Légköri túlfeszültség elektromos hálózatokban

A hirtelen, rövid ideig tartó feszültségemelkedést olyan értékre, amely veszélyes egy elektromos berendezés szigetelésére, ún túlfeszültség... A túlfeszültség eredetük szerint kétféle: külső (atmoszférikus) és belső (kapcsolási).

Az atmoszférikus túlfeszültségek közvetlen villámcsapásból származnak egy elektromos berendezésben, vagy villámcsapásból a közvetlen közelében. A légköri túlfeszültség jelenti a legnagyobb veszélyt az elektromos berendezésekre, akárcsak a közvetlen behatásokra villám elérhetik az 1 000 000 V-ot, akár 200 kA villámárammal. Nem függenek az elektromos berendezés névleges feszültségének értékétől. Különösen veszélyesek az alacsonyabb feszültségű berendezéseknél, mivel ezekben a berendezésekben a feszültség alatt álló részek közötti távolság és a szigetelés szintje kisebb, mint a nagyfeszültségűeknél.

A légköri túlfeszültségeket indukált és közvetlen villámcsapásra osztják. Az első villámkisülés során fordul elő elektromos létesítmény, például alállomás vagy elektromos vezeték közelében.A túlfeszültséget egy nagyon magas potenciálra (több millió voltra) feltöltött zivatarfelhő induktív hatása hozza létre.

Közvetlen villámcsapás esetén a túlfeszültséget okozó elektromágneses hatás mellett mechanikai sérülések is megfigyelhetők, például faoszlopok vagy légvezeték-aljak széthasadása.

Az indukált túlfeszültségek 100 kV nagyságrendűek, ami lényegesen kisebb, mint a közvetlen villámcsapás okozta túlfeszültség. A kisülés után a felsővezetékek vezetékei mentén eltávozó hullámok formájában terjednek.

A villámcsapás a legtöbb esetben egymást követő egyes impulzusok sorozatából áll. A teljes kisülés tizedmásodpercekig tart, és az egyes impulzusok időtartama egyenként tíz mikroszekundum. A villámcsapás során az egyes impulzusok száma 1 és 40 között lehet.

Elektromos berendezések védelme a légköri túlfeszültség ellen

Fentebb megjegyeztük, hogy a légköri túlfeszültség több millió voltot is elérhet. Az elektromos berendezések szigetelése nem bírja el az ilyen feszültségszinteket, ezért további védelmet igényel a sérülések ellen. Ezek a szerek megakadályozzák az elektromos berendezések károsodását, és elektromos berendezésekben egyaránt használhatók a fogyasztók zavartalan áramellátásának növelése, valamint az emberek és állatok védelme érdekében.

Különös figyelmet kell fordítani a 10 és 0,4 kV-os légvezetékek, valamint a vidéken elhelyezkedő fogyasztói alállomások túlfeszültség-védelmére.

A tüzek a túlfeszültség súlyos következményei lehetnek, különösen a közvetlen villámcsapás következtében. Ezért a legkomolyabb figyelmet fordítanak a megfelelő és megbízhatóan működő légköri túlfeszültség elleni védelem (vagy villámvédelem) megszervezésére.

A villámvédelem problémája magában foglalja az elektromos berendezések egyes elemeinek közvetlen villámcsapás elleni védelmét, az elektromos gépek és eszközök sérülésektől, a túlfeszültség-hullámok vonalából áthaladó impulzusoktól való elszigetelését. Ezek az intézkedések olyan védőeszközök felszerelésére irányulnak, amelyek az impulzust (hullámot) a hullámból a talajba terelik, mielőtt a hullám elérné a telepítés bármely kritikus elemét, és letiltja azt.

Ezért az összes védőeszköz fő része a földelő kapcsoló. Teljesíteni kell a PUE szerint és biztosítsa a töltet megbízható földre ürítését.

A légköri túlfeszültség elleni elsődleges védőfelszerelésként a villám-, levezető- és szikra-levezetőket használják.

A villámhárítók a légköri kisülést maguk felé irányítják, elvonják azt a berendezés áramvezető részeitől. A koncentrált objektumok (például alállomások vagy egyéb építmények) védelmére rudas villámhárítót, a hosszabbak (például felsővezetékek) védelmére pedig munkavezeték-villámhárítót használnak. A töltés talajba vezetéséhez levezetőket vannak telepítve és gyertyák.

Az állomásgenerátorok és transzformátorok villámvédelméhez egy sor eszközt biztosítanak mind a közvetlen villámcsapás, mind a vezetékről lehulló túlfeszültség elleni védelemre.

A közvetlen villámcsapás elleni védelmet villámhárítók és érintkező villámok biztosítják a felsővezeték állomáshoz vagy alállomáshoz vezető megközelítésein. A generátorokat a vonalról lehulló hullámok ellen korlátozókkal védik, amelyek a hullám amplitúdóját olyan értékre korlátozzák, amely nem veszélyes az elektromos gép szigetelésére.

A nagy generátorokat nem ajánlott közvetlenül a kimenő vezetékekhez csatlakoztatni. Azoknál a kis állomásoknál, amelyek generátorfeszültséggel látják el a fogyasztókat villamos energiával, ez a csatlakozás lehetséges speciális, javított jellemzőkkel rendelkező korlátozók további telepítésével a generátorhoz.

Ha a generátorok közvetlenül a feszültségnövelő transzformátorokhoz csatlakoznak, vagyis a generátor-transzformátor blokkvázlat szerint, akkor nem igényelnek speciális védelmi intézkedéseket a túlfeszültség ellen.

A 6 — 35 kV feszültségű, faoszlopon készült felsővezetékek nem igényelnek speciális túlfeszültség-védelmet. Szigetelésük villámállóságát a fa szigetelő tulajdonságai biztosítják. Itt csak a következő minimális szigetelési távolságok betartása fontos a vezetékek között (fában): 0,75 m 6-10 feszültség esetén, 1,5 m 20 és 3 m 35 kV feszültség esetén.

A légvezetékek gyengített szigetelésű egyes szakaszait (például fém- vagy vasbeton tartókkal, a felsővezetéket kábellel összekötve stb.) levezetők vagy szikraközök védik (alacsony áramerősség esetén) (lásd - Csőrögzítők és Szelepszűkítők). Ezen eszközök földelőeszközeinek ellenállása nem haladhatja meg a 10 ohmot.

Határolók és szikraközök vannak felszerelve két egymást keresztező felsővezeték tartóira vagy a villamos légvezeték és a kommunikációs vezeték metszéspontjára. A földelő eszközök ellenállása itt nem lehet nagyobb 15 ohmnál. A támasztékok földelési lejtői csavarkötésűek legyenek, keresztmetszete legalább 25 mm2 legyen.

Gyors tranziens villámhibák után a felsővezeték feletti áramellátás helyreállítására a vezetékek automatikus visszakapcsoló berendezéseit (automatikus visszakapcsolás) alkalmazzák. Az automata visszakapcsolók villámvédelmi eszközként való sikeres működése mellett a felhasználók nem éreznek 0,2 s-nál nem nagyobb áramkimaradást, normál működésüket sem zavarják.

A kábeltömszelencék mindkét végén ütközőkkel védettek.

A 0,38 / 0,22 kV feszültségű fogyasztói hálózatok védelmét különösen óvatosan kell elvégezni. Ezek a hálózatok jellemzően légi, és kialakításuk a leginkább érzékeny a légköri túlfeszültségekre, mivel minden más szerkezet fölé emelkednek, és nyílt területeken haladnak át.

A kisfeszültségű hálózatok villámvédelmi eszközökkel vannak felszerelve, amelyek az impulzuskisülési áramokat a föld felé tereli. Ez lehetővé teszi az emberek és állatok védelmét, megakadályozza a villámlás okozta tüzeket és azok behatolását a belső elektromos vezetékekbe.

Kisfeszültségű hálózatokban az összes fázisvezető és a nullavezető szigetelőinek kampóihoz vagy tüskéihez a villámvédelmi földeléshez való csatlakozások vannak kialakítva.

A földelés a házakhoz vezető vezetékes csapokkal ellátott tartókon vagy közvetlenül az épületek bejáratánál is történik. A védőföldelés ellenállása nem haladhatja meg a 30 ohmot.

A 10 / 0,4 kV-os fogyasztói alállomásokon a szabadvezetékekre csatlakoztatott kisfeszültségű tekercseket levezetőkkel kell védeni. A transzformátorhoz a lehető legközelebb vannak felszerelve, és az alállomások közös földelő áramköréhez csatlakoznak. Ha a transzformátor teljesítménye legalább 630 kVA, két további védőföldelés készül a belőle kiinduló vezetékek mentén - az alállomástól 50 és 100 m-re a megadott ellenállási értékkel.