Ochrana nadzemního elektrického vedení před bleskem

Nadzemní elektrické vedení je nejdelším prvkem elektrického systému. Je také nejběžnějším prvkem systému a nejčastěji do něj zasáhne blesk. Statistiky havárií v energetické soustavě ukazují, že 75–80 % nouzových výpadků nadzemního elektrického vedení souvisí s výpadky blesku.

Fyzika výboje blesku

Blesk - druh výboje plynu s velmi dlouhou délkou jiskry. Celková délka bleskového kanálu dosahuje několika kilometrů a významná část tohoto kanálu se nachází uvnitř bouřkového mraku.

Pro vznik bouřky za prvé silné vzestupné proudy a za druhé potřebná vlhkost vzduchu v oblasti bouřek.

Vzestupné proudy vznikají v důsledku ohřevu vzduchových vrstev přiléhajících k zemskému povrchu a tepelně indukované výměny tepla těchto vrstev s chladnějším vzduchem ve vysokých nadmořských výškách.

V oblaku vzniká několik nahromadění nábojů, vzájemně izolovaných (ve spodní části oblaku se hromadí náboje záporné polarity), blesky jsou většinou vícenásobné, tzn. sestává z několika jednotlivých výbojů vyvíjejících se podél stejné dráhy.

Přesný mechanismus oddělení náboje v bouřkovém mraku je stále do značné míry nejasný. Pozorování však ukazují, že oddělení náboje se shoduje se zamrznutím kapiček vody v oblaku.

Přípustný počet přerušení nadzemního elektrického vedení v důsledku blesku

Studie proveditelnosti ukazuje, že není možné vytvořit nadzemní elektrické vedení absolutně bleskuvzdorné... Musíme záměrně předpokládat, že nadzemní elektrické vedení bude odstaveno v omezeném počtu za rok. Úkolem ochrany elektrického vedení před bleskem je minimalizovat počet výpadků blesku.

Přípustný počet přerušení venkovního elektrického vedení za rok a dodatečného odstavení je určen podmínkami:

a) spolehlivé napájení spotřebitelů,

b) spolehlivý provoz výhybek jedoucích k venkovnímu elektrickému vedení a vypočítá se podle vzorce:

kde navíc — počet přípustných přerušení napájení na lince za rok nadd ≤ 0,1 při absenci redundance a nadd ≤ 1, pokud je redundance k dispozici), β — úspěšnost APV rovna 0,8-0,9 pro vedení 110 kV a vyšší na kovových a železobetonových podpěrách.

Automatický opětovný spínač (AR) může udržet linku v provozu, protože případy selhání izolace podpěr elektrického oblouku jsou poměrně vzácné. V tomto případě nebude zásah blesku doprovázen výpadkem proudu.V případě selhání automatického opětovného připojení dojde k úplnému vypnutí elektrického vedení.

Nutno podotknout, že časté používání automatického opětovného zapínání komplikuje činnost jističů, které v tomto případě vyžadují mimořádnou revizi. Na základě toho je povoleno dodatečné vypnutí = 1 — 4 v závislosti na typu spínačů. U kritických linek by se měl tento počet výjezdů snížit.

Odhadovaný počet úderů blesku do nadzemního elektrického vedení

Předpokládaný počet bleskových výpadků na vedení je dán především intenzitou bleskové aktivity v oblasti trasy vedení. Na základě průměrných čísel se obecně uznává, že 0,067 úderů blesku nastane ve vzdálenosti 1 km od zemského povrchu za jednu bouřkovou hodinu... Vzhledem k tomu, že čára shromažďuje všechny údery z pruhu o šířce 6h (h je průměrná výška a kabelový závěs nebo kabel), počet N úderů blesku na vedení délky l za rok je

N = 0,067 × n × 6h × l × 10-3,

kde n je počet hodin bouřky za rok.

Počet přesahů v izolaci nadzemního elektrického vedení je určen vzorcem

ntape = n NS Pcloth,

kde Pln — pravděpodobnost překrytí izolace vedení při daném bleskovém proudu.

Ne každé překrytí impulsní izolace je doprovázeno vypnutím vedení, protože vypnutí vyžaduje průchod impulsního oblouku do napájecího oblouku. Pravděpodobnost přechodu závisí na mnoha faktorech a v technických výpočtech je obvyklé ji určovat gradientem provozního napětí podél cesty překrytí EСр = Urob / Lband, kV / m.

U vedení na dřevěných podpěrách s dlouhými vzduchovými mezerami je pravděpodobnost přechodu na pulzní oblouk určen vzorcem

Pro vedení na kovových a železobetonových podpěrách h = 0,7 pro síťové napětí do 220 kV a h = 1,0 pro jmenovité napětí 330 kV a více.

Vynásobením nlentu faktorem η je možné vypočítat očekávaný počet úderů blesku na vedení za rok

V inženýrské praxi se obvykle používá konkrétní počet přerušení vedení nPočet přerušení na 100 km vedení procházející oblastí s 30 hodinami bouřek za rok:

Chcete-li snížit počet úderů blesku na vedení, můžete:

• snížení pravděpodobnosti překrytí izolace při úderu blesku, čehož se obvykle dosahuje u nadzemního elektrického vedení s kovovými podpěrami zavěšením hromosvodů na trolejovém drátu a poskytnutím nízkého impulzního zemnícího odporu podpěr a kabelů,

• prodlužte dráhu překrytí s nízkým gradientem provozního napětí, což snižuje koeficient h přechodu impulsního oblouku na výkonový oblouk. Ten se provádí na nadzemním elektrickém vedení s dřevěnými podpěrami.

Vliv výkonu ochrany před bleskem

Nadzemní elektrické vedení na kovových (železobetonových) podpěrách bez zemnícího drátu.

Při nárazu na drát v místě nárazu se zapne odpor rovný polovině charakteristické impedance drátu Z.