Αντικεραυνική προστασία εναέριων γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας

Μια εναέρια γραμμή ηλεκτρικής ενέργειας είναι το μεγαλύτερο σε μήκος στοιχείο του ηλεκτρικού συστήματος. Είναι επίσης το πιο κοινό στοιχείο του συστήματος και χτυπιέται συχνότερα από κεραυνό. Οι στατιστικές ατυχημάτων στο σύστημα ηλεκτροδότησης δείχνουν ότι το 75-80% των διακοπών έκτακτης ανάγκης εναέριων γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας σχετίζονται με διακοπές με κεραυνούς.

Φυσική Εκκένωσης Αστραπής

Lightning - ένας τύπος εκκένωσης αερίου με πολύ μεγάλο μήκος σπινθήρα. Το συνολικό μήκος του καναλιού του κεραυνού φτάνει πολλά χιλιόμετρα και ένα σημαντικό μέρος αυτού του καναλιού βρίσκεται μέσα στο κεραυνό.

Για να εκδηλωθεί καταιγίδα, πρώτον, ισχυρά ανοδικά ρεύματα και, δεύτερον, η απαραίτητη υγρασία αέρα στην περιοχή των καταιγίδων.

Ανοδικά ρεύματα συμβαίνουν λόγω της θέρμανσης των στρωμάτων αέρα δίπλα στην επιφάνεια της γης και της θερμικά επαγόμενης ανταλλαγής θερμότητας αυτών των στρωμάτων με ψυχρότερο αέρα σε μεγάλα υψόμετρα.

Στο σύννεφο σχηματίζονται αρκετές συσσωρεύσεις φορτίων, απομονωμένες μεταξύ τους (στο κάτω μέρος του νέφους συσσωρεύονται φορτία αρνητικής πολικότητας), ο κεραυνός είναι συνήθως πολλαπλός, δηλ. αποτελείται από πολλές μεμονωμένες εκκενώσεις που αναπτύσσονται κατά μήκος της ίδιας διαδρομής.

Ο ακριβής μηχανισμός διαχωρισμού φορτίου σε ένα βροντερό σύννεφο είναι ακόμα σε μεγάλο βαθμό ασαφής. Ωστόσο, οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι ο διαχωρισμός φορτίου συμπίπτει με το πάγωμα των σταγονιδίων νερού σε ένα σύννεφο.

Ο επιτρεπόμενος αριθμός διακοπών των εναέριων γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας ως αποτέλεσμα κεραυνού

Η μελέτη σκοπιμότητας δείχνει ότι είναι αδύνατο να γίνουν οι εναέριες γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας απολύτως αλεξικέραυνες... Πρέπει σκόπιμα να υποθέσουμε ότι οι εναέριες γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας θα κλείνουν περιορισμένο αριθμό φορές το χρόνο. Το καθήκον της αντικεραυνικής προστασίας των γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας είναι η ελαχιστοποίηση του αριθμού των κεραυνών διακοπών.

Ο επιτρεπόμενος αριθμός αναστολής εναέριων γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας ανά έτος και η πρόσθετη διακοπή λειτουργίας καθορίζεται από τις προϋποθέσεις:

α) αξιόπιστη παροχή ρεύματος στους καταναλωτές,

β) αξιόπιστη λειτουργία των διακοπτών που ταξιδεύουν σε εναέριες γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας και υπολογίζεται από τον τύπο:

όπου επιπλέον — ο αριθμός των επιτρεπόμενων διακοπών στην τροφοδοσία ρεύματος στη γραμμή ανά έτος ναδ ≤ 0,1 σε περίπτωση απουσίας πλεονασμού και nadd ≤ 1 εάν είναι διαθέσιμος πλεονασμός), β — ποσοστό επιτυχίας APV ίσο με 0,8-0,9 για γραμμές 110 kV και υψηλότερα σε μεταλλικά και οπλισμένο σκυρόδεμα στηρίγματα.

Το Automatic Recloser (AR) μπορεί να διατηρήσει τη γραμμή σε λειτουργία καθώς οι περιπτώσεις αστοχίας μόνωσης των στηριγμάτων τόξου είναι αρκετά σπάνιες. Σε αυτή την περίπτωση, ο κεραυνός δεν θα συνοδεύεται από διακοπή ρεύματος.Σε περίπτωση αποτυχίας της αυτόματης επανασύνδεσης, θα προκύψει πλήρης διακοπή λειτουργίας της γραμμής ρεύματος.

Πρέπει να σημειωθεί ότι η συχνή χρήση του αυτόματου επανακλεισίματος δυσχεραίνει τη λειτουργία των αυτόματων διακοπτών, οι οποίοι σε αυτή την περίπτωση απαιτούν έκτακτη αναθεώρηση. Με βάση αυτό, επιτρέπεται να υπάρχει επιπλέον διακοπή λειτουργίας = 1 — 4 ανάλογα με τον τύπο των διακοπτών. Για κρίσιμες γραμμές, αυτός ο αριθμός ταξιδιών θα πρέπει να μειωθεί.

Εκτιμώμενος αριθμός κεραυνών σε εναέριες γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας

Ο αναμενόμενος αριθμός των κεραυνών στη γραμμή καθορίζεται κυρίως από την ένταση της κεραυνικής δραστηριότητας στην περιοχή της διαδρομής της γραμμής. Με βάση τους μέσους αριθμούς, είναι γενικά αποδεκτό ότι 0,067 κεραυνοί συμβαίνουν σε 1 km από την επιφάνεια της γης σε μία ώρα καταιγίδας... Δεδομένου ότι η γραμμή συλλέγει όλα τα χτυπήματα από μια λωρίδα πλάτους 6h (h είναι το μέσο ύψος ενός ανάρτηση καλωδίου ή καλώδιο), ο αριθμός των N κεραυνών σε μια γραμμή μήκους l ανά έτος είναι

N = 0,067 × n × 6h × l × 10-3,

όπου n είναι ο αριθμός των ωρών καταιγίδας ανά έτος.

Ο αριθμός των επικαλύψεων στη μόνωση των εναέριων γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας καθορίζεται από τον τύπο

ταινία = n NS Pcloth,

όπου Pln — η πιθανότητα επικάλυψης της μόνωσης της γραμμής σε δεδομένο ρεύμα κεραυνού.

Δεν συνοδεύεται κάθε επικάλυψη παλμικής απομόνωσης από διακοπή της γραμμής, καθώς η ενεργοποίηση απαιτεί τη διέλευση ενός τόξου παλμών στο τόξο παροχής. Η πιθανότητα μετάβασης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και στους υπολογισμούς της μηχανικής είναι συνηθισμένο να προσδιορίζεται από την κλίση της τάσης λειτουργίας κατά μήκος της διαδρομής επικάλυψης EСр = Urob / Lband, kV / m.

Για γραμμές σε ξύλινα στηρίγματα με μεγάλα κενά αέρα, η πιθανότητα μετάβασης σε παλμικό τόξο h καθορίζεται από τον τύπο

Για γραμμές σε μεταλλικά στηρίγματα και οπλισμένο σκυρόδεμα, h = 0,7 για τάση γραμμής έως 220 kV και h = 1,0 για ονομαστική τάση 330 kV και άνω.

Πολλαπλασιάζοντας το nlent με έναν παράγοντα η, είναι δυνατός ο υπολογισμός του αναμενόμενου αριθμού κεραυνών στη γραμμή ανά έτος

Στην πρακτική της μηχανικής, χρησιμοποιείται συνήθως ο συγκεκριμένος αριθμός διακοπών γραμμής nΑριθμός διακοπών ανά 100 km γραμμής που διέρχεται από μια περιοχή με 30 ώρες καταιγίδων ανά έτος:

Για να μειώσετε τον αριθμό των κεραυνών στη γραμμή, μπορείτε:

• μείωση της πιθανότητας επικάλυψης της μόνωσης κατά τη διάρκεια των κεραυνών, η οποία συνήθως επιτυγχάνεται σε εναέριες γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας με μεταλλικά στηρίγματα με την ανάρτηση των αλεξικέραυνων από το σύρμα επαφής και την παροχή χαμηλής αντίστασης γείωσης παλμών των στηρίξεων και των καλωδίων,

• επεκτείνετε τη διαδρομή επικάλυψης με μια χαμηλή κλίση τάσης λειτουργίας, η οποία μειώνει τον συντελεστή h της μετάβασης τόξου παλμού σε τόξο ισχύος. Το τελευταίο εκτελείται σε εναέριες γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας με ξύλινα στηρίγματα.

Επίδραση απόδοσης αντικεραυνικής προστασίας

Εναέρια καλώδια ρεύματος σε μεταλλικά στηρίγματα (οπλισμένο σκυρόδεμα) χωρίς καλώδιο γείωσης.

Όταν το σύρμα χτυπηθεί στο σημείο κρούσης, ενεργοποιείται μια αντίσταση ίση με το ήμισυ της χαρακτηριστικής σύνθετης αντίστασης του σύρματος Ζ.