядником и клеммой LBS.

Правило разделительного расстояния: Напряжение на клеммах защищаемого оборудования увеличивается примерно на 1 кВ на каждый метр расстояния между разрядником и защищаемым оборудованием для типичной крутизны фронта волны молнии. Для наружного LBS 12 кВ с LIWV 75 кВ и разрядника с остаточным напряжением 30 кВ:

$\text{Максимальное разделение} = \frac{75 - 30}{1 \text{кВ/м}} \times \frac{1}{2} = 22,5 \text{ м}$

Фактор 2 учитывает удвоение отражения бегущей волны на терминалах LBS. Разрядники, установленные на расстоянии более 20-25 м от защищаемого наружного LBS, обеспечивают все более слабую защиту - при расстоянии более 50 м разрядник обеспечивает незначительную защиту от крутопадающих грозовых перенапряжений.

Отказ координации 3: деградация разрядника, устраняющая защитный запас

Металлооксидные варисторы (MOV) разрядников деградируют с каждым событием поглощения энергии перенапряжения - уровень защиты (остаточное напряжение при номинальном токе разряда) увеличивается по мере деградации блоков MOV, уменьшая запас между уровнем защиты разрядника и LIWV оборудования. Разрядник, который был правильно согласован при установке, может потерять свой защитный запас через 5-10 лет эксплуатации в зоне с высокой частотой попадания молнии.

Обнаружение деградации разрядника:

• Измерение тока утечки: Резистивный ток утечки > 1 мА при рабочем напряжении указывает на значительную деградацию магнитопровода - требуется замена разрядника
• Анализ тока третьей гармоники: Третья гармоническая составляющая тока утечки > 20% от общего тока утечки указывает на неравномерную деградацию блока MOV
• Тепловидение: Горячие пятна на корпусе разрядника указывают на локальное разрушение блока MOV - требуется немедленная замена разрядника

Клиентский случай, демонстрирующий последствия нарушения координации разрядников: Руководитель проекта модернизации сети регионального распределительного предприятия в Индонезии обратился в компанию Bepto после того, как во время одной сильной грозы на коридоре воздушной линии 20 кВ произошло семь отказов наружных LBS, установленных на столбах. Расследование после грозы показало, что все семь вышедших из строя устройств были расположены на 15-километровом участке линии, который был модернизирован 18 месяцев назад - в результате модернизации напряжение линии было повышено с 11 кВ до 20 кВ, но были сохранены оригинальные ограничители перенапряжения на 11 кВ. Разрядники 11 кВ были $U_{COV}$= 8,4 кВ - ниже постоянного рабочего напряжения линии 20 кВ (11,5 кВ фаза-земля). После повышения напряжения разрядники постоянно находились в режиме частичной проводимости, что привело к деградации блоков MOV до такой степени, что они не обеспечивали молниезащиту во время грозы. Компания Bepto поставила запасные разрядники на 20 кВ с $U_{COV}$ = 17 кВ и координировал установку и замену всех семи поврежденных наружных блоков LBS. В последующие два грозовых сезона новых отказов не было.

Как устранить неполадки в работе LBS, установленных на столбах, после сильных грозовых разрядов?

Устранение неисправностей после шторма при поломке LBS, установленных на столбах, должно выявить конкретный механизм поломки на основании вещественных доказательств, прежде чем будет определено оборудование для замены - замена отказавшего устройства на идентичное по характеристикам устройство без устранения основной причины приведет к идентичному отказу в следующем штормовом событии.

Шаг 1: Определите сроки выхода из строя по записям о защите

Перед тем как подойти к отказавшему блоку, извлеките записи срабатывания реле защиты и данные регистратора неисправностей за период грозы:

• Время срабатывания реле в сравнении с временем удара молнии: Если реле защиты сработало в течение 1-2 мс после зарегистрированного удара молнии, то неисправность, скорее всего, относится к механизму 2 (импульсное перенапряжение) или механизму 3 (послемолниевая дуга). Если реле сработало через несколько минут после начала грозы, более вероятен механизм 1 (вспышка влажного загрязнения).
• Величина тока неисправности: Ток повреждения на уровне или выше уровня перспективного повреждения системы указывает на болтовое повреждение в результате разрушения изолятора (механизм 4); ток повреждения ниже перспективного уровня с быстрым затуханием указывает на вспышку дуги (механизм 1 или 2)
• Успех/неудача повторного закрытия: Успешное автозакрытие после повреждения указывает на вспышку (самоликвидацию после погасания дуги); неудачное повторное закрытие указывает на постоянное повреждение в результате разрушения изолятора или контактной сборки

Шаг 2: Оценка вещественных доказательств в вышедшем из строя устройстве

Тип доказательства	Наблюдение	Указанный механизм отказа
Слежение за поверхностью изолятора	Следы черного углерода на поверхности изолятора, без излома	Механизм 1 - вспышка от влажного загрязнения
Прокол изолятора	Отверстие в корпусе изолятора, углеродный налет вокруг пробоины	Механизм 2 - пробой импульсного перенапряжения
Разрушение изолятора	Чистый или углеродистый излом, без следов	Механизм 4 - механическое разрушение от комбинированного напряжения
Разрушение контактного узла	Расплавленный или испарившийся материал контактов, эрозия дуги	Механизм 3 - энергия дуги после молнии
Состояние разрядника	Треснувший корпус, смещение торцевого фитинга, углеродистые отложения	Отказ разрядника - основная причина нарушения координации
Состояние выводов разрядника	Расплавленный или испарившийся провод заземления разрядника	Сработал разрядник - проверьте номинал остаточного напряжения
Состояние прилегающей части	Идентичные повреждения на соседних блоках	Систематический сбой координации - не единичный случай

Шаг 3: Оценка устройства защиты от перенапряжений

Независимо от основного механизма отказа, определенного на этапе 2, оцените состояние ОПН на каждом блоке на пострадавшем участке линии:

1. Визуальный осмотр: Проверьте, нет ли трещин в корпусе, смещения торцевых фитингов и отложений углерода - любые физические повреждения требуют немедленной замены
2. Измерение тока утечки: Измерьте ток утечки резистора при рабочем напряжении - замените разрядник с током утечки резистора > 1 мА
3. Проверьте номинальное напряжение разрядника: Подтвердите $U_{COV}$ ≥ рабочее напряжение между фазой и землей, включая коэффициент TOV - замените разрядник с недостаточным номиналом
4. Измерьте разделительное расстояние: Убедитесь, что расстояние между ОПН и ЛБС ≤ 20 м - переместите любой ОПН, превышающий это расстояние.

Шаг 4: Оценка загрязнения изолятора

Для отказов, идентифицированных как Механизм 1 (вспышка от влажного загрязнения):

1. Измерение эквивалентная плотность солевых отложений⁵ (ESDD): Промойте поверхность изолятора деионизированной водой, измерьте проводимость промывочной воды - рассчитайте ESDD в мг/см²
2. Классифицируйте степень загрязнения: Сравните ESDD с уровнями серьезности по IEC 60815-1
3. Рассчитайте необходимое расстояние ползучести: Применяйте минимальное расстояние ползучести IEC 60815-1 для измеренного уровня загрязнения
4. Сравните с установленным расстоянием ползучести: Если установленное расстояние ползучести не соответствует требованиям IEC 60815-1, укажите запасные изоляторы с правильным расстоянием ползучести

Шаг 5: Спецификация оборудования для замены после отказа

Механизм отказа	Коренная причина	Замена Изменение спецификации
Механизм 1 - вспышка от влажного загрязнения	Недостаточное расстояние ползучести	Увеличение расстояния между изоляторами в соответствии с требованиями IEC 60815-1 по уровню загрязнения
Механизм 2 - Импульсное перенапряжение	Нарушение координации разрядника	Замените разрядник на исправный $U_{COV}$ рейтинг; проверьте расстояние между ними ≤ 20 м
Механизм 3 - энергия послесветовой дуги	Отсутствие защиты от отвода дуги	Установите вытесняющий предохранитель или АПВ выше по потоку; укажите LBS с номиналом защиты от дуги
Механизм 4 - комбинированный механический стресс	Предварительная деградация изолятора	Внедрить программу проверки изоляторов; заменить устройства с треснувшими или поврежденными изоляторами

Какие стратегии модернизации и жизненного цикла сети позволяют снизить количество отказов LBS, установленных на столбах, во время грозы?

Спецификация молниезащиты при модернизации сети

Каждый проект модернизации сети, изменяющий напряжение, маршрут или топологию воздушных линий, должен включать оценку молниезащиты для всех установленных на столбах наружных блоков LBS в коридоре модернизации. Оценка должна охватывать все четыре механизма отказа:

Механизм 1 предотвращения - спецификация загрязнения изолятора:

• Проведите исследование загрязненности участка в соответствии с IEC 60815-1 перед тем, как выбрать запасные изоляторы
• Укажите минимальное расстояние ползучести на основе измеренных ESDD - не на основе общей классификации областей
• Применять дополнительный запас ползучести 20% для проектов модернизации сети, повышающих напряжение в сети

Механизм 2 предотвращения - спецификация координации ОПН:

• Рассчитать $U_{COV}$ требования, включая коэффициент TOV для конфигурации заземления сети
• Укажите установку разрядника в пределах 15 м от защищенных клемм LBS - не на ближайшем удобном столбе
• Проверка защитного запаса: остаточное напряжение разрядника при разряде 10 кА ≤ 87% из LBS LIWV

Механизм 3 предотвращения - архитектура дуговой защиты:

• Устанавливайте выдергивающие предохранители или линейные АПВ с интервалом не более 5 км на линиях с временем устранения повреждения > 150 мс
• Закажите наружные блоки LBS с номиналами дуговой защиты, соответствующими уровню и времени отключения линии.
• Координируйте работу устройства дуговой защиты с вышестоящими защитами, чтобы обеспечить ограничение энергии повреждения до достижения LBS

Механизм 4 предотвращения - спецификация механической целостности:

• Устанавливайте наружные блоки LBS с минимальным классом защиты IP65 для защиты рабочего механизма в условиях сильных осадков
• Требуйте проведения заводских испытаний под давлением корпусов изоляторов - а не только визуального осмотра - для устройств, установленных в зонах с высокой освещенностью
• Для всех внешних крепежных элементов и контактных пружин в прибрежных и промышленных зонах используйте фурнитуру из нержавеющей стали

График технического обслуживания для наружных LBS, установленных на столбах в зонах с высокой освещенностью

Деятельность по техническому обслуживанию	Интервал	Метод	Критерий приемлемости
Оценка загрязнения изоляторов	Ежегодно (в предштормовой период)	Измерение ESDD или эквивалент	ESDD в соответствии с классом IEC 60815-1 для установленного ползучести
Визуальный осмотр изолятора	Ежегодно	Бинокль или беспилотный летательный аппарат	Никаких трещин, сколов или следов слежения
Ток утечки разрядника	Ежегодно	Онлайн измеритель тока утечки	Резистивная составляющая < 1 мА
Тепловизионное изображение разрядника	Ежегодно (после штормового сезона)	Инфракрасная камера при рабочем напряжении	Отсутствие горячих точек > 5 К над соседними фазами
Измерение сопротивления контактов	Каждые 3 года	Микроомметр ≥ 100 А постоянного тока	≤ 150% базового уровня ввода в эксплуатацию
Проверка рабочего механизма	Каждые 3 года	Ручное управление + смазка	Плавная работа, правильная индикация положения
Проверка после шторма	После каждого сильного шторма	Полный визуальный осмотр + ток утечки разрядника	Нет повреждений; замените все вышедшие из строя компоненты
Замена разрядника	Каждые 10 лет или после значительного скачка напряжения	Полная замена - не реконструкция	Новое устройство с проверенным $U_{COV}$ рейтинг

Зонирование частоты молний для корректировки интервала технического обслуживания

Участки распределительных линий в зонах с высокой частотой попадания молнии - определяемых как плотность вспышек на земле (GFD) > 4 вспышек/км²/год в соответствии с IEC 62305-2 - требуют более частого технического обслуживания:

• Ежегодная очистка изоляторов: В районах с высоким уровнем ГФД накопление загрязнений в период между ежегодными проверками может быть достаточным для возникновения мокрой вспышки - очистка перед каждым сезоном ливней снижает частоту отказов механизма 1 на 60-80%
• Двухгодичная замена ограничителя перенапряжения: В районах с высоким уровнем ГФД, где регистрируется более 10 нагонных явлений в год, деградация МОВ накапливается быстрее, чем стандартный 10-летний интервал замены - замена раз в два года сохраняет защитный запас
• Осмотр после шторма в течение 48 часов: В районах с высоким уровнем ГФД за сезон происходит несколько сильных штормов - устройство с повреждениями от шторма, которое не было обнаружено и заменено до начала следующего шторма, выйдет из строя при снижении устойчивости.

Второй клиентский случай демонстрирует ценность стратегии жизненного цикла. Инженер по надежности компании по передаче и распределению электроэнергии в Малайзии, управляющей сетью воздушных линий 33 кВ в прибрежной зоне с высоким уровнем ГФД (ГФД = 12 вспышек/км²/год), обратился в компанию Bepto после того, как столкнулся с 23 отказами наружных LBS на столбах за один сезон штормов, что в 4 раза превышало показатели предыдущего сезона. Расследование показало, что из-за отсрочки технического обслуживания, обусловленной бюджетом, ежегодная чистка изоляторов и оценка тока утечки разрядника были отложены на 18 месяцев. За время отсрочки загрязнение прибрежной солью накопилось до уровня ESDD, в 2,5 раза превышающего порог IEC 60815-1 для установленного расстояния между изоляторами, а 6 ОПН деградировали до резистивных токов утечки свыше 2 мА, обеспечивая минимальную молниезащиту. Компания Bepto поставила замену разрядников для всех деградировавших устройств и заменила изоляторы с высоким уровнем ползучести на 8-километровом прибрежном участке линии. Пересмотренный протокол технического обслуживания - ежегодная очистка и оценка разрядников без предоставления отсрочки - позволил сократить количество отказов от грозы в следующем сезоне до 2 единиц, причем оба были вызваны прямыми ударами молнии, а не предотвратимыми отказами от деградации.

Заключение

Отказы наружных LBS на столбах во время сильных гроз - это не случайные действия природы, а предсказуемые инженерные отказы, которые происходят по четырем различным механизмам, каждый из которых имеет конкретную первопричину, конкретную стратегию предотвращения и конкретные признаки, позволяющие идентифицировать механизм при осмотре после грозы. Вспышка влажного загрязнения на изоляторах, не соответствующих спецификации, нарушение координации ОПН из-за неправильного номинального напряжения или чрезмерного разделительного расстояния, разрушение дуги после молнии из-за отсутствия дуговой защиты и механическое разрушение под действием комбинированных напряжений из-за предшествующей деградации требуют различных корректирующих действий, а замена отказавших блоков с идентичными спецификациями без определения механизма гарантирует идентичные отказы в последующих грозовых событиях. Указывайте расстояния между изоляторами на основе измеренных данных ESDD, а не общих классификаций областей, проверьте разрядник. $U_{COV}$ с фактическим коэффициентом TOV для конфигурации заземления сети, устанавливать разрядники в пределах 15 м от защищенных терминалов LBS, устанавливать устройства дуговой защиты с интервалами, соответствующими уровню повреждения линии и времени очистки, и выполнять протокол послештормового осмотра в течение 48 часов после каждого сильного грозового события - это полная дисциплина, которая превращает грозовой разряд из повторяющегося бремени обслуживания в управляемый и постепенно снижаемый риск в течение всего жизненного цикла LBS на открытом воздухе.

Вопросы и ответы о поломках LBS на столбах во время сильных гроз

1. Официальный стандарт IEC, определяющий выбор и определение размеров высоковольтных изоляторов для загрязненной среды. ↩

2. Академический ресурс или инженерное руководство, объясняющее, как разряды молнии распространяются в виде бегущих волн по высоковольтным линиям. ↩

3. Техническое руководство или стандарт, объясняющий расчет и испытания электрического оборудования на выдерживание импульса молнии. ↩

4. Инженерный справочник с подробным описанием причин и расчетов временных перенапряжений в сетях с резонансным заземлением. ↩

5. Техническая методология и лучшие отраслевые практики для измерения эквивалентной плотности солевых отложений на электрических изоляторах. ↩