Ochrana nadzemného elektrického vedenia pred bleskom

Nadzemné elektrické vedenie je najdlhším prvkom elektrického systému. Je tiež najbežnejším prvkom systému a najčastejšie do neho zasiahne blesk. Štatistiky nehôd v elektrickom systéme ukazujú, že 75 – 80 % núdzových výpadkov nadzemného elektrického vedenia súvisí s výpadkami blesku.

Fyzika výboja blesku

Blesk - druh výboja plynu s veľmi dlhou dĺžkou iskry. Celková dĺžka bleskového kanála dosahuje niekoľko kilometrov a značná časť tohto kanála sa nachádza vo vnútri búrkového mraku.

Na vznik búrky po prvé silné prúdy a po druhé potrebná vlhkosť vzduchu v oblasti búrok.

K vzostupným prúdom dochádza v dôsledku zahrievania vzduchových vrstiev priľahlých k zemskému povrchu a tepelne indukovanej výmeny tepla týchto vrstiev s chladnejším vzduchom vo vysokých nadmorských výškach.

V oblaku vznikajú viaceré nahromadenia nábojov, navzájom izolované (v spodnej časti oblaku sa hromadia náboje negatívnej polarity), blesky sú väčšinou viacnásobné, t.j. pozostáva z niekoľkých jednotlivých výbojov vyvíjajúcich sa pozdĺž tej istej dráhy.

Presný mechanizmus oddelenia náboja v búrkovom oblaku je stále do značnej miery nejasný. Pozorovania však ukazujú, že oddelenie náboja sa zhoduje so zamrznutím kvapiek vody v oblaku.

Prípustný počet prerušení nadzemných elektrických vedení v dôsledku blesku

Štúdia uskutočniteľnosti ukazuje, že nie je možné urobiť nadzemné elektrické vedenie absolútne bleskuvzdorné... Musíme zámerne predpokladať, že nadzemné elektrické vedenia budú odstavené v obmedzenom počte krát do roka. Úlohou ochrany elektrického vedenia pred bleskom je minimalizovať počet prerušení bleskom.

Prípustný počet pozastavení nadzemných elektrických vedení za rok a dodatočných odstávok je určený podmienkami:

a) spoľahlivé napájanie spotrebiteľov,

b) spoľahlivá prevádzka výhybiek na nadzemné elektrické vedenie a vypočíta sa podľa vzorca:

kde dodatočný — počet povolených prerušení napájania na linke za rok nadd ≤ 0,1 pri absencii redundancie a nadd ≤ 1, ak je k dispozícii redundancia), β — úspešnosť APV rovná 0,8 – 0,9 pre linky 110 kV a vyššie na kovových a železobetónových podperách.

Automatický rezatvárač (AR) môže udržať linku v prevádzke, pretože prípady zlyhania izolácie podpery elektrického oblúka sú pomerne zriedkavé. V tomto prípade nebude zásah blesku sprevádzaný výpadkom prúdu.V prípade zlyhania automatického opätovného pripojenia dôjde k úplnému vypnutiu elektrického vedenia.

Treba si uvedomiť, že časté používanie automatického opätovného zapínania komplikuje činnosť ističov, ktoré si v tomto prípade vyžadujú mimoriadnu revíziu. Na základe toho je povolené dodatočné vypnutie = 1 — 4 v závislosti od typu spínačov. V prípade kritických liniek by sa mal tento počet výjazdov znížiť.

Odhadovaný počet úderov blesku do nadzemného elektrického vedenia

Predpokladaný počet bleskových výpadkov na vedení je určený najmä intenzitou bleskovej aktivity v oblasti trasy vedenia. Na základe priemerných čísel sa všeobecne uznáva, že 0,067 úderov blesku nastane vo vzdialenosti 1 km od zemského povrchu za jednu hodinu búrky... Vzhľadom na to, že čiara zachytáva všetky údery z pásu šírky 6h (h je priemerná výška a káblový záves alebo kábel), počet N bleskov na vedení dĺžky l za rok je

N = 0,067 × n × 6h × l × 10-3,

kde n je počet hodín búrky za rok.

Počet prekrytí v izolácii nadzemných elektrických vedení je určený vzorcom

ntape = n NS Pcloth,

kde Pln — pravdepodobnosť prekrytia izolácie vedenia pri danom bleskovom prúde.

Nie každé prekrytie impulznej izolácie je sprevádzané vypnutím vedenia, pretože vypnutie vyžaduje prechod impulzného oblúka do napájacieho oblúka. Pravdepodobnosť prechodu závisí od mnohých faktorov a v inžinierskych výpočtoch je zvyčajné určiť ju gradientom prevádzkového napätia pozdĺž dráhy prekrytia EСр = Urob / Lband, kV / m.

Pre vedenia na drevených podperách s dlhými vzduchovými medzerami je pravdepodobnosť prechodu na impulzný oblúk určená vzorcom

Pre vedenia na kovových a železobetónových podperách je h = 0,7 pre sieťové napätie do 220 kV a h = 1,0 pre menovité napätie 330 kV a viac.

Vynásobením nlentu faktorom η je možné vypočítať očakávaný počet bleskových úderov na vedenie za rok.

V inžinierskej praxi sa zvyčajne používa špecifický počet prerušení vedenia nPočet prerušení na 100 km vedenia prechádzajúceho oblasťou s 30 hodinami búrok za rok:

Ak chcete znížiť počet úderov blesku na linku, môžete:

• zníženie pravdepodobnosti prekrytia izolácie pri údere blesku, čo sa zvyčajne dosahuje na nadzemných elektrických vedeniach s kovovými podperami zavesením bleskozvodov na trolejovom drôte a poskytnutím nízkeho impulzného uzemňovacieho odporu podpier a káblov,

• predĺžiť dráhu prekrytia s nízkym gradientom prevádzkového napätia, čo znižuje koeficient h prechodu impulzného oblúka na výkonový oblúk. Ten sa vykonáva na nadzemných elektrických vedeniach s drevenými podperami.

Vplyv výkonu ochrany pred bleskom

Nadzemné elektrické vedenie na kovových (železobetónových) podperách bez uzemňovacieho drôtu.

Pri náraze na drôt v bode nárazu sa zapne odpor rovný polovici charakteristickej impedancie drôtu Z.