Совершенствование систем заземления

ООО «Интер Энерго»
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
Совершенствование систем
заземления опор ВЛ с целью
повышения грозоупорности ВЛ
и ПС
ООО «Интер Энерго»
Генеральный директор к.т.н. Таламанов О.В.
Технический директор к.ф.-м.н. Кузнецов М.Б.
Введение
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
Грозовая устойчивость ВЛ 6-750 кВ, оцениваемая по количеству
отключений в грозовой период, в ряде регионов России зачастую не
соответствует требованиям НТД. Это связано с низкой
эффективностью систем молниезащиты ВЛ, вызванной следующими
основными факторами:
высоким сопротивлением растеканию заземляющих устройств опор
ВЛ;
отсутствием или недостаточным количеством устройств ограничения
перенапряжений (ОПН или разрядников);
отсутствием грозотросов;
ошибками в разработке мероприятий по повышению грозовой
устойчивости ВЛ и ПС.
Темой настоящего доклада являются способы совершенствования
заземляющих устройств (ЗУ) опор ВЛ, как одной из ключевых
проблем грозоупорности ВЛ.
Существующие проблемы
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
Эффективность
технических
решений,
применяемых
для
молниезащиты ВЛ, тем выше, чем ниже сопротивление растеканию ЗУ
опор ВЛ. Однако добиться требуемого сопротивления растеканию ЗУ
опор может быть проблематично, по следующим причинам:
Высокое удельное сопротивление грунта в районе трасс ВЛ;
Многолетнемерзлые грунты в районе трасс ВЛ;
Высокие затраты на создание ЗУ с требуемыми параметрами.
Например, чтобы добиться уровня сопротивления ЗУ опоры – 10 Ом (с
учётом искрообразования в грунте) при удельном сопротивлении
грунта 3000 Ом*м, необходимо использовать около 600-700 метров
горизонтальных заземлителей и несколько десятков вертикальных
заземлителей.
Возможные решения
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
В качестве альтернативы заземляющих устройств на основе обычных
элементов - применение активных заземлителей.
Активный заземлитель - устройство, позволяющее снизить удельное
сопротивление окружающего грунта путем импрегнирования в него
различных проводящих составов.
Активные заземлители: полые трубы, имеющих отверстия в нижней
части. Трубы устанавливаются в грунт аналогично вертикальным
заземлителям. Затем в них заливаются специальные проводящие
растворы, проникающие в грунт через отверстия. Проникновение
проводящего раствора в грунт увеличивает проводимость грунта
вокруг заземлителей и снижает сопротивление растеканию
заземлителя. В качестве проводящего раствора при использовании
активных заземлителей применяются либо электролитические
(солевые) смеси, либо смеси на основе графита (бессолевые).
Возможные решения
Активные заземлители на основе
недостатков:
слоевой
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
смеси имеют ряд
Солевой наполнитель коррозионно-активная среда. Стальные
элементы, являющиеся частью фундаментов опор ВЛ, будут подвержены
ускоренной коррозии.
Применение в качестве материалов электродов дорогостоящих
коррозионно стойких марок металлов, что повышает стоимость
заземлителя.
Применение дорогих видов сварки (например, экзотермическая сварка).
Большой диаметр электродов заземлителей, что требует при их
установке выполнение бурильных работ.
Необходимость периодического обслуживания активных заземлителей
с доливкой электролитического наполнителя делает их применение
практически невозможным в условиях прохождения ВЛ по
труднодоступным районам.
Возможные решения
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
Активные заземлители на основе графитовой смеси не имеют
недостатков, характерных для заземлителей на основе соляной смеси.
В качестве проводящего элемента используется бессолевая смесь на
основе графита. Кроме того в состав смеси входит затвердитель, для
исключения вымывания проводящего материала, а также адсорбент, для
увеличения количества влаги в области установки заземлителя (что также
позволяет снизить сопротивление заземлителя). Указанная смесь вводится
в установленный заземлитель в жидкой фазе, и в дальнейшем смесь
затвердевает.
Заземлители выполняются из труб меньшего (чем у солевых активных
заземлителей) диаметра, и устанавливаются без применения бурения, с
помощью промышленных перфораторов.
В качестве материала труб таких заземлителей используется черная или
оцинкованная сталь, поскольку смесь на основе графита не является
коррозионно активной.
Активное объемное заземление
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
Активный
объемный
заземлитель:
заземлитель,
эффективность
которого
обеспечивается
путем
многократного увеличения площади соприкосновения
заземлителя с окружающим грунтом при помощи
инжекции
в
грунт,
окружающий
заземлитель,
многокомпонетного
токопроводящего
состава
«AVGaktiv».
Активное заземление «AVGaktiv» выполнено на основе
научно-исследовательской работы, проведенной в
течении нескольких лет сотрудниками ООО «ЭИТ» на
базе Ивановского государственного энергетического
университета.
Принцип функционирования
После установки перфорированного
полого заземлителя через отверстия в
заземлителе выполняется инжекция
многокомпонентной состава «AVGactiv»
в окружающий грунт.
Растекание состава в окружающий
грунт
обеспечивает
многократное
увеличение площади соприкосновения
заземлителя с окружающим грунтом.
После
затвердевания
состава
достигнутые
характеристики
заземлителя сохраняются во времени.
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
Принцип функционирования
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
Особенности монтажа
Простота монтажа позволяет выполнять работы по установке
заземлителей без специальных навыков и без применения
дорогостоящего оборудования
Установка заземлителя
Инжекция состава
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
Особенности монтажа
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
Применение специальной насадки позволяет устанавливать
заземлители в любой грунт, в том числе многолетнемерзлый
или содержащий скальные породы.
Эффективность применения
Применение
многокомпонентного
состава «AVGactiv» позволяет:
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
токопроводящего
1. Существенно сократить количество используемых
дорогостоящих омедненных либо оцинкованных
заземляющих электродов.
2. Осуществлять монтаж устройств без производства
бурильных, геологических и геофизических работ.
3. Активно поддерживать высокую электропроводность
и низкое сопротивление растеканию заземляющего
устройства, не требуя эксплуатационных расходов.
Полигонные испытания
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
В ходе полигонных испытаний один активный заземлитель был установлен в
песчаный грунт. Длина заземлителя составила 1,5 метра (одна секция).
Измерялось сопротивление растеканию заземлителя до заливки проводящего
раствора (616 Ом) и после (127 Ом). В результате сопротивление после
заливки оказалось почти в 5 раз меньше.
На основе экспериментальных данных была создана расчетная модель
единичного активного заземлителя.
Сопротивление растеканию одиночного активного заземлителя в 5 – 7 раз
ниже сопротивления растеканию традиционного заземлителя.
Влияние активных заземлителей на итоговое сопротивление ЗУ при
увеличении площади ЗУ за счёт горизонтальных заземлителей уменьшается.
Так, например, замена вертикальных заземлителей активными для ЗУ
большой площади (более 10000 м2) уже не даст заметного уменьшения
общего сопротивления растеканию такого ЗУ
Опытно-промышленные
испытания
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
В ходе опытно-промышленных испытаний была определена эффективность
отдельных элементов заземляющего устройства опор ВЛ. При этом для сравнения
были выбраны следующие варианты:
Горизонтальные заземлители,
Вертикальные заземлители без горизонтальных заземлителей (горизонтальные
полосы проложены по поверхности грунта);
Активные заземлители без горизонтальных заземлителей (горизонтальные полосы
проложены по поверхности грунта).
5ì
5ì
5ì
5ì
5ì
5ì
Схема прокладки горизонтальных заземлителей.
Схема установки вертикальных заземлителей.
Схема установки активных заземлителей.
Опытно-промышленные
испытания
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
В ходе испытаний было показано, что наибольший эффект, приводящий к
уменьшению сопротивления ЗУ, обеспечивает установка активных заземлителей.
Несколько меньший по эффективности элемент системы заземляющего устройства –
горизонтальные заземлители.
Схема ЗУ на основе активных заземлителей позволила снизить сопротивление
растеканию ЗУ опоры ВЛ в 1,8 раз. Применение активных заземлителей совместно с
использованием горизонтальных заземлителей позволить добиться еще большего
эффекта снижения сопротивления растеканию.
Эффект уменьшения сопротивления ЗУ опор ВЛ при применении различных элементов ЗУ
Элемент
заземляющего
устройства
Горизонтальные
заземлители
Вертикальные
заземлители
Активные
заземлители
Сопротивление
растеканию ЗУ опоры
ВЛ до установки
заземлителя, Ом
Сопротивление
растеканию ЗУ опоры
ВЛ после установки
заземлителя, Ом
Эффект, уменьшение
сопротивления ЗУ
опоры, раз
3,75
2,47
1,5
4,77
4,53
1,05
9,93
5,61
1,8
Применение для ВЛ 110 кВ
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
Снижение сопротивления растеканию ЗУ опор ВЛ позволяет эффективно снизить
число грозовых отключений (РД 153-34.3-35.125-99 Руководство по защите
электрических сетей 6-1150 кВ).
В случае применения ЗУ на основе активных заземлителей для каждой опоры ВЛ
число грозовых отключений ВЛ может быть снижено не менее, чем в 1,5-2 раза.
Применение для ВЛ 110 кВ
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
Расчёты для проектируемой ВЛ 110 кВ (Новый порт) длиной 101 км. Требуемое
сопротивление – 15 Ом. В условиях высокого удельного сопротивления поверхностного (01,5 метра) и подстилающего (4,9 метров и ниже) слоёв грунта применение активных
заземлителей AVG оказывается наиболее экономически и технически выгодно.
8 активных заземлителей AVG (установка
без бурения), 252 м горизонтального
заземлителя,
R=14.7 Ом, цена 77 млн.р.
28 вертикальных заземлителей (установка
без бурения), 280 м горизонтального
заземлителя,
R=15.0 Ом, цена 85 млн.р.
28
10
20 вертикальных заземлителей (установка с
бурением), 280 м горизонтального
заземлителя,
R=15.4 Ом, цена 100 млн.р.
10
10
30
10
10
35 ì
10
ì
10
30
10
ì
60 ì
10
40 ì
10
Применение для ВЛ 500кВ
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
Расчёты вариантов усиления ЗУ опор ВЛ 500 кВ с целью приведения
сопротивления ЗУ к нормам – не выше 10 Ом.
Применение активных заземлителей позволяет снизить количество
горизонтальных заземлителей в ~2 раза, уменьшить площадь ЗУ в ~1,5 раза (за
счёт увеличения эффективного «объёма» заземлителя, с которого происходит
стекание тока молнии в землю), сократить количество вертикально
устанавливаемых заземлителей в 1,5-2 раза.
Материалы, необходимые для создания ЗУ с сопротивлением не выше 10 Ом (с учётом
искрообразования в грунте).
Вариант
Удельное
Вариант на основе стандартных
Вариант на основе активных
сопротивление
заземлителей
заземлителей AVG
грунта, Ом*м
Кол-во
Кол-во
Кол-во
Кол-во
горизонтальных вертикальных горизонтальных
активных
заземлителей, м заземлителей, м заземлителей, м заземлителей, м
1
500
170
24
80
12
2
1000
390
48
230
24
3
3000
650
72
350
48
Внедрение
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
В 2009 – 2013 г.г. выполнена установка заземляющего устройства на основе
заземлителей «AVG» на ряде промышленных объектов в Тюменской и Московской
области.
В 2013 г. выполнена установка заземляющего устройства на основе заземлителей
«AVG» и проведены ОПИ (получившие положительное заключение ООО
«Газпромнефть НТЦ») на ряде подстанций и на отдельных опорах воздушных линий в
Ямало-Ненецком автономном округе.
В 2014 г. выполняется установка заземляющих устройств на основе заземлителей
«AVG» на ряде объектов Филиала «Газпромнефть - Муравленко» ОАО
«Газпромнефть-ННГ» в Ямало-Ненецком и Ханты-Мансийском автономных округах.
В 2014 г. проведены работы на стадии ОТР для проектируемой ВЛ 110 кВ (Новый
порт) по защите от грозовых перенапряжений с установкой заземляющих устройств на
основе заземлителей «AVG».
В 2014 г. принято решение об установке заземляющих устройств на основе
заземлителей «AVG» на ряде строящихся ВЛ-110 и 35 кВ и ПС-110 кВ ОАО
«НОВАТЭК», расположенных в Ямало-Ненецком автономном округе.
В 2014 г. принято решение установки заземляющих устройств на основе заземлителей
«AVG» на подстанциях и ВЛ-35 кВ и ВЛ 110 кВ в Красноярском крае (ОАО «НК
«Роснефть»).
Î Î Î "Èí òåð Ýí åðãî "
Спасибо за внимание