Przepięcia atmosferyczne w sieciach elektrycznych

Nagłe krótkotrwałe wzrosty napięcia do wartości niebezpiecznych dla izolacji instalacji elektrycznej to tzw przepięcie... Ze względu na swoje pochodzenie przepięcia są dwojakiego rodzaju: zewnętrzne (atmosferyczne) i wewnętrzne (przełączanie).

Przepięcia atmosferyczne powstają w wyniku bezpośredniego uderzenia pioruna w instalację elektryczną lub uderzenia pioruna w jej bezpośrednim sąsiedztwie. Przepięcia atmosferyczne stanowią największe zagrożenie dla instalacji elektrycznej, podobnie jak bezpośrednie uderzenia Błyskawica mogą osiągnąć 1 000 000 V, przy prądzie pioruna do 200 kA. Nie zależą one od wartości napięcia znamionowego instalacji elektrycznej. Są one szczególnie niebezpieczne dla instalacji niskonapięciowych, ponieważ w tych instalacjach odległości między częściami pod napięciem oraz poziom izolacji są mniejsze niż w instalacjach wysokich napięć.

Przepięcia atmosferyczne dzielą się na indukowane i bezpośrednie wyładowania atmosferyczne. Pierwszy występuje podczas wyładowania atmosferycznego w pobliżu instalacji elektrycznej, na przykład podstacji lub linii energetycznej.Przepięcie jest generowane przez efekt indukcyjny chmury burzowej naładowanej do bardzo wysokiego potencjału (kilka milionów woltów).

W przypadku bezpośredniego uderzenia pioruna, oprócz oddziaływania elektromagnetycznego powodującego przepięcie, obserwuje się również uszkodzenia mechaniczne, np. rozłupywanie drewnianych słupów lub podkładów linii elektroenergetycznych.

Indukowane przepięcia są rzędu 100 kV, czyli znacznie mniej niż przepięcie spowodowane bezpośrednim uderzeniem pioruna. Rozchodzą się one wzdłuż przewodów linii napowietrznej po wyładowaniu w postaci fal zanikających.

Uderzenie pioruna w większości przypadków składa się z serii pojedynczych impulsów następujących po sobie. Całe wyładowanie trwa dziesiąte części sekundy, a poszczególne impulsy trwają po dziesiątki mikrosekund. Liczba pojedynczych impulsów podczas uderzenia pioruna może wynosić od 1 do 40.

Ochrona instalacji elektrycznych przed przepięciami atmosferycznymi

Powyżej zauważono, że przepięcia atmosferyczne mogą osiągnąć kilka milionów woltów. Izolacja instalacji elektrycznych nie jest w stanie wytrzymać takich napięć, dlatego wymaga dodatkowego zabezpieczenia przed uszkodzeniem. Środki te zapobiegają uszkodzeniom urządzeń elektrycznych i powinny być stosowane w instalacjach elektrycznych zarówno w celu zwiększenia bezprzerwowego zasilania odbiorców, jak iw celu ochrony ludzi i zwierząt.

Szczególną uwagę należy zwrócić na ochronę przeciwprzepięciową linii napowietrznych 10 i 0,4 kV oraz stacji odbiorczych zlokalizowanych na terenach wiejskich.

Pożary mogą być poważną konsekwencją przepięć, szczególnie w wyniku bezpośrednich uderzeń piorunów. Dlatego też największą wagę przywiązuje się do zorganizowania prawidłowej i niezawodnie działającej ochrony przed przepięciami atmosferycznymi (lub ochrony odgromowej).

Problematyka ochrony odgromowej obejmuje środki ochrony poszczególnych elementów instalacji elektrycznych przed bezpośrednim uderzeniem pioruna, izolację maszyn i urządzeń elektrycznych przed uszkodzeniem, przed impulsami przechodzącymi z linii fal udarowych. Działania te sprowadzają się do zainstalowania urządzeń zabezpieczających oraz urządzeń, które odwracają impuls (falę) z przepięcia do ziemi, zanim fala dotrze do dowolnego elementu krytycznego instalacji i ją wyłączy.

Dlatego główną częścią wszystkich urządzeń ochronnych są uziemniki. Muszą być spełnione zgodnie z PUE i zapewniają niezawodne odprowadzanie ładunku do ziemi.

Odgromniki, odgromniki i iskierniki stosowane są jako podstawowe wyposażenie ochronne przed przepięciami atmosferycznymi.

Piorunochrony kierują wyładowanie atmosferyczne do siebie, odbierając je od przewodzących prąd części instalacji. Do ochrony skoncentrowanych obiektów (na przykład podstacji lub innych konstrukcji) stosuje się piorunochrony prętowe, a do ochrony rozciągniętych (na przykład przewodów linii napowietrznych) stosuje się piorunochrony z drutem jezdnym.Do odprowadzenia ładunku do ziemi stosuje się ograniczniki są zainstalowane i świece.

Do ochrony odgromowej generatorów stacyjnych i transformatorów przewidziany jest zestaw środków zarówno do ochrony przed bezpośrednim uderzeniem pioruna, jak i przed falami przepięciowymi spadającymi z linii.

Ochronę przed bezpośrednim uderzeniem pioruna zapewniają piorunochrony i piorun kontaktowy na podejściach linii napowietrznej do stacji lub podstacji. Generatory są zabezpieczone przed falami spadającymi z linii ogranicznikami, które ograniczają amplitudę fali do wartości nie zagrażającej izolacji maszyny elektrycznej.

Nie zaleca się bezpośredniego podłączania dużych generatorów do wychodzących linii energetycznych. W przypadku małych stacji dostarczających energię elektryczną do odbiorców przy napięciu generatora, takie połączenie jest możliwe przy dodatkowej instalacji specjalnych ograniczników o ulepszonych właściwościach do generatora.

Jeśli generatory są podłączone bezpośrednio do transformatorów podwyższających napięcie, czyli zgodnie ze schematem blokowym generator-transformator, nie wymagają specjalnych środków ochrony przed przepięciami poli.

Linie napowietrzne o napięciu 6 — 35 kV, wykonane na słupach drewnianych, nie wymagają specjalnej ochrony przeciwprzepięciowej. Odporność piorunowa ich izolacji wynika z właściwości izolacyjnych drewna. Tutaj istotne jest jedynie zachowanie następujących minimalnych odległości izolacyjnych między przewodami (w drewnie): 0,75 m dla napięć 6-10, 1,5 m dla napięcia 20 i 3 m dla napięcia 35 kV.

Poszczególne odcinki linii napowietrznych z osłabioną izolacją (na przykład przy użyciu wsporników metalowych lub żelbetowych, połączenie linii napowietrznej z kablem itp.) są chronione przez ograniczniki lub iskierniki (przy niskich prądach) (patrz — Ograniczniki rur I Ograniczniki zaworów). Rezystancja urządzeń uziemiających tych urządzeń nie powinna przekraczać 10 omów.

Ograniczniki i iskierniki montuje się na wspornikach dwóch przecinających się linii napowietrznych lub na przecięciu napowietrznej linii elektroenergetycznej z linią komunikacyjną. Rezystancja urządzeń uziemiających nie powinna przekraczać 15 omów. Uziemione skosy podpór muszą mieć połączenie śrubowe, a ich przekrój musi wynosić co najmniej 25 mm2.

W celu przywrócenia zasilania powyżej linii napowietrznej po szybkich przemijających zwarciach wyładowania atmosferycznego stosuje się urządzenia samoczynnego ponownego załączania (automatycznego ponownego załączania) linii. Dzięki pomyślnemu działaniu automatycznych reklozerów jako urządzenia odgromowego użytkownicy nie odczują przerwy w zasilaniu, która nie będzie dłuższa niż 0,2 s, a ich normalna praca nie zostanie zakłócona.

Dławiki kablowe zabezpieczone są z obu stron ogranicznikami.

Ochrona sieci konsumenckich o napięciu 0,38 / 0,22 kV jest przeprowadzana szczególnie ostrożnie. Sieci te są zazwyczaj napowietrzne, a ich konstrukcja jest najbardziej podatna na skoki atmosferyczne, ponieważ wznoszą się ponad wszystkie inne struktury i przechodzą przez otwarte obszary.

Sieci niskiego napięcia są wyposażone w urządzenia odgromowe, które odchylają impulsowe prądy wyładowcze do ziemi. Pozwala to chronić ludzi i zwierzęta, zapobiegać pożarom spowodowanym przez pioruny i ich przenikaniu do wewnętrznych przewodów elektrycznych.

W sieciach niskiego napięcia połączenia do uziemienia odgromowego są przewidziane dla haków lub kołków izolatorów wszystkich przewodów fazowych i przewodu neutralnego.

Uziemienie wykonuje się również na wspornikach z odczepami do domów lub bezpośrednio przy wejściach do budynków. Rezystancja uziemienia ochronnego nie może przekraczać 30 omów.

W podstacjach odbiorczych 10 / 0,4 kV uzwojenia niskiego napięcia podłączone do linii napowietrznych muszą być chronione przez ograniczniki. Są instalowane jak najbliżej transformatora i są podłączone do wspólnego obwodu uziemiającego podstacji. Gdy moc transformatora wynosi 630 kVA i więcej, wzdłuż odchodzących od niego linii wykonuje się dwa dodatkowe uziemienia ochronne — w odległości 50 i 100 m od stacji o określonej wartości rezystancji.