Рисунок 1: Устройство защиты птиц и животных колпачного типа на ограничителе перенапряжения
Что такое устройство защиты птиц и животных?
Термин устройство защиты птиц и животных введен сравнительно недавно и относится к любому оборудованию, которое используется на энергоустановках для снижения количества отключений системы, вызванных воздействием диких животных. Для обозначения подобных приспособлений также часто используются такие термины, как «устройство для защиты диких животных», «птицезащита», «отпугиватель птиц» и т.д. Данные устройства существуют уже много десятилетий, хотя и неизвестно, когда они были применены впервые. Тем не менее, на старых фотоснимках энергоустановок можно рассмотреть оборудование, похожее на устройства защиты птиц и животных.
Рисунок 2: Устройство защиты птиц и животных колпачного типа компании Duke Power
На рисунке 1 показан пример защитного устройства, используемого для ограничителей перенапряжения (разрядников). Тем не менее, такие приборы используются не только на разрядниках, а на всех видах оборудования, где возможно соприкосновение животного с землей и высоковольтной стороной изолятора. На рисунке 2 изображено приспособление защиты птиц и животных для устройства АПВ распределительной сети и ограничителей перенапряжения. Существует несколько версий защитных устройств, которые будут рассмотрены в дальнейших разделах.Преимущества устройств защиты птиц и животных
Есть несколько основных преимуществ применения защитных устройств в энергосистемах. Во-первых, эффективная установка уменьшит число перебоев в работе из-за контактов с животными. Согласно исследованиям Национальной ассоциации сельских электрокооперативов США (NRECA), животные находятся на третьем месте среди основных идентифицируемых причин перебоев в подаче электроэнергии, а птицы провоцируют больше сбоев в работе линий электропередач, чем любое другое животное. Duke Power, крупнейшая энергетическая компания в США, инициировала программу по усовершенствованию устройств защиты птиц и животных более 15 лет назад. С того времени количество отключений, вызванных контактом с животными, значительно уменьшилось. Они используют очень надежные защитные устройства, которые можно увидеть на рисунке 3. Устройства на этом фото немного больше, чем необходимо, но зачастую использование одного размера для разных целей применения целесообразнее с экономической точки зрения, чем применение нескольких.. В журнале T&D World (сентябрь 2004) автор Joe Kysely из WE Energies заявляет, что компании удается экономить 27000 долл. США только на одних разрядниках за счет исключения спровоцированного дикими животными дугового перекрытия. Это возможно благодаря использованию эффективных защитных устройств. Второе преимущество заключается в уменьшении количества случаев гибели животных от поражения электрическим током. Это особенно важно для охраняемых видов, как грифы и хищные птицы. В США закон запрещает убивать орлов, но энергоустановки, необорудованные устройствами защиты диких животных, могут привести к их смерти.
Рисунок 3: Устройство защиты животных колпачного типа компании Duke Power
Предельная область растекания тока
Существует всеобщее заблуждение, что если элементы оборудования закрыты, значит, они защищены от птиц и животных. Это мнение ложное и небезопасное. На рисунке 4 продемонстрирована эта проблема. Электрическое поле может легко распространиться за физические границы покрытия. Рисунок 4 является примерным эскизом и не должен восприниматься буквально. Поле обычно не распространяется за пределы твердого изоляционного материала, тем не менее, оно легко проходит между стыками и вокруг краев защитного материала. Любое животное, сидящее на монтажном болте в пределах области электрического поля, провоцирует возникновение электрической дуги и дуговой разряд ОПН (разрядника). При этом животное может даже не касаться высоковольтного конца разрядника, ему достаточно просто сидеть на земле в пределах критической зоны.
Рисунок 4 Примерный эскиз, показывающий предельную область растекания тока
Вторая из основных забот пользователей, производителей и разработчиков типа покрытия защитных устройств касается электрических вводов. Если проводник должен переходить в крытый участок, это также следует учитывать при общей изоляции от диких животных. Если ввод изолирован, это не означает, что он изолирован от полного напряжения сети. Если ввод не учитывается в общей семе изоляции от диких животных, он должен быть полностью изолирован от напряжения системы. Учтите, что на рисунке 4 критическая область растекания тока распространяется за пределы наружной поверхности незащищенных проводников. С точки зрения изоляции от дикой природы, всегда предпочтительно, чтобы вводы входили и выходили на верху покрытия. Поскольку это не всегда возможно, потребуется применять другие средства, чтобы компенсировать потенциальные проблемы с вводами.
Типы устройств защиты птиц и животных
Колпачный тип: это устройство предназначено для покрытия высоковольтного конца изолятора, как показано на рисунках 1 и 2. Пока это самый популярный тип защитных устройств и один из самых сложных в установке. Проблема с этим приспособлением состоит в том простом факте, что зона растекания тока легко распространяется за пределы покрытия. Если принимать во внимание этот фактор, становится очевидным, что оптимальной будет конструкция покрытия, позволяющая избежать расширения критической зоны растекания тока. Единственный способ, с помощью которого удастся гарантированно избежать этой проблемы – использовать большой колпак. Это просто и эффективно, но внешне выглядит не очень эстетично. Если не брать во внимание проблемы с установкой, вариант размещения устройства защиты птиц и животных колпачного типа, показанный на рисунке 5, является оптимальным.
Как только вопрос с размером защитного устройства колпачного типа будет решен, следующей сложной задачей, с которой необходимо справится конструктору и пользователю, станут электрические вводы. Как уже сказано выше, желательно, чтобы вводы входили и выходили непосредственно на верхней части покрытия, но в данном случае установка невозможна без обесточивания. Модифицирование устройств защиты птиц и животных является одним из главных приоритетов для конструкторов, поэтому были разработаны приспособления для вывода проводов на боковой поверхности. Оптимальное решение для горизонтальных вводов можно увидеть на рисунке 6. На первый взгляд непонятно, для чего используется так много дополнительного материала, но все проясняется при более близком рассмотрении. Некоторые производители защитных устройств колпачного типа используют в дополнение к большому колпаку ответвленное крыло, позволяющее пропустить провод вдоль прорези внутри покрытия между двумя листами полимерного материала. Листы обеспечивают сдерживание критической зоны вспышки в пределах покрытия вдоль прорези и, в то же время, гарантируют, что дикие животные не смогут легко дотянуться до ввода, сидя на земле или оборудовании.
Рисунок 5 Пример оптимального покрытия устройством защиты птиц и животных
Рисунок 6 Пример оптимального покрытия устройством защиты птиц и животных с горизонтальными вводами
На рисунке 7 представлен пример использования защитного устройства с обширным покрытием на установленном горизонтально ограничителе перенапряжения с плохо изолированными вводами. Ввод выходит за пределы боковой стенки покрытия разрядника и находится всего в нескольких дюймах от металлической конструкции. Белка или большая птица может легко покрыть собой расстояние между точками А и B.
Рисунок 7 Пример неправильной организации вводов
Устройства защиты птиц и животных барьерного типа
Другое распространенное оборудование – защитные устройства барьерного типа. На рисунке 8 показана основная форма этого вида защитных устройств. Предназначение такого приспособления – выступать преградой между высоковольтной стороной изолятора и землей, чтобы животное не смогло одновременно дотронуться до обоих полюсов.
Рисунок 8 Устройство защиты птиц и животных барьерного типа
Рисунок 9 Защитное устройство барьерного типа, установленное слишком близко к верхнему полюсу изолятора
Если между размещенным оборудованием существуют промежутки, это очень эффективный способ обеспечения защиты диких животных. Используя данную форму изоляции, гораздо проще справится с вводами и ошиновкой. Здесь нет цели что-либо закрыть, нужно всего лишь поставить барьер между опасными деталями.
Вероятно, существует больше, чем один способ неправильной установки этого защитного устройства, но наиболее частой ошибкой монтажа является размещение барьера слишком близко к высоковольтному краю. Такое размещение позволяет распространение предельной зоны растекания тока, как показано на рисунке 9. В случае, показанном на рисунке 9, если животное, отдыхающее на земле, протянет крыло или лапу рядом с верхушкой изолятора, все еще может произойти замыкание.
Как и в случае с любым высоковольтным оборудованием, даже самые большие усилия могут быть сведены на нет животными. На изображении 10 показана ситуация, когда хорошо оснащенная устройствами защиты диких животных подстанция все равно подверглась сбою, спровоцированному птицей. Каролинская горлица свила гнездо на правильно установленном защитном устройстве наклонного изолятора. Строительный материал для гнезда содержал фрагменты проводящих кабелей из находившейся неподалеку груды проводов, делая гнездо еще большей проблемой. Урок здесь такой: избегайте наклонных изоляторов и каролинских горлиц.
Электростатический тип
Защитные устройства этого типа в индустрии применяются сравнительно недавно. Их можно охарактеризовать как улучшенные приспособления барьерного типа, поскольку она фактически служат преградой, но с дополнительной особенностью. Подвижные проводники могут забрать заряд и разрядить малое количество энергии, если произошел контакт с животным. Такой разряд сравним с прикосновением к дверной ручке после прохождения по синтетическому ковру. На рисунке 11 показаны элементы этого устройства.
Рисунок 11 Защитное устройство электростатического барьерного типа
Соединительная пленка
Для больших разрядников применяется совершенно иной вид устройств защиты птиц и животных. Как показано на рисунке 12, он имеет форму пленки. Пленка наматывается в несколько слоев и может покрывать нестандартные формы, которые невозможно было бы адекватно защитить другим способом.
Рисунок 12 Соединительная пленка в качестве устройства защиты птиц и животных
Необходимо иметь в виду, что этот способ работает только в том случае, когда пленка расплавляется в почти однородную массу и имеет электрическую прочность почти как у твердых диэлектриков. Стандартная электрическая или водоотталкивающая пленка, которая не склеивается между собой и не превращается в однородную массу, не подходит. Промежуточная поверхность между слоями пленки других типов не обеспечивает адекватную изоляцию для этих целей. Также крайне важно, чтобы все детали под напряжением были покрыты несколькими слоями пленки для достижения желаемой электрической прочности.
Вентиляционный канал ограничителей перенапряжения должен также быть полностью покрыт, если непокрытый металл подвергается негативному воздействию. Покрытие канала резиновой пленкой, скорее всего, не будет оказывать негативного воздействия на работу разрядника, но по этому поводу необходимо принимать во внимание рекомендации производителя. Также важно, чтобы пленка распространялась за пределы металлических деталей на несколько дюймов, поскольку она не сцепляется с металлом или частями изолятора. Удлинение пленки также удерживает птиц и животных на расстоянии от деталей под напряжением.
Что необходимо принять во внимание при тестировании?
Впервые представленное в IEEE 1556 Руководство по тестированию устройств защиты птиц и животных является очень эффективным методом определения уровня выдерживаемого напряжения электрооборудования, оснащенного защитными устройствами. Цель проведения такого теста – определить, соответствуют ли фактические возможности устройства защиты птиц и животных заявленным. Техника проведения испытания раскрыта и называется «метод движущегося электрода».
Рисунок 13 Тестирование изолирующей способности защитных устройств
Защитное устройство устанавливается на тестовую конструкцию или настоящее оборудование под напряжением. Напряжение промышленной частоты на высоковольтной стороне повышается до 120% относительно того, что ожидается во время эксплуатации. (Учтите, что это не импульсное испытание, а испытание переменным током) Затем заземленный контакт движется вокруг защищенной стороны устройства. Если после покрытия всех поверхностей на защищенной стороне устройства не возникает дугового перекрытия, оно считается прошедшим испытание. Этот тест может показаться очень простым, тем не менее, он очень показательный. Именно с его помощью можно осознать, насколько большое значение может иметь маленький шов на оборудовании. Тест также демонстрирует вышеупомянутое заблуждение касательно того, что если оборудование закрыто, то оно защищено. Рисунок 13 показывает среднеквадратическое значение испытания движущимся электродом при 15.3кВт rms. Можно увидеть, что даже с покрытым высоковольтным краем все равно возникают дуги по направлению к движущемуся электроду снаружи защитного устройства. При большем размере покрытия точечные вспышки возникли намного дальше от заземленного конца разрядника.
Проверка удерживающей способности
Также в руководстве по тестированию IEEE 1656 представлено испытание устойчивости. Этот тест предполагает, что устройств защиты птиц и животных должно выдерживать ветер скоростью 60 миль в час, оставаясь закрепленным на защищаемом изоляторе. Для некоторых конструкций это испытание было очень тяжелым, в то время, как для других не составило проблемы. Испытание – самый легкий способ определить результат.
Что необходимо принять во внимание при установке?
При установке устройств защиты птиц и животных необходимо помнить о следующих ключевых моментах:
1. При использовании устройства колпачного типа его размер и крепление должны гарантировать, что критическая область растекания тока не распространяется за пределы покрытия. Если используется защитное устройство барьерного типа, оно должно быть расположено между второй и третьей юбкой сверху разрядника в системах мощностью 34,5 кВт и между первой и второй юбкой в системах с мощностью менее 34,5 кВт.
2.Убедитесь, что ввод ограничителя перенапряжения находится вне предела досягаемости диких животных. Лучше всего направить линейный ввод через верх защитного устройства, если используются колпачный тип, и в сторону от устройств барьерного типа.
3.Убедитесь, что устройство защиты птиц и животных надежно закреплено и не меняет свое положение от ветра.
4. Убедитесь, что расположение швов не позволяет распространение критической зоны растекания тока.
5. Всегда проверяйте дважды. Вам необходимо убедиться, что ВСЕ точки возгорания закрыты, а не только некоторые из них. Вернитесь к рисунку 2 и обратите внимание, сколько усилий приложено для эффективного покрытия устройства АПВ, после чего на разряднике было применено неэффективное укрытие.
Стандарты и руководства
IEEE 1656 является проектом руководства по тестированию устройств защиты птиц и животных. Оно еще не опубликовано, но находится на заключительной стадии голосования. Это руководство определяет устройства защиты птиц и животных как «устройство, преграду или сооружение, обеспечивающее электрическую изоляцию от высоковольтного оборудования, предназначенное для предотвращения контакта с дикими птицами и животными. Соприкосновение может вызвать мгновенное дуговое перекрытие или короткое замыкание в энергосистеме. Контакт с дикими животными не должен наносить физического вреда ни животным, ни оборудованию». Это самое первое руководство по тестированию устройств защиты птиц и животных. С его помощью можно контролировать качество, эффективность, возможности защитных устройств, а также их способность противостоять условиям внешней среды. После публикации позднее в этом году, данный документ будет единственным в мире, раскрывающим эту важную тему. Руководство было разработано в попытке ликвидировать неэффективные конструкции устройств защиты птиц и животных. Это руководство может рассматриваться и применяться только для устройств с напряжением до 38кВт - самым подходящим для конструкций данного типа. Оборудование в этом диапазоне напряжения довольно мало, в то время как возможность контакта птиц и животных с высоковольтным краем изолятора достаточно высока. При напряжении сверх этих пределов длинна изоляторов и расстояние между ними достаточны для того, чтобы снизить эффективность приспособлений.
Второй и так же хорошо выполненный IEEE документ - IEEE 1651 под названием "Проект руководства по снижению отключений, связанных с птицами". Это руководство также находится в заключительной стадии голосования и еще не опубликовано в качестве ориентира. Данное руководство ориентировано на вопросы контакта птиц с энергосистемами. Это не руководство по испытаниям, как последний обсуждаемый документ, а скорее, руководство по применению. Когда он будет опубликован, то это будет отличный обзор для оператора энергоснабжающей системы, как бороться со всеми вопросами контактов птица. WPD подробно обсуждается в данном руководстве по сдерживанию птиц. Стриммеры очищающие дефекации птиц подробно обсуждаются в данном руководстве. Институт Эдисона в США опубликовал подробное руководство по отношению к теме защиты диких животных. Его название "Предлагаемые методы по защите приц от линий электропередач", резюме и выводы доступны в режиме онлайн на английском - www.aplic.org. Как вы можете видеть, то что может показаться простым по устройству и монтажу, на самом деле не так просто. Правильное применение и использование устройств защиты животных не является очевидным. Если мы хотим уменьшить простои оборудования, вызванные воздействием дикой природы, необходимо лучше рассмотреть варианты и возможности.
