Русская версия English version

Разработка и исследование имитационной модели мультикамерного разрядника для грозозащитного троса

О.С. Мельникова, А.М. Чикалева, С.В. Воробьев

Вестник ИГЭУ, 2024 г. выпуск 2, сс. 49—58

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса. Грозозащитные тросы со встроенным оптическим волокном являются эффективным решением для прокладки магистральных цифровых коммуникаций вдоль высоковольтных линий электропередачи. Это позволяет использовать уже существующую инфраструктуру энергосети и обеспечить передачу большого объема данных. Протекание токов молнии и токов короткого замыкания может вызвать нарушение термической стойкости оптоволокна и ухудшение его производительности. При изолированной подвеске грозозащитных тросов со встроенным оптическим волокном через изолятор, шунтированный искровым промежутком, в процессе эксплуатации возможно изменение расстояния в разрядном промежутке за счет смещения электродов в плоскости, а также при близости места короткого замыкания будут происходить множественные перекрытия и, как следствие, через грозозащитный трос со встроенным оптическим волокном будет протекать ток КЗ. В связи с этим представляется перспективным рассмотрение возможности применения устройства с многоэлектродной системой, построенного по принципу мультикамерного разрядника, в качестве замены искрового промежутка для повышения надежности работы узла с изолированной подвеской грозозащитного троса со встроенным оптическим волокном.

Материалы и методы. Моделирование устройства выполнено в программном комплексе ANSYS Maxwell, математический аппарат которого основан на использовании дифференциальных уравнений Максвелла и методе конечных элементов, позволяющем с достаточно высокой точностью выполнять численное моделирование.

Результаты. Разработана имитационная модель мультикамерного разрядника в программном комплексе ANSYS Maxwell и выполнены расчеты распределения напряжения и напряженности электрического поля. Для системы электродов модели мультикамерного разрядника определено неравномерное распределение приложенного напряжения по искровым разрядным промежуткам камер. Показано, что при воздействии напряжения на разрядник между потенциальным и последующим электродами возникает наибольшая напряженность электрического поля, что при увеличении напряжения приводит к каскадности срабатывания разрядных промежутков, которая обеспечивает требуемые низкие разрядные напряжения срабатывания разрядника в целом.

Выводы. Разработанная упрощенная имитационная модель мультикамерного разрядника показала необходимую для каскадного срабатывания картину распределения напряжения и напряженности электрического поля между различными электродами. На основании проведенных исследований определена конфигурация электродов для разработки физического прототипа и дальнейших исследований мультикамерного разрядника.

Список литературы на русском языке: 
  1. Актуальные вопросы цифровой трансформации электросетевого комплекса // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2023. – № 1(76). – С. 6–16. – EDN PBOPJH.
  2. Хренников А.Ю., Любарский Ю.Я. Цифровизация в электроэнергетике: эксплуатация и оперативное управление электрическими сетями // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2021. – № 4(67). – С. 44–50. – EDN VYSUCS.
  3. Energy Sector Enterprises in Digitalization Program: Its Implication for Open Innovation / Y. Valeeva, M. Kalinina, L. Sargu, et al. // Journal of Open Innovation: Technology, Market, and Complexity. – 2022. – Vol. 8, No. 2. – DOI: 10.3390/joitmc8020081. – EDN FCDQLT.
  4. Техника высоких напряжений: учеб. для вузов / И.М. Богатенков, Ю.Н. Бочаров, Н.И. Гумерова, Г.М. Иманов; под ред. Г.С. Кучинского. – СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петерб. отд-ние, 2003. – 608 с.
  5. Дмитриев М.В., Родчихин С.В. Расчет термической стойкости грозозащитных тросов ВЛ 110–750 кВ // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2017. – № 3(42). – С. 66–69. – EDN ZEPJLF.
  6. Damage Characteristics of OPGWs under Consecutive Lightning Strikes Based on a Coupled Arc-Thermal-Electric Simulation / Jinru Sun, Shu Li, Qin Qing, et al. // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2023, June. – Vol. 38, Issue 3.
  7. Дмитриев М.В., Родчихин С.В. Грозозащитные тросы ВЛ 35–750 кВ. Выбор мест заземления // Новости ЭлектроТехники. – 2017. – № 2(104). –  С. 2–5.
  8. Якушева Ю.С. Грозозащита и заземление. Молниеотводы, грозозащитные тросы и разрядники // Актуальные проблемы энергетики: материалы 70-й науч.-техн. конф. студ. и асп. / Белорусский национальный технический университет. Энергетический факультет. Секция 2: Электрические системы. – Минск: БНТУ, 2014. – С. 104–105.
  9. Ефремов И.А., Кузьмин А.А. Роль грозозащитных тросов в процессах короткого замыкания // Доклады ТУСУРа. – 2012, июнь. – № 1(25). – Ч. 1.
  10. Research on Compact Design of Multi-chamber Arc-extinguishing Structure for Lightning Protection / Shizun Pu, Wenbin Jia, Hongmei Li, et al. // 2020 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application (ICHVE). – Beijing, China, 2020.
  11. Overhead Lines Lightning Protection by MultiChamber Arresters and Insulator-Arrester / G.V. Podporkin, V.E. Pilshikov, E.S. Kalakutsky, A.D. Sivaev // 2014 International Conference on Lightning Protection (ICLP). – Shanghai, China, 2014.
  12. Вентильные разрядники высокого напряжения / Д.В. Шишман, А.И. Бронфман, В.И. Пружинина, В.П. Савельев. – Л.: Изд-во «Энергия», 1971. – 262 с.
Ключевые слова на русском языке: 
высоковольтные линии электропередач, мультикамерный разрядник, имитационная модель мультикамерного разрядника, молниезащитные тросы, напряженность электрического поля
Ключевые слова на английском языке: 
high-voltage power lines, multi-chamber arrestor, simulation model of a multi-chamber arrester, lightning protection cables, electric field strength
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2024.2.049-058
Количество скачиваний: 
24