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
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.
- Актуальные вопросы цифровой трансформации электросетевого комплекса // Электроэнергия. Передача и распределение. – 2023. – № 1(76). – С. 6–16. – EDN PBOPJH.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Дмитриев М.В., Родчихин С.В. Грозозащитные тросы ВЛ 35–750 кВ. Выбор мест заземления // Новости ЭлектроТехники. – 2017. – № 2(104). – С. 2–5.
- 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.
- Ефремов И.А., Кузьмин А.А. Роль грозозащитных тросов в процессах короткого замыкания // Доклады ТУСУРа. – 2012, июнь. – № 1(25). – Ч. 1.
- 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.
- 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.
- Вентильные разрядники высокого напряжения / Д.В. Шишман, А.И. Бронфман, В.И. Пружинина, В.П. Савельев. – Л.: Изд-во «Энергия», 1971. – 262 с.