Supratensiune atmosferică în rețelele electrice

Se numesc creșteri bruște de tensiune pe termen scurt la o valoare periculoasă pentru izolarea unei instalații electrice supratensiune... După originea lor, supratensiunile sunt de două tipuri: externe (atmosferice) și interne (de comutare).

Surplusurile atmosferice apar din cauza fulgerelor directe într-o instalație electrică sau din cauza fulgerelor în imediata ei vecinătate. Supratensiunile atmosferice reprezintă cel mai mare pericol pentru o instalație electrică, ca și în cazul impacturilor directe fulger pot ajunge la 1.000.000 V, cu un curent de fulger de până la 200 kA. Ele nu depind de valoarea tensiunii nominale a instalatiei electrice. Sunt deosebit de periculoase pentru instalațiile de tensiune joasă, deoarece în aceste instalații distanțele dintre părțile sub tensiune și nivelul de izolație sunt mai mici decât la tensiuni înalte.

Supratensiunile atmosferice sunt împărțite în loviri de trăsnet induse și directe. Primul are loc în timpul unei descărcări de trăsnet în apropierea unei instalații electrice, de exemplu o substație sau o linie electrică.Surplusul este generat de efectul inductiv al unui nor de tunete încărcat la un potențial foarte mare (câteva milioane de volți).

În cazul unei lovituri directe de trăsnet, pe lângă acțiunea electromagnetică care provoacă supratensiune, se observă și deteriorări mecanice, de exemplu despicarea stâlpilor de lemn sau traverselor de linii electrice aeriene.

Surplusurile induse sunt de ordinul a 100 kV, ceea ce este semnificativ mai mic decât supratensiunea cauzată de un fulger direct. Ele se propagă de-a lungul conductoarelor aeriene după descărcare sub formă de unde evanescente.

O lovitură de fulger constă în cele mai multe cazuri dintr-o serie de impulsuri individuale care se succed. Întreaga descărcare durează zecimi de secundă, iar impulsurile individuale au durate de zeci de microsecunde fiecare. Numărul de impulsuri individuale în timpul unei lovituri de fulger poate fi de la 1 la 40.

Protecția instalațiilor electrice împotriva supratensiunii atmosferice

S-a remarcat mai sus că supratensiunile atmosferice pot atinge câteva milioane de volți. Izolația instalațiilor electrice nu poate rezista la astfel de niveluri de tensiune, așa că are nevoie de protecție suplimentară împotriva deteriorării. Acești agenți previn deteriorarea echipamentelor electrice și ar trebui folosiți în instalațiile electrice atât pentru a crește alimentarea neîntreruptă a consumatorilor, cât și pentru a proteja oamenii și animalele.

O atenție deosebită trebuie acordată protecției la supratensiune a liniilor aeriene de 10 și 0,4 kV, precum și stațiilor de consum situate în zonele rurale.

Incendiile pot fi o consecință gravă a supratensiunii, în special din cauza loviturilor directe de trăsnet. Prin urmare, cea mai serioasă atenție este acordată organizării unei protecții corecte și fiabile de funcționare împotriva supratensiunii atmosferice (sau protecție împotriva trăsnetului).

Problema protecției împotriva trăsnetului include măsuri de protejare a elementelor individuale ale instalațiilor electrice de loviturile directe de trăsnet, izolarea mașinilor și dispozitivelor electrice de deteriorare, de impulsurile care trec din linia undelor de supratensiune. Aceste măsuri se rezumă la instalarea de dispozitive de protecție și dispozitive care deviază un impuls (undă) dintr-un val în pământ înainte ca valul să ajungă la orice element critic al instalației și să-l dezactiveze.

Prin urmare, partea principală a tuturor dispozitivelor de protecție sunt întrerupătoarele de împământare. Ele trebuie îndeplinite în conformitate cu PUE și asigură descărcarea fiabilă a încărcăturii la sol.

Descărcătoarele, descărcătoarele și descărcătoarele de scântei sunt utilizate ca echipamente de protecție primară împotriva supratensiunii atmosferice.

Paratrăsnetul orientează descărcarea atmosferică spre ei înșiși, îndepărtându-l de părțile purtătoare de curent ale instalației. Pentru a proteja obiectele concentrate (de exemplu, substații sau alte structuri), se folosesc paratrăsnet cu tijă, iar pentru a le proteja pe cele extinse (de exemplu, firele aeriene) se folosesc paratrăsnet cu sârmă de contact. Pentru a drena sarcina în pământ, descărcătoare sunt instalate și lumânări.

Pentru protecția împotriva trăsnetelor a generatoarelor și transformatoarelor de stație, este prevăzut un set de mijloace atât pentru protecția împotriva loviturilor directe de trăsnet, cât și a undelor de supratensiune care cad din linie.

Protecția împotriva loviturilor directe de trăsnet este asigurată de paratrăsnet și trăsnet de contact la apropierile liniei aeriene de stație sau substație. Generatoarele sunt protejate de undele care cad din linie cu limitatoare care limitează amplitudinea undei la o valoare care nu este periculoasă pentru izolarea unei mașini electrice.

Nu se recomandă ca generatoarele mari să fie conectate direct la liniile electrice de ieșire. Pentru stațiile mici care furnizează energie electrică consumatorilor la tensiunea generatorului, o astfel de conexiune este posibilă prin instalarea suplimentară a limitatoarelor speciale cu caracteristici îmbunătățite la generator.

Dacă generatoarele sunt conectate direct la transformatoarele step-up, adică conform schemei bloc generator-transformator, acestea nu necesită măsuri speciale de protecție împotriva supratensiunii poli.

Liniile aeriene cu o tensiune de 6 — 35 kV, realizate pe stâlpi de lemn, nu necesită protecție specială la supratensiune. Rezistența la fulger a izolației lor este asigurată de proprietățile izolante ale lemnului. Aici este important doar să se mențină următoarele distanțe minime de izolare între fire (în lemn): 0,75 m pentru tensiuni 6-10, 1,5 m pentru tensiune 20 și 3 m pentru tensiune 35 kV.

Secțiunile individuale ale liniilor aeriene cu izolație slăbită (de exemplu, folosind suporturi metalice sau din beton armat, conectarea liniei aeriene cu un cablu etc.) sunt protejate de descărcători sau eclatoare (la curenți scăzuti) (vezi — Reținerea țevilor și Limitatoare de supape). Rezistența dispozitivelor de împământare ale acestor dispozitive nu trebuie să fie mai mare de 10 ohmi.

Limitatoarele și eclatoarele sunt instalate pe suporturile a două linii aeriene care se încrucișează sau la intersecția unei linii electrice aeriene cu o linie de comunicație. Rezistența dispozitivelor de împământare aici nu trebuie să fie mai mare de 15 ohmi. Pantele de împământare ale suporturilor trebuie să aibă o legătură cu șuruburi, iar secțiunea lor transversală trebuie să fie de cel puțin 25 mm2.

Pentru a restabili puterea deasupra liniei aeriene după defecțiuni rapide tranzitorii de trăsnet, se folosesc dispozitive de reînchidere automată (reînchidere automată) a liniilor. Odată cu funcționarea cu succes a reînchiderilor automate ca dispozitiv de protecție împotriva trăsnetului, utilizatorii nu vor simți o întrerupere a alimentării care nu va fi mai mare de 0,2 secunde, iar funcționarea lor normală nu va fi perturbată.

Presetupele sunt protejate la ambele capete cu opritoare.

Protecția rețelelor de consumatori cu o tensiune de 0,38 / 0,22 kV este realizată cu deosebită atenție. Aceste rețele sunt de obicei aeriene și designul lor este cel mai susceptibil la supratensiunile atmosferice, deoarece se ridică deasupra tuturor celorlalte structuri și trec prin zone deschise.

Rețelele de joasă tensiune sunt echipate cu dispozitive de protecție împotriva trăsnetului care deviază curenții de descărcare de impuls către pământ. Acest lucru vă permite să protejați oamenii și animalele, să preveniți incendiile cauzate de fulgere și pătrunderea acestora în firele electrice interne.

În rețelele de joasă tensiune, conexiunile la împământarea de protecție împotriva trăsnetului sunt prevăzute pentru cârlige sau știfturi ale izolatoarelor tuturor conductoarelor de fază și conductorului neutru.

Legarea la pământ este prevăzută și pe suporturi cu robinete de sârmă la case sau direct la intrările în clădiri. Rezistența dispozitivului de împământare de protecție nu trebuie să depășească 30 ohmi.

În stațiile de consum de 10 / 0,4 kV, înfășurările de joasă tensiune conectate la liniile aeriene trebuie protejate cu descărcători. Sunt instalate cât mai aproape de transformator și sunt conectate la circuitul comun de împământare al substațiilor. Când puterea transformatorului este de 630 kVA și mai mult, două legături suplimentare de protecție sunt realizate de-a lungul liniilor care se extind din acesta - la 50 și 100 m de stația de stație cu valoarea de rezistență specificată.