Atmosférické přepětí v elektrických sítích

Náhlé krátkodobé zvýšení napětí na hodnotu nebezpečnou pro izolaci elektrické instalace se nazývá přepětí... Svým původem jsou přepětí dvojího druhu: vnější (atmosférická) a vnitřní (spínací).

Atmosférické přepětí vznikají přímým úderem blesku do elektroinstalace nebo úderem blesku do jejího bezprostředního okolí. Atmosférická přepětí představují největší nebezpečí pro elektroinstalaci, stejně jako přímé nárazy Blesk mohou dosáhnout 1 000 000 V, s bleskovým proudem až 200 kA. Nejsou závislé na hodnotě jmenovitého napětí elektroinstalace. Jsou zvláště nebezpečné pro nízkonapěťové instalace, protože v těchto instalacích jsou vzdálenosti mezi živými částmi a úrovní izolace menší než u vysokých napětí.

Atmosférická přepětí se dělí na indukované a přímé údery blesku. První nastává při výboji blesku v blízkosti elektrické instalace, například rozvodny nebo elektrického vedení.Přepětí je generováno indukčním efektem bouřkového mraku nabitého na velmi vysoký potenciál (několik milionů voltů).

V případě přímého úderu blesku je kromě elektromagnetického působení způsobujícího přepětí pozorováno i mechanické poškození, například rozštípnutí dřevěných sloupů nebo pražců nadzemního elektrického vedení.

Indukovaná přepětí jsou řádově 100 kV, což je výrazně méně než přepětí způsobené přímým úderem blesku. Šíří se po vodičích venkovního vedení po výboji ve formě mizivých vln.

Úder blesku se ve většině případů skládá ze série jednotlivých impulzů, které následují za sebou. Celý výboj trvá desetiny sekundy a jednotlivé pulzy mají trvání každý desítky mikrosekund. Počet jednotlivých pulzů během úderu blesku může být od 1 do 40.

Ochrana elektrických instalací před atmosférickým přepětím

Výše bylo uvedeno, že atmosférická přepětí mohou dosáhnout několika milionů voltů. Izolace elektrických instalací nemůže odolat takovým úrovním napětí, takže potřebuje dodatečnou ochranu proti poškození. Tyto prostředky zabraňují poškození elektrického zařízení a měly by být používány v elektrických instalacích jak pro zvýšení nepřerušovaného napájení spotřebitelů, tak pro ochranu lidí a zvířat.

Zvláštní pozornost by měla být věnována přepěťové ochraně nadzemních vedení 10 a 0,4 kV, jakož i odběrných rozvoden umístěných ve venkovských oblastech.

Požáry mohou být vážným důsledkem přepětí, zejména v důsledku přímého úderu blesku. Proto je nejvážnější pozornost věnována organizaci správné a spolehlivě fungující ochrany před atmosférickým přepětím (neboli ochrany před bleskem).

Problematika ochrany před bleskem zahrnuje opatření k ochraně jednotlivých prvků elektroinstalace před přímým úderem blesku, izolace elektrických strojů a přístrojů před poškozením, před impulsy procházejícími z vedení rázových vln. Tato opatření se scvrkají na instalaci ochranných zařízení a zařízení, která odvádějí impuls (vlnu) z přepětí do země dříve, než vlna dosáhne jakéhokoli kritického prvku instalace a vyřadí jej z provozu.

Proto jsou hlavní součástí všech ochranných zařízení uzemňovače. Musí být splněny v souladu s PUE a zajišťují spolehlivé vybití náboje na zem.

Bleskojistky, svodiče a lapače jisker se používají jako primární ochranné prostředky proti atmosférickému přepětí.

Bleskosvody orientují atmosférický výboj směrem k sobě a odvádějí ho od částí instalace, které vedou proud. K ochraně soustředěných objektů (například rozvoden nebo jiných staveb) se používají tyčové hromosvody a k ochraně prodloužených (například vodičů trolejového vedení) trolejové hromosvody K odvodu nálože do země slouží svodiče jsou instalovány a svíčky.

Pro ochranu před bleskem staničních generátorů a transformátorů je zajištěna sada prostředků jak pro ochranu před přímým úderem blesku, tak před nárazovými vlnami dopadajícími z vedení.

Ochranu před přímým úderem blesku zajišťují hromosvody a kontaktní blesky na nájezdech trolejového vedení do stanice nebo rozvodny. Generátory jsou chráněny před vlnami padajícími z vedení omezovači, které omezují amplitudu vlny na hodnotu, která není nebezpečná pro izolaci elektrického stroje.

Velké generátory se nedoporučují přímo připojovat na odchozí elektrické vedení. U malých stanic dodávajících elektřinu spotřebitelům na napětí generátoru je takové připojení možné dodatečnou instalací speciálních omezovačů se zlepšenými charakteristikami ke generátoru.

Pokud jsou generátory připojeny přímo k zvyšovacím transformátorům, to znamená podle blokového schématu generátor-transformátor, nevyžadují zvláštní ochranná opatření proti poly přepětí.

Nadzemní vedení o napětí 6 — 35 kV, vyrobená na dřevěných sloupech, nevyžadují speciální přepěťovou ochranu. Odolnost proti blesku jejich izolace je zajištěna izolačními vlastnostmi dřeva. Zde je důležité pouze dodržet následující minimální izolační vzdálenosti mezi vodiči (ve dřevě): 0,75 m pro napětí 6-10, 1,5 m pro napětí 20 a 3 m pro napětí 35 kV.

Jednotlivé úseky venkovního vedení se zeslabenou izolací (například pomocí kovových nebo železobetonových podpěr, propojení venkovního vedení kabelem apod.) jsou chráněny svodiči nebo jiskřišti (při malých proudech) (viz — Omezení potrubí a Omezovače ventilů). Odpor uzemňovacích zařízení těchto zařízení by neměl být větší než 10 ohmů.

Omezovače a jiskřiště se instalují na podpěry dvou nadzemních vedení, které se vzájemně kříží, nebo na křížení nadzemního elektrického vedení s komunikačním vedením. Odpor zemnících zařízení by zde neměl být vyšší než 15 ohmů. Zemnící svahy podpěr musí mít šroubové spojení a jejich průřez musí být minimálně 25 mm2.

Pro obnovení napájení nad trolejovým vedením po rychlých přechodových poruchách blesku se používají zařízení pro automatické opětovné zapnutí (automatické opětovné zapnutí) vedení. S úspěšným provozem automatických recloserů jako zařízení ochrany před bleskem uživatelé nepocítí přerušení napájení, které nebude delší než 0,2 s, a nebude narušen jejich normální provoz.

Kabelové průchodky jsou na obou koncích chráněny zarážkami.

Zvláště pečlivě se provádí ochrana spotřebitelských sítí s napětím 0,38 / 0,22 kV. Tyto sítě jsou typicky vzdušné a jejich konstrukce je nejvíce náchylná na atmosférické přepětí, protože se tyčí nad všemi ostatními strukturami a procházejí otevřenými oblastmi.

Nízkonapěťové sítě jsou vybaveny zařízeními na ochranu před bleskem, které odvádějí impulsní výbojové proudy do země. To umožňuje chránit lidi a zvířata, zabránit požárům způsobeným bleskem a jejich pronikání do vnitřních elektrických vodičů.

V nízkonapěťových sítích jsou zajištěna připojení k uzemnění ochrany před bleskem pro háčky nebo kolíky izolátorů všech fázových vodičů a nulového vodiče.

Uzemnění se provádí také na podpěrách s drátěnými odbočkami do domů nebo přímo u vchodů do budov. Odpor ochranného uzemňovacího zařízení nesmí překročit 30 ohmů.

V odběrných rozvodnách 10 / 0,4 kV musí být vinutí nízkého napětí připojená k venkovnímu vedení chráněna svodiči. Instalují se co nejblíže k transformátoru a jsou připojeny ke společnému zemnímu okruhu rozvoden. Při výkonu transformátoru 630 kVA a více jsou provedena dvě další ochranná uzemnění podél vedení, které z něj vycházejí — ve vzdálenosti 50 a 100 m od rozvodny se specifikovanou hodnotou odporu.