Оцінка форми напруги на вершині опори лінії електропередачі, ураженої блискавкою негативної та позитивної полярності
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.232821Ключові слова:
удар блискавки, блискавкозахист, лінія електропередавання, відбиття хвиль, осцилограми реальних струмів блискавкиАнотація
Об'єктом дослідження є схема, яка моделює удар блискавки в опору лінії електропередачі класу 220 кВ з урахуванням відбиття хвилі струму від 10 найближчих опор. Розрахунок потенціалу, що виникає на вершині ураженої опори, необхідний в подальшому для визначення блискавкозахисту лінії різними методами. Струм блискавки має кілька максимумів, в разі позитивної полярності імпульсу і, відповідно, кілька мінімумів, в разі негативної полярності, які узагальнено називають піками. Крім того, імпульс струму блискавки має непостійну крутизну у всій області наростання струму до першого піку. Апроксимація реального струму блискавки спрощеними математичними виразами не може врахувати всі його реальні особливості. Для більш детального дослідження перехідних процесів, обумовлених грозовою діяльністю, існує необхідність при моделюванні використовувати осцилограми реальних струмів блискавки.
Завдання визначення напруги на вершині ураженої опори лінії електропередачі було вирішено за допомогою схемотехнічного моделювання. Для поглибленого дослідження того, як форма імпульсу струму блискавки впливає на форму напруги на вершині ураженої опори, були використані оцифровані осцилограми реальних струмів блискавки. Моделювання було проведено для 7 імпульсів негативної блискавки з першим піком, що варіюється від –33.380 кА до –74.188 кА. У разі позитивної блискавки було використано 3 осцилограми з першим піком, що варіюється від +38.461 кА до +41.012 кА.
У даній роботі показано, що форма фронту імпульсу струму блискавки та амплітуда першого піку струму блискавки мають вирішальне значення на максимальне значення напруги на вершині опори лінії електропередачі, ураженої блискавкою. Максимальна напруга виникає саме на фронті хвилі струму перед першим піком струму блискавки. Тому, зворотне перекриття ізоляції з опори на фазний провід найбільш ймовірно в момент часу на фронті хвилі струму. До моменту досягнення максимуму струму напруга на вершині опори буде знижена на кілька десятків відсотків, в порівнянні з максимальною напругою на опорі, яка виникає значно раніше на фронті хвилі струму.
Проведене дослідження робить внесок в розвиток методів розрахунку блискавкозахисту ліній електропередач і розширення області застосування програм схемотехнічного моделювання.
Посилання
- Hashimoto, S., Baba, Y., Nagaoka, N., Ametani, A., Itamoto, N. (2010). An equivalent circuit of a transmission-line tower struck by lightning. 2010 30th International Conference on Lightning Protection (ICLP). doi: http://doi.org/10.1109/iclp.2010.7845761
- Melo, M. O. B. C., Fonseca, L. C. A., Fontana, E., Naidu, S. R. (1997). Lightning Performance of Compact Transmission Lines. International Conference on Power Systems Transients (IPST'97). Seattle, 319–324.
- Mohajeryami, S., Doostan, M. (2016). Including surge arresters in the lightning performance analysis of 132kV transmission line. 2016 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition (T&D). doi: http://doi.org/10.1109/tdc.2016.7519906
- Fekete, K., Nikolovski, S., Knezevic, G., Stojkov, M., Kovac, Z. (2010). Simulation of lightning transients on 110 kV overhead-cable transmission line using ATP-EMTP. Melecon 2010 –2010 15th IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference. doi: http://doi.org/10.1109/melcon.2010.5475950
- Kizilcay, M., Neumann, C. (2007). Backflashover Analysis for 110-kV Lines at Multi-Circuit Overhead Line Towers. International Conference on Power Systems Transients (IPST’07), 1–6.
- Asif, M., Lee, H.-Y., Park, K.-H., Shakeel, A., Lee, B.-W. (2019). Assessment of Overvoltage and Insulation Coordination in Mixed HVDC Transmission Lines Exposed to Lightning Strikes. Energies, 12 (21), 4217. doi: http://doi.org/10.3390/en12214217
- Berger, K. (1967). Novel observations on lightning discharges: Results of research on Mount San Salvatore. Journal of the Franklin Institute, 283 (6), 478–525. doi: http://doi.org/10.1016/0016-0032(67)90598-4
- Barker, P. P., Mancao, R. T., Kvaltine, D. J., Parrish, D. E. (1993). Characteristics of lightning surges measured at metal oxide distribution arresters. IEEE Transactions on Power Delivery, 8 (1), 301–310. doi: http://doi.org/10.1109/61.180350
- Narita, T., Yamada, T., Mochizuki, A., Zaima, E., Ishii, M. (2000). Observation of current waveshapes of lightning strokes on transmission towers. IEEE Transactions on Power Delivery, 15 (1), 429–435. doi: http://doi.org/10.1109/61.847285
- Trotsenko, Y., Brzhezitsky, V., Mykhailenko, V. (2020). Estimation of Discharge Current Sharing Between Surge Arresters with Different Protective Characteristics Connected in Parallel. 2020 IEEE 7th International Conference on Energy Smart Systems (ESS). Kyiv, 73–78. doi: http://doi.org/10.1109/ess50319.2020.9160296
- Trotsenko, Y., Dixit, M. M., Brzhezitsky, V., Haran, Y. (2021). Alternative evaluation of voltage at top of transmission line tower stricken by lightning. Technology Audit and Production Reserves, 2 (1 (58)), 33–39. doi: http://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.228659
- Halkude, S. A., Ankad, P. P. (2014). Analysis and Design of Transmission Line Tower 220 kV: A Parametric Study. International Journal of Engineering Research & Technology, 3 (8), 1343–1348.
- Micro-Cap 12. Electronic Circuit Analysis Program. Reference Manual (2018). Sunnyvale: Spectrum Software, 1098. Available at: http://www.spectrum-soft.com/download/rm12.pdf
- Rohatgi, A. (2020). WebPlotDigitizer. Version 4.4. Pacifica. Available at: https://automeris.io/WebPlotDigitizer
- Moselhy, A. H., Abdel-Aziz, A. M., Gilany, M., Emam, A. (2020). Impact of First Tower Earthing Resistance on Fast Front Back-Flashover in a 66 kV Transmission System. Energies, 13 (18), 4663. doi: http://doi.org/10.3390/en13184663
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Yevgeniy Trotsenko, Mandar Madhukar Dixit, Volodymyr Brzhezitsky, Yaroslav Haran
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
