Ατμοσφαιρική υπέρταση σε ηλεκτρικά δίκτυα
Οι ξαφνικές βραχυπρόθεσμες αυξήσεις τάσης σε μια τιμή επικίνδυνη για τη μόνωση μιας ηλεκτρικής εγκατάστασης ονομάζονται υπέρταση... Από την προέλευσή τους, οι υπερτάσεις είναι δύο ειδών: εξωτερικές (ατμοσφαιρικές) και εσωτερικές (διακοπτικές).
Οι ατμοσφαιρικές υπερτάσεις προκύπτουν από άμεσους κεραυνούς σε μια ηλεκτρική εγκατάσταση ή από κεραυνούς σε άμεση γειτνίαση. Οι ατμοσφαιρικές υπερτάσεις αντιπροσωπεύουν τον μεγαλύτερο κίνδυνο για μια ηλεκτρική εγκατάσταση, όπως και με τις άμεσες κρούσεις αστραπή μπορούν να φτάσουν τα 1.000.000 V, με ρεύμα κεραυνού έως και 200 kA. Δεν εξαρτώνται από την τιμή της ονομαστικής τάσης της ηλεκτρικής εγκατάστασης. Είναι ιδιαίτερα επικίνδυνα για εγκαταστάσεις χαμηλότερης τάσης, καθώς σε αυτές τις εγκαταστάσεις οι αποστάσεις μεταξύ των ενεργών μερών και το επίπεδο μόνωσης είναι χαμηλότερες από τις υψηλές τάσεις.
Οι ατμοσφαιρικές υπερτάσεις χωρίζονται σε επαγόμενους και άμεσους κεραυνούς. Το πρώτο συμβαίνει κατά τη διάρκεια εκκένωσης κεραυνού κοντά σε ηλεκτρική εγκατάσταση, για παράδειγμα υποσταθμό ή γραμμή ηλεκτρικού ρεύματος.Το κύμα δημιουργείται από την επαγωγική επίδραση ενός κεραυνού φορτισμένου σε πολύ υψηλό δυναμικό (μερικά εκατομμύρια βολτ).
Σε περίπτωση άμεσου κεραυνού, εκτός από την ηλεκτρομαγνητική δράση που προκαλεί υπέρταση, παρατηρούνται και μηχανικές βλάβες, για παράδειγμα σχίσιμο ξύλινων στύλων ή στρωτήρες εναέριων γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι προκαλούμενες υπερτάσεις είναι της τάξης των 100 kV, που είναι σημαντικά μικρότερες από τις υπερτάσεις που προκαλούνται από απευθείας κεραυνό. Διαδίδονται κατά μήκος των αγωγών της εναέριας γραμμής μετά την εκφόρτιση με τη μορφή παροδικών κυμάτων.
Ένας κεραυνός στις περισσότερες περιπτώσεις αποτελείται από μια σειρά μεμονωμένων παλμών που διαδέχονται ο ένας τον άλλον. Ολόκληρη η εκφόρτιση διαρκεί δέκατα του δευτερολέπτου και οι μεμονωμένοι παλμοί έχουν διάρκεια δεκάδων μικροδευτερόλεπτων ο καθένας. Ο αριθμός των μεμονωμένων παλμών κατά τη διάρκεια ενός κεραυνού μπορεί να είναι από 1 έως 40.
Προστασία ηλεκτρικών εγκαταστάσεων από ατμοσφαιρική υπέρταση
Σημειώθηκε παραπάνω ότι οι ατμοσφαιρικές υπερτάσεις μπορεί να φτάσουν αρκετά εκατομμύρια βολτ. Η μόνωση των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων δεν μπορεί να αντέξει τέτοια επίπεδα τάσης, επομένως χρειάζεται πρόσθετη προστασία από ζημιές. Αυτοί οι παράγοντες αποτρέπουν τη ζημιά στον ηλεκτρικό εξοπλισμό και θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις τόσο για την αύξηση της αδιάλειπτης παροχής ρεύματος στους καταναλωτές όσο και για την προστασία ανθρώπων και ζώων.
Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στην προστασία από υπερτάσεις των εναέριων γραμμών 10 και 0,4 kV, καθώς και των υποσταθμών καταναλωτών που βρίσκονται σε αγροτικές περιοχές.
Οι πυρκαγιές μπορεί να είναι σοβαρή συνέπεια της υπέρτασης, ιδιαίτερα λόγω άμεσων κεραυνών. Ως εκ τούτου, δίνεται η πιο σοβαρή προσοχή στην οργάνωση μιας σωστής και αξιόπιστης προστασίας λειτουργίας από ατμοσφαιρική υπέρταση (ή αντικεραυνική προστασία).
Το πρόβλημα της αντικεραυνικής προστασίας περιλαμβάνει μέτρα για την προστασία μεμονωμένων στοιχείων ηλεκτρικών εγκαταστάσεων από άμεσες κεραυνούς, απομόνωση ηλεκτρικών μηχανών και συσκευών από ζημιές, από παλμούς που περνούν από τη γραμμή των κυμάτων υπέρτασης. Αυτά τα μέτρα καταλήγουν στην εγκατάσταση προστατευτικών διατάξεων και συσκευών που εκτρέπουν μια ώθηση (κύμα) από ένα κύμα στο έδαφος πριν το κύμα φτάσει σε οποιοδήποτε κρίσιμο στοιχείο της εγκατάστασης και το απενεργοποιήσει.
Επομένως, το κύριο μέρος όλων των προστατευτικών συσκευών είναι οι διακόπτες γείωσης. Πρέπει να εκπληρωθούν σύμφωνα με το PUE και παρέχουν αξιόπιστη εκφόρτιση του φορτίου στο έδαφος.
Τα αλεξικέραυνα, τα αλεξικέραυνα και τα αλεξικέραυνα χρησιμοποιούνται ως πρωτεύων προστατευτικός εξοπλισμός έναντι της ατμοσφαιρικής υπέρτασης.
Τα αλεξικέραυνα προσανατολίζουν την ατμοσφαιρική εκκένωση προς τον εαυτό τους, απομακρύνοντάς την από τα ρευματοφόρα μέρη της εγκατάστασης. Για την προστασία συγκεντρωμένων αντικειμένων (για παράδειγμα, υποσταθμοί ή άλλες κατασκευές), χρησιμοποιούνται αλεξικέραυνες ράβδων και για την προστασία των εκτεταμένων (για παράδειγμα, καλώδια εναέριας γραμμής), χρησιμοποιούνται αλεξικέραυνα με σύρμα επαφής. Για την αποστράγγιση της γόμωσης στο έδαφος, απαγωγείς τοποθετούνται και κεριά.
Για την αντικεραυνική προστασία των γεννητριών σταθμών και των μετασχηματιστών, παρέχεται ένα σύνολο μέσων τόσο για την προστασία έναντι άμεσων κεραυνών όσο και έναντι κυμάτων που πέφτουν από τη γραμμή.
Η προστασία από άμεσες κεραυνούς παρέχεται από αλεξικέραυνα και κεραυνούς επαφής στις προσεγγίσεις της εναέριας γραμμής προς τον σταθμό ή τον υποσταθμό. Οι γεννήτριες προστατεύονται από τα κύματα που πέφτουν από τη γραμμή με περιοριστές που περιορίζουν το πλάτος του κύματος σε μια τιμή που δεν είναι επικίνδυνη για τη μόνωση μιας ηλεκτρικής μηχανής.
Οι μεγάλες γεννήτριες δεν συνιστάται να συνδέονται απευθείας με εξερχόμενα καλώδια ρεύματος. Για μικρούς σταθμούς που παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια σε καταναλωτές με τάση γεννήτριας, μια τέτοια σύνδεση είναι δυνατή με την πρόσθετη εγκατάσταση ειδικών περιοριστών με βελτιωμένα χαρακτηριστικά στη γεννήτρια.
Εάν οι γεννήτριες συνδέονται απευθείας με τους μετασχηματιστές ανόδου, δηλαδή σύμφωνα με το μπλοκ διάγραμμα γεννήτριας-μετασχηματιστή, δεν απαιτούν ειδικά μέτρα προστασίας από υπερτάση πολυ.
Οι εναέριες γραμμές με τάση 6 — 35 kV, κατασκευασμένες σε ξύλινους στύλους, δεν απαιτούν ειδική προστασία από υπερτάσεις. Η κεραυνική αντοχή της μόνωσής τους παρέχεται από τις μονωτικές ιδιότητες του ξύλου. Εδώ είναι μόνο σημαντικό να διατηρηθούν οι ακόλουθες ελάχιστες αποστάσεις μόνωσης μεταξύ των καλωδίων (σε ξύλο): 0,75 m για τάσεις 6-10, 1,5 m για τάση 20 και 3 m για τάση 35 kV.
Μεμονωμένα τμήματα εναέριων γραμμών με εξασθενημένη μόνωση (για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας μεταλλικά ή οπλισμένο σκυρόδεμα στηρίγματα, σύνδεση της εναέριας γραμμής με καλώδιο κ.λπ.) προστατεύονται από απαγωγείς ή κενά σπινθήρα (σε χαμηλά ρεύματα) (βλ. Συγκράτηση σωλήνων και Περιοριστές βαλβίδων). Η αντίσταση των συσκευών γείωσης αυτών των συσκευών δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 10 ohms.
Οι περιοριστές και τα κενά σπινθήρα εγκαθίστανται στα στηρίγματα δύο εναέριων γραμμών που διασταυρώνονται μεταξύ τους ή στη διασταύρωση μιας εναέριας γραμμής ηλεκτρικής ενέργειας με μια γραμμή επικοινωνίας. Η αντίσταση των συσκευών γείωσης εδώ δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 15 ohms. Οι κλίσεις γείωσης των στηριγμάτων πρέπει να έχουν κοχλιωτή σύνδεση και η διατομή τους να είναι τουλάχιστον 25 mm2.
Προκειμένου να αποκατασταθεί η ισχύς πάνω από την εναέρια γραμμή μετά από γρήγορες παροδικές βλάβες κεραυνού, χρησιμοποιούνται συσκευές αυτόματης επανακλεισίματος (αυτόματο εκ νέου κλείσιμο) των γραμμών. Με την επιτυχή λειτουργία των αυτόματων reclosers ως συσκευή αντικεραυνικής προστασίας, οι χρήστες δεν θα αισθανθούν διακοπή ρεύματος που δεν θα είναι μεγαλύτερη από 0,2 δευτερόλεπτα και δεν θα διαταραχθεί η κανονική λειτουργία τους.
Οι στυπιοθλίπτες καλωδίων προστατεύονται και στα δύο άκρα με στοπ.
Η προστασία των δικτύων καταναλωτών με τάση 0,38 / 0,22 kV πραγματοποιείται ιδιαίτερα προσεκτικά. Αυτά τα δίκτυα είναι συνήθως εναέρια και ο σχεδιασμός τους είναι πιο επιρρεπής σε ατμοσφαιρικές υπερτάσεις καθώς υψώνονται πάνω από όλες τις άλλες κατασκευές και διέρχονται από ανοιχτές περιοχές.
Τα δίκτυα χαμηλής τάσης είναι εξοπλισμένα με συσκευές αντικεραυνικής προστασίας που εκτρέπουν τα παλμικά ρεύματα εκκένωσης προς τη γη. Αυτό σας επιτρέπει να προστατεύετε ανθρώπους και ζώα, να αποτρέπετε πυρκαγιές που προκαλούνται από κεραυνούς και τη διείσδυσή τους στα εσωτερικά ηλεκτρικά καλώδια.
Στα δίκτυα χαμηλής τάσης, παρέχονται συνδέσεις με γείωση αντικεραυνικής προστασίας για άγκιστρα ή ακίδες μονωτών όλων των αγωγών φάσης και του ουδέτερου αγωγού.
Γείωση παρέχεται επίσης σε στηρίγματα με συρμάτινες βρύσες σε σπίτια ή απευθείας στις εισόδους κτιρίων. Η αντίσταση της προστατευτικής διάταξης γείωσης δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 30 ohms.
Σε υποσταθμούς καταναλωτών 10 / 0,4 kV, οι περιελίξεις χαμηλής τάσης που συνδέονται με εναέριες γραμμές πρέπει να προστατεύονται με απαγωγείς. Τοποθετούνται όσο το δυνατόν πιο κοντά στον μετασχηματιστή και συνδέονται με το κοινό κύκλωμα γείωσης των υποσταθμών. Όταν η ισχύς του μετασχηματιστή είναι 630 kVA και άνω, γίνονται δύο πρόσθετες προστατευτικές γείωση κατά μήκος των γραμμών που εκτείνονται από αυτόν — στα 50 και 100 m από τον υποσταθμό με την καθορισμένη τιμή αντίστασης.