Ochrona odgromowa napowietrznych linii energetycznych

Napowietrzna linia energetyczna jest najdłuższym elementem instalacji elektrycznej. Jest to również najczęstszy element systemu i najczęściej uderzany przez piorun. Statystyki wypadków w systemach elektroenergetycznych pokazują, że 75-80% awarii napowietrznych linii elektroenergetycznych jest związanych z wyładowaniami atmosferycznymi.

Fizyka wyładowań atmosferycznych

Błyskawica - rodzaj wyładowania gazowego o bardzo długiej długości iskry. Całkowita długość kanału pioruna sięga kilku kilometrów, a znaczna część tego kanału znajduje się wewnątrz chmury burzowej.

Aby wystąpiła burza, po pierwsze silne prądy wstępujące, a po drugie niezbędna wilgotność powietrza w rejonie występowania burz.

Prądy wstępujące powstają w wyniku ogrzewania warstw powietrza przylegających do powierzchni ziemi i indukowanej termicznie wymiany ciepła tych warstw z chłodniejszym powietrzem na dużych wysokościach.

W chmurze tworzy się kilka skupisk ładunków, odizolowanych od siebie (w dolnej części chmury gromadzą się ładunki o ujemnej polaryzacji), piorun jest zwykle wielokrotny, tj. składa się z kilku pojedynczych wyładowań rozwijających się wzdłuż tej samej ścieżki.

Dokładny mechanizm separacji ładunków w chmurze burzowej jest nadal w dużej mierze niejasny. Jednak obserwacje pokazują, że separacja ładunku zbiega się w czasie z zamarzaniem kropelek wody w chmurze.

Dopuszczalna liczba przerw w napowietrznych liniach elektroenergetycznych w wyniku uderzenia pioruna

Studium wykonalności pokazuje, że nie da się całkowicie odgrodzić napowietrznych linii elektroenergetycznych... Musimy celowo założyć, że napowietrzne linie energetyczne będą wyłączane ograniczoną liczbę razy w roku. Zadaniem ochrony odgromowej linii elektroenergetycznych jest zminimalizowanie liczby przerw piorunowych.

Dopuszczalną liczbę zawieszeń napowietrznych linii elektroenergetycznych w ciągu roku oraz dodatkowych wyłączeń określają warunki:

a) niezawodne zasilanie odbiorców,

b) niezawodna praca zwrotnic jadących na napowietrzne linie elektroenergetyczne i jest obliczana według wzoru:

gdzie nadditional — liczba dopuszczalnych przerw w zasilaniu linii w ciągu roku nadd ≤ 0,1 przy braku redundancji i nadd ≤ 1, jeśli występuje redundancja), β — wskaźnik powodzenia APV równy 0,8-0,9 dla linii 110 kV oraz wyższa na podporach metalowych i żelbetowych.

Automatyczny reklozer (AR) może utrzymać linię w ruchu, ponieważ przypadki uszkodzenia izolacji wsporników łukowych są dość rzadkie. W takim przypadku uderzeniu pioruna nie towarzyszy przerwa w dostawie prądu.W przypadku braku automatycznego ponownego załączenia nastąpi całkowite wyłączenie linii elektroenergetycznej.

Należy zauważyć, że częste stosowanie automatycznego ponownego załączania komplikuje działanie wyłączników, które w tym przypadku wymagają nadzwyczajnej rewizji. Na tej podstawie dopuszcza się dodatkowe wyłączenie = 1 — 4 w zależności od typu przełączników. W przypadku linii krytycznych ta liczba przejazdów powinna zostać zmniejszona.

Szacunkowa liczba uderzeń pioruna w napowietrzne linie energetyczne

O przewidywanej liczbie wyładowań atmosferycznych na linii decyduje głównie intensywność wyładowań atmosferycznych w rejonie przebiegu linii. Opierając się na średnich wartościach, ogólnie przyjmuje się, że 0,067 uderzeń pioruna występuje w odległości 1 km od powierzchni ziemi w ciągu jednej godziny burzy... Biorąc pod uwagę, że linia obejmuje wszystkie uderzenia pioruna z pasa o szerokości 6h (h to średnia wysokość zawieszenie kablowe lub kabel), liczba N uderzeń pioruna w linię o długości l rocznie wynosi

N = 0,067 × n × 6 h × l × 10-3 ,

gdzie n to liczba godzin burzowych w ciągu roku.

Liczba zakładek w izolacji napowietrznych linii elektroenergetycznych jest określona wzorem

ntape = n NS Ppłótno,

gdzie Pln — prawdopodobieństwo nakładania się izolacji linii przy danym prądzie pioruna.

Nie każdemu nałożeniu izolacji impulsowej towarzyszy wyłączenie linii, ponieważ wyzwolenie wymaga przejścia łuku impulsowego do łuku zasilającego. Prawdopodobieństwo przejścia zależy od wielu czynników, aw obliczeniach inżynierskich zwykle określa się je na podstawie gradientu napięcia roboczego wzdłuż ścieżki nakładania się EСр = Urob / Lband, kV / m.

W przypadku linii na drewnianych wspornikach z długimi szczelinami powietrznymi prawdopodobieństwo przejścia na łuk pulsacyjny h określa wzór

Dla linii na podporach metalowych i żelbetowych h = 0,7 dla napięcia linii do 220 kV i h = 1,0 dla napięcia znamionowego 330 kV i więcej.

Mnożąc nlent przez współczynnik η, można obliczyć przewidywaną liczbę uderzeń pioruna w linię w ciągu roku

W praktyce inżynierskiej zwykle stosuje się określoną liczbę przerw w linii nLiczba przerw na 100 km linii przechodzącej przez obszar z 30 godzinami burz rocznie:

Aby zmniejszyć liczbę uderzeń pioruna w linię, możesz:

• zmniejszenie prawdopodobieństwa zachodzenia na siebie izolacji podczas wyładowań atmosferycznych, co zazwyczaj osiąga się na napowietrznych liniach elektroenergetycznych z metalowymi wspornikami poprzez podwieszenie piorunochronów na przewodach jezdnych oraz zapewnienie niskiej udarowej rezystancji uziemień wsporników i kabli,

• wydłużyć ścieżkę nakładania się z niskim gradientem napięcia roboczego, co zmniejsza współczynnik h przejścia łuku impulsowego w łuk mocy. Ta ostatnia jest wykonywana na napowietrznych liniach energetycznych z drewnianymi wspornikami.

Efekt działania ochrony odgromowej

Napowietrzne linie energetyczne na metalowych (żelbetowych) wspornikach bez przewodu uziemiającego.

Gdy drut zostanie uderzony w punkcie uderzenia, włącza się rezystancja równa połowie impedancji charakterystycznej drutu Z.