Атмосферно пренапрежение в електрическите мрежи
Извикват се внезапни краткосрочни покачвания на напрежение до стойност, опасна за изолацията на електрическа инсталация пренапрежение… По своя произход пренапреженията биват два вида: външни (атмосферни) и вътрешни (превключващи).
Атмосферните пренапрежения възникват от директни удари на мълния в електрическа инсталация или от мълнии в непосредствена близост до нея. Атмосферните пренапрежения представляват най -голямата опасност за електрическа инсталация, тъй като с директни удари мълния те могат да достигнат 1 000 000 V, с ток на мълния — до 200 kA. Те не зависят от стойността на номиналното напрежение на електрическата инсталация. Те са особено опасни за инсталации с по -ниско напрежение, тъй като в тези инсталации разстоянията между части под напрежение и нивото на изолация са по -ниски, отколкото при високи напрежения.
Атмосферните пренапрежения се подразделят на индуцирани и от директен удар на мълния. Първият възниква по време на разряд на мълния в близост до електрическа инсталация, например подстанция или електропровод. Пренапрежението се генерира от индуктивния ефект на гръмотевичен облак, зареден с много висок потенциал (няколко милиона волта).
В случай на директен удар на мълния, в допълнение към електромагнитното действие, причиняващо пренапрежение, се забелязват и механични повреди, например разцепването на дървени стълбове или траверси на въздушни електропроводи.
Индуцираните пренапрежения са от порядъка на 100 kV, което е значително по -малко от пренапрежението, причинено от директен удар на мълния. Те се разпространяват по проводниците на въздушната линия след разреждането под формата на затихващи вълни.
Удар на мълния в повечето случаи се състои от поредица от индивидуални импулси, следващи един след друг. Целият разряд продължава десети от секундата, а отделните импулси имат продължителност от десетки микросекунди всеки. Броят на отделните импулси по време на удар от мълния може да бъде от 1 до 40.
Защита на електрическите инсталации от атмосферно пренапрежение
По -горе беше отбелязано, че атмосферните пренапрежения могат да достигнат няколко милиона волта. Изолацията на електрическите инсталации не може да издържи на такива нива на напрежение, така че се нуждае от допълнителна защита срещу повреда. Тези средства предотвратяват повреда на електрическото оборудване и трябва да се използват в електрически инсталации както за увеличаване на непрекъснатото захранване на потребителите, така и за защита на хора и животни.
Особено внимание трябва да се обърне на защитата от пренапрежение на въздушни линии с напрежение 10 и 0,4 kV, както и на подстанции на потребители, разположени в селските райони.
Пожарите могат да бъдат сериозна последица от пренапрежение, по -специално поради директни удари на мълния. Затова най -сериозно внимание се отделя на организацията на правилна и надеждно работеща защита срещу атмосферно пренапрежение (или мълниезащита).
Проблемът със мълниезащитата включва мерки за защита на отделни елементи от електрическите инсталации от директни удари на мълния, изолиране на електрически машини и устройства от повреди, от импулси, преминаващи от линията на вълните на пренапрежение. Тези мерки се свеждат до инсталиране на защитни устройства и устройства, които отклоняват импулс (вълна) от пренапрежение в земята, преди вълната да достигне до някой критичен елемент на инсталацията и да го деактивира.
Следователно основната част от всички защитни устройства са заземяващите превключватели. Те трябва да бъдат изпълнени в съответствие с PUE и осигуряват надеждно изхвърляне на заряда към земята.
Громоотводите, отводнителите и искровите разклонители се използват като основно защитно оборудване срещу атмосферно пренапрежение.
Мълниеотводите ориентират атмосферния разряд към себе си, отнемайки го от токопроводящите части на инсталацията. За да се защитят концентрирани обекти (например подстанции или други конструкции), се използват пръчкови гръмоотводи, а за защита на удължени такива (например проводници на въздушна линия) се използват гръмоотводи с контактна тел. За да се източи заряда в земята, са инсталирани ограничители и свещи.
За мълниезащита на станционни генератори и трансформатори е предвиден набор от средства както за защита срещу директни удари на мълния, така и вълни от пренапрежение, падащи от линията.
Защитата срещу директни удари на мълния се осъществява от гръмоотводи и контактни мълнии при подходите на въздушната линия към гарата или трафопоста. Генераторите са защитени от вълни, падащи от линията с ограничители, които ограничават амплитудата на вълната до стойност, която не е опасна за изолацията на електрическа машина.
Големите генератори не се препоръчват да бъдат директно свързани към изходящи електропроводи. За малки станции, доставящи електричество на потребителите при напрежение на генератора, такава връзка е възможна с допълнителната инсталация на специални ограничители с подобрени характеристики към генератора.
Ако генераторите са свързани директно към усилващите трансформатори, тоест според блоковата схема генератор-трансформатор, те не изискват специални мерки за защита срещу поли пренапрежение.
ВЛ с напрежение 6 — 35 kV, направени върху дървени стълбове, не изискват специална защита от пренапрежение. Мълниеустойчивостта на тяхната изолация се осигурява от изолационните свойства на дървото. Тук е важно само да се поддържат следните минимални изолационни разстояния между проводниците (в дърво): 0,75 m за напрежения 6-10, 1,5 m за напрежение 20 и 3 m за напрежение 35 kV.
Отделни участъци от въздушни линии с отслабена изолация (например с помощта на метални или стоманобетонни опори, свързване на въздушната линия с кабел и т.н.) са защитени с ограничители или искрови пролуки (при ниски токове) (виж — Тръбни ограничители и Ограничители на клапани). Съпротивлението на заземяващите устройства на тези устройства трябва да бъде не повече от 10 ома.
Ограничители и искрови разстояния се монтират върху опорите на две въздушни линии, пресичащи се помежду си, или в пресечната точка на въздушен електропровод с комуникационна линия. Съпротивлението на заземяващите устройства тук не трябва да е по -високо от 15 ома. Заземяващите склонове на опорите трябва да имат болтова връзка, а напречното им сечение трябва да бъде най-малко 25 мм2.
За да се възстанови захранването над въздушната линия след бързо преминаващи мълниеносни повреди, се използват устройства за автоматично повторно затваряне (автоматично повторно затваряне) на линиите. При успешната работа на автоматичните устройства за повторно затваряне като средство за мълниезащита, потребителите няма да почувстват прекъсване на захранването, което няма да бъде повече от 0,2 s, и нормалната им работа няма да бъде нарушена.
Кабелните уплътнения са защитени от двата края с ограничители.
Защитата на потребителските мрежи с напрежение 0,38 / 0,22 kV се извършва особено внимателно. Тези мрежи по правило се изпълняват по въздух и дизайнът им е най -податлив на атмосферни пренапрежения, тъй като те се издигат над всички други структури и преминават през открити зони.
Мрежите с ниско напрежение са оборудвани с мълниезащитни устройства, които отклоняват импулсните разрядни токове към земята. Това ви позволява да защитите хора и животни, да предотвратите пожари, възникнали в резултат на светкавици и проникването им във вътрешните електрически проводници.
В мрежи с ниско напрежение са предвидени връзки към мълниезащитно заземяване за куки или щифтове на изолатори на всички фазови проводници и нулевия проводник.
На опори с жични кранове към къщи или директно на входовете на сгради е предвидено и заземяване. Съпротивлението на защитното заземяващо устройство не трябва да надвишава 30 ома.
При подстанции на консуматори 10 / 0,4 kV намотките с ниско напрежение, свързани към въздушни линии, трябва да бъдат защитени с ограничители. Те са инсталирани възможно най -близо до трансформатора и са свързани към общата заземяваща верига на подстанциите. Когато мощността на трансформатора е 630 kVA и повече, се правят две допълнителни защитни заземявания по линиите, простиращи се от него — на 50 и 100 m от подстанцията с посочената стойност на съпротивлението.