Мълниезащита на въздушните електропроводи

Въздушен електропровод (ВЛ) е най -дългият елемент на електрическата система. Той е и най -често срещаният елемент на системата и най -често ударен от мълния. Статистиката на авариите в електроенергийните системи показва това 75-80% от аварийните прекъсвания на въздушни електропроводи са свързани с прекъсвания на мълния.

Физика на разряд на мълния

Мълния — вид газово изпускане с много голяма дължина на искрата. Общата дължина на мълниеносния канал достига няколко километра и значителна част от този канал се намира вътре в гръмотевичния облак.

За да настъпи гръмотевична буря, първо, силни възходящи въздушни течения и, второ, необходимата влажност на въздуха в зоната с гръмотевични бури.

Възходящите въздушни течения възникват поради нагряване на въздушните слоеве в съседство със земната повърхност и термично причинени топлообмен на тези слоеве с охладен въздух на голяма надморска височина.

В облака се образуват няколко натрупвания на заряди, изолирани един от друг (в долната част на облака се натрупват заряди с отрицателна полярност), мълнията обикновено е множествена, т.е. се състои от няколко единични разряда, развиващи се по един и същи път.

Точният механизъм на разделяне на зарядите в гръмотевичен облак все още е до голяма степен неясен. Наблюденията обаче показват, че разделянето на заряда съвпада с замръзването на водните капки в облак.

Допустимият брой прекъсвания на въздушни електропроводи в резултат на мълния

Изследването за осъществимост показва това невъзможно е въздушните електропроводи да се направят абсолютно мълниезащитни… Трябва умишлено да приемем, че въздушните електропроводи ще бъдат изключвани ограничен брой пъти в годината. Задачата на мълниезащитата на електропроводите е да намали до минимум броя на прекъсванията на мълниите.

Допустим брой спиране на въздушни електропроводи годишнондопълнително изключване се определя от условията:

а) надеждно захранване на потребителите,

б) надеждна работа на превключватели, пътуващи до въздушни електропроводи и се изчислява по формулата:

където ндопълнителен — броят на допустимите прекъсвания в електрозахранването по линията на година ндобавете ≤ 0,1 при липса на излишък и ндобавете ≤ 1, ако е наличен излишен), β — Процент на успех на APV, равен на 0,8-0,9 за линии 110 kV и по-високи върху метални и стоманобетонни опори.

Автоматичното повторно затваряне (AR) може да поддържа линията в действие, тъй като случаите на повреда на изолацията на опорите от дъгата са доста редки. В този случай ударът на мълния няма да бъде придружен от прекъсване на електрозахранването. В случай на неуспешно автоматично повторно включване, ще настъпи пълно спиране на електропровода.

Трябва да се отбележи, че честото използване на автоматично повторно затваряне усложнява работата на прекъсвачите, които в този случай изискват извънредно преразглеждане. Въз основа на това е разрешено да има ндопълнително изключване = 1 — 4 в зависимост от вида на превключвателите. За критични линии този брой пътувания трябва да бъде намален.

Очакван брой прекъсвания на мълнии на въздушни електропроводи

Очакваният брой прекъсвания на мълния по линията се определя главно от интензивността на мълниеносна дейност в зоната на трасето на линията. Въз основа на средните цифри е общоприето, че На 1 км от земната повърхност за един гръмотевичен час се случват 0,067 удара на мълния… Като се има предвид, че линията събира всички удари от лента с широчина 6h (h е средната височина на окачване на кабел или кабел), броят на N мълнии на линия с дължина l годишно е

N = 0,067 × n × 6h × l × 10-3 ,

където n е броят на часовете с гръмотевични бури годишно.

Броят на припокриванията в изолацията на въздушните електропроводи се определя от формулата

нлента = н NS Pплатно,

където Pln — вероятността от припокриване на изолацията на линията при даден ток на мълния.

Не всяко припокриване на импулсна изолация е придружено от спиране на линията, тъй като изключването изисква преминаване на импулсна дъга към дъга на захранването. Вероятността за преход зависи от много фактори и при инженерните изчисления е обичайно да се определя чрез градиента на работното напрежение по пътя на припокриване EСр = Uроб / Lлента, kV / m.

За линии върху дървени опори с дълги въздушни пролуки вероятността за преминаване към импулсна дъга h се определя от формулата

За линии върху метални и стоманобетонни опори, h = 0,7 при напрежение на линиите до 220 kV и h = 1,0 за номинално напрежение 330 kV и повече.

Умножаване нлента на коефициент η, е възможно да се изчисли очакваният брой прекъсвания на мълния на линията годишно

В инженерната практика обикновено се използва специфичният брой прекъсвания на линиите нБрой прекъсвания на 100 км линия, преминаваща в район с 30 часа гръмотевични бури годишно:

За да намалите броя на прекъсванията на мълния по линията, можете:

• намаляване на вероятността от припокриване на изолацията при удари от мълния, което обикновено се постига на въздушни електропроводи с метални опори чрез окачване на гръмоотводи от контактна тел и чрез осигуряване на ниско импулсно съпротивление на заземяване на опори и кабели,

• удължават пътя на припокриване с нисък градиент на работно напрежение, което намалява коефициента h на прехода на импулсна дъга към силова дъга. Последното е изпълнено на въздушни електропроводи с дървени опори.

Ефект от изпълнение на мълниезащита

Въздушни електропроводи върху метални (стоманобетонни) опори без заземен проводник.

Когато проводникът се удари на мястото на удара, се включва съпротивление, равно на половината от характерния импеданс на Z проводника.