Atmosférické prepätie v elektrických sieťach

Náhle krátkodobé zvýšenie napätia na hodnotu nebezpečnú pre izoláciu elektrickej inštalácie sa nazývajú prepätia... Svojím pôvodom sú prepätia dvojakého druhu: vonkajšie (atmosférické) a vnútorné (spínacie).

Atmosférické prepätia vznikajú priamym úderom blesku do elektroinštalácie alebo úderom blesku do jej bezprostrednej blízkosti. Atmosférické prepätia predstavujú najväčšie nebezpečenstvo pre elektroinštaláciu, rovnako ako pri priamych nárazoch blesk môžu dosiahnuť 1 000 000 V, s bleskovým prúdom až 200 kA. Nezávisia od hodnoty menovitého napätia elektroinštalácie. Sú obzvlášť nebezpečné pre inštalácie s nižším napätím, pretože v týchto inštaláciách sú vzdialenosti medzi živými časťami a úrovňou izolácie nižšie ako pri vysokonapäťových zariadeniach.

Atmosférické prepätia sa delia na indukované a priame údery blesku. Prvý nastáva pri výboji blesku v blízkosti elektrickej inštalácie, napríklad rozvodne alebo elektrického vedenia.Náraz je generovaný indukčným účinkom búrkového mraku nabitého na veľmi vysoký potenciál (niekoľko miliónov voltov).

Pri priamom údere blesku sa okrem elektromagnetického pôsobenia spôsobujúceho prepätie pozoruje aj mechanické poškodenie, napríklad rozštiepenie drevených stĺpov alebo podvalov nadzemného elektrického vedenia.

Indukované prepätia sú rádovo 100 kV, čo je podstatne menej ako prepätie spôsobené priamym úderom blesku. Po vodičoch nadzemného vedenia sa po výboji šíria vo forme mizivých vĺn.

Úder blesku vo väčšine prípadov pozostáva zo série jednotlivých impulzov nasledujúcich za sebou. Celý výboj trvá desatiny sekundy a jednotlivé impulzy majú trvanie desiatky mikrosekúnd. Počet jednotlivých impulzov počas úderu blesku môže byť od 1 do 40.

Ochrana elektrických inštalácií pred atmosférickým prepätím

Vyššie bolo uvedené, že atmosférické prepätia môžu dosiahnuť niekoľko miliónov voltov. Izolácia elektrických inštalácií nemôže vydržať takéto úrovne napätia, preto potrebuje dodatočnú ochranu pred poškodením. Tieto prostriedky zabraňujú poškodeniu elektrických zariadení a mali by sa používať v elektrických inštaláciách na zvýšenie neprerušovaného napájania spotrebiteľov a na ochranu ľudí a zvierat.

Osobitná pozornosť by sa mala venovať prepäťovej ochrane nadzemných vedení 10 a 0,4 kV, ako aj odberných rozvodní umiestnených vo vidieckych oblastiach.

Požiare môžu byť vážnym dôsledkom prepätia, najmä v dôsledku priameho úderu blesku. Preto sa najvážnejšia pozornosť venuje organizácii správnej a spoľahlivo fungujúcej ochrany proti atmosférickému prepätiu (alebo ochrane pred bleskom).

Problematika ochrany pred bleskom zahŕňa opatrenia na ochranu jednotlivých prvkov elektroinštalácie pred priamym úderom blesku, izoláciu elektrických strojov a zariadení pred poškodením, pred impulzmi prechádzajúcimi z vedenia prepäťových vĺn. Tieto opatrenia sa obmedzujú na inštaláciu ochranných zariadení a zariadení, ktoré odvádzajú impulz (vlnu) z prepätia do zeme predtým, ako vlna dosiahne akýkoľvek kritický prvok inštalácie a vypne ho.

Preto hlavnou súčasťou všetkých ochranných zariadení sú uzemňovacie spínače. Musia byť splnené v súlade s PUE a poskytujú spoľahlivé vybitie náboja do zeme.

Bleskozvody, zvodiče a lapače iskier sa používajú ako primárne ochranné prostriedky proti atmosférickému prepätiu.

Bleskozvody orientujú atmosférický výboj smerom k sebe a odvádzajú ho od častí inštalácie, ktoré vedú prúd. Na ochranu sústredených predmetov (napríklad rozvodne alebo iné stavby) sa používajú tyčové bleskozvody a na ochranu vysunutých (napríklad drôty trolejového vedenia) trolejové bleskozvody.Na odvod nálože do zeme zvodiče sú nainštalované a sviečky.

Na ochranu pred bleskom staničných generátorov a transformátorov je zabezpečená súprava prostriedkov na ochranu pred priamym úderom blesku a rázovými vlnami padajúcimi z vedenia.

Ochranu pred priamym úderom blesku zabezpečujú bleskozvody a kontaktné blesky na prístupoch trolejového vedenia do stanice alebo rozvodne. Generátory sú chránené pred vlnami padajúcimi z vedenia obmedzovačmi, ktoré obmedzujú amplitúdu vlny na hodnotu, ktorá nie je nebezpečná pre izoláciu elektrického stroja.

Veľké generátory sa neodporúčajú priamo pripájať na odchádzajúce elektrické vedenia. Pre malé stanice dodávajúce elektrinu spotrebiteľom pri napätí generátora je takéto pripojenie možné dodatočnou inštaláciou špeciálnych obmedzovačov so zlepšenými charakteristikami generátora.

Ak sú generátory pripojené priamo k zvyšovacím transformátorom, teda podľa blokovej schémy generátor-transformátor, nevyžadujú špeciálne ochranné opatrenia proti poly prepätiu.

Nadzemné vedenia s napätím 6 — 35 kV vyrobené na drevených stĺpoch nevyžadujú špeciálnu ochranu proti prepätiu. Odolnosť proti blesku ich izolácie zabezpečujú izolačné vlastnosti dreva. Tu je dôležité len dodržať nasledovné minimálne izolačné vzdialenosti medzi vodičmi (v dreve): 0,75 m pre napätie 6-10, 1,5 m pre napätie 20 a 3 m pre napätie 35 kV.

Jednotlivé úseky nadzemných vedení so zoslabenou izoláciou (napríklad použitím kovových alebo železobetónových podpier, prepojením vzdušného vedenia káblom a pod.) sú chránené zvodičmi alebo iskriskami (pri nízkych prúdoch) (pozri — Obmedzenia potrubia a Obmedzovače ventilov). Odpor uzemňovacích zariadení týchto zariadení by nemal byť väčší ako 10 ohmov.

Obmedzovače a iskriská sú inštalované na podperách dvoch nadzemných vedení, ktoré sa navzájom križujú alebo na priesečníku nadzemného elektrického vedenia s komunikačným vedením. Odpor uzemňovacích zariadení by tu nemal byť vyšší ako 15 ohmov. Uzemňovacie svahy podpier musia mať skrutkové spojenie a ich prierez musí byť najmenej 25 mm2.

Na obnovenie napájania nad trolejovým vedením po rýchlych prechodných poruchách blesku sa používajú automatické znovuzapínacie zariadenia (automatické opätovné zapínanie) vedení. Pri úspešnej prevádzke automatických rezatváračov ako zariadenia na ochranu pred bleskom používatelia nepocítia prerušenie napájania, ktoré nebude dlhšie ako 0,2 s, a nebude narušená ich bežná prevádzka.

Káblové vývodky sú na oboch koncoch chránené zarážkami.

Zvlášť starostlivo sa vykonáva ochrana spotrebiteľských sietí s napätím 0,38 / 0,22 kV. Tieto siete sú typicky vzdušné a ich konštrukcia je najviac náchylná na atmosférické prepätia, pretože vystupujú nad všetky ostatné štruktúry a prechádzajú cez otvorené priestranstvá.

Nízkonapäťové siete sú vybavené zariadeniami na ochranu pred bleskom, ktoré odkláňajú impulzné výbojové prúdy do zeme. To umožňuje chrániť ľudí a zvieratá, predchádzať požiarom spôsobeným bleskom a ich prenikaniu do vnútorných elektrických vodičov.

V sieťach nízkeho napätia sú k dispozícii pripojenia k uzemneniu ochrany pred bleskom pre háčiky alebo kolíky izolátorov všetkých fázových vodičov a nulového vodiča.

Uzemnenie je zabezpečené aj na podperách s drôtenými odbočkami do domov alebo priamo pri vchodoch do budov. Odpor ochranného uzemňovacieho zariadenia nesmie presiahnuť 30 ohmov.

V odberných rozvodniach 10 / 0,4 kV musia byť nízkonapäťové vinutia pripojené k nadzemným vedeniam chránené zvodičmi. Sú inštalované čo najbližšie k transformátoru a sú pripojené k spoločnému uzemňovaciemu okruhu rozvodní. Keď je výkon transformátora 630 kVA a viac, vytvoria sa dve ďalšie ochranné uzemnenia pozdĺž vedení, ktoré z neho vychádzajú - vo vzdialenosti 50 a 100 m od rozvodne so špecifikovanou hodnotou odporu.