Protezione contro i fulmini di linee elettriche aeree

Una linea elettrica aerea è l'elemento più lungo dell'impianto elettrico. È anche l'elemento più comune del sistema e più spesso colpito da un fulmine. Le statistiche sugli incidenti del sistema di alimentazione mostrano che il 75-80% delle interruzioni di emergenza della linea elettrica aerea sono correlate a interruzioni di fulmini.

Fisica della scarica di fulmini

Fulmine: un tipo di scarica di gas con una lunghezza della scintilla molto lunga. La lunghezza totale del canale del fulmine raggiunge diversi chilometri e una parte significativa di questo canale si trova all'interno della nuvola temporalesca.

Perché si verifichi un temporale, in primo luogo, forti correnti ascensionali e, in secondo luogo, l'umidità dell'aria necessaria nell'area dei temporali.

Le correnti ascensionali si verificano a causa del riscaldamento degli strati d'aria adiacenti alla superficie terrestre e dello scambio termico indotto termicamente di questi strati con aria più fresca ad alta quota.

Nella nuvola si formano diversi accumuli di cariche, isolati l'uno dall'altro (nella parte inferiore della nuvola si accumulano cariche di polarità negativa), i fulmini sono solitamente multipli, cioè è costituito da più scarichi singoli che si sviluppano lungo lo stesso percorso.

L'esatto meccanismo di separazione della carica in una nuvola temporalesca è ancora in gran parte poco chiaro. Tuttavia, le osservazioni mostrano che la separazione della carica coincide con il congelamento delle gocce d'acqua in una nuvola.

Il numero consentito di interruzioni delle linee elettriche aeree a seguito di fulmini

Lo studio di fattibilità mostra che è impossibile rendere le linee elettriche aeree assolutamente a prova di fulmini... Dobbiamo deliberatamente presumere che le linee elettriche aeree verranno interrotte un numero limitato di volte all'anno. Il compito della protezione contro i fulmini delle linee elettriche è ridurre al minimo il numero di interruzioni dovute a fulmini.

Il numero consentito di sospensione delle linee elettriche aeree all'anno e l'arresto aggiuntivo è determinato dalle condizioni:

a) alimentazione elettrica affidabile per i consumatori,

b) funzionamento affidabile degli interruttori che viaggiano verso linee elettriche aeree ed è calcolato dalla formula:

dove nadditional — il numero di interruzioni ammissibili dell'alimentazione sulla linea per anno nadd ≤ 0,1 in assenza di ridondanza e nadd ≤ 1 se ridondante è disponibile), β — tasso di successo APV pari a 0,8-0,9 per le linee 110 kV e maggiore su supporti metallici e in cemento armato.

Il richiusore automatico (AR) può mantenere la linea in funzione poiché i casi di guasto dell'isolamento dei supporti ad arco sono piuttosto rari. In questo caso, il fulmine non sarà accompagnato da un'interruzione di corrente.In caso di mancata riconnessione automatica, si verificherà un arresto completo della linea elettrica.

Si noti che l'uso frequente della richiusura automatica complica il funzionamento degli interruttori, che in questo caso richiedono una revisione straordinaria. Sulla base di ciò, è consentito avere uno spegnimento aggiuntivo = 1 — 4 a seconda del tipo di interruttori. Per le linee critiche, questo numero di viaggi dovrebbe essere ridotto.

Numero stimato di fulmini sulle linee elettriche aeree

Il numero previsto di interruzioni di fulmini sulla linea è determinato principalmente dall'intensità dell'attività dei fulmini nell'area del percorso della linea. Sulla base dei dati medi, è generalmente accettato che 0,067 fulmini avvengano a 1 km dalla superficie terrestre in un'ora di temporale... Dato che la linea raccoglie tutti i fulmini da una striscia di larghezza 6h (h è l'altezza media di un sospensione del cavo o cavo), il numero di N fulmini su una linea di lunghezza l all'anno è

N = 0,067 × n × 6 h × l × 10-3 ,

dove n è il numero di ore di temporale all'anno.

Il numero di sovrapposizioni nell'isolamento delle linee elettriche aeree è determinato dalla formula

ntape = n NS Ppanno,

dove Pln — la probabilità di sovrapposizione dell'isolamento della linea a una data corrente di fulmine.

Non tutte le sovrapposizioni di sezionamento impulsivo sono accompagnate da uno spegnimento di linea, in quanto l'intervento richiede il passaggio di un arco impulsivo all'arco di alimentazione. La probabilità di transizione dipende da molti fattori e nei calcoli ingegneristici è consuetudine determinarla in base al gradiente della tensione operativa lungo il percorso di sovrapposizione EСр = Urob / Lband, kV / m.

Per linee su supporti in legno con lunghi traferri, la probabilità di passare a un arco pulsato h è determinata dalla formula

Per linee su supporti metallici e in cemento armato, h = 0,7 per tensione di linea fino a 220 kV e h = 1,0 per tensione nominale 330 kV e oltre.

Moltiplicando il nlent per un fattore η, è possibile calcolare il numero previsto di fulmini sulla linea per anno

Nella pratica ingegneristica, viene solitamente utilizzato il numero specifico di interruzioni di linea nNumero di interruzioni per 100 km di linea che attraversano un'area con 30 ore di temporali all'anno:

Per ridurre il numero di fulmini sulla linea è possibile:

• ridurre la probabilità di sovrapposizione dell'isolamento durante i fulmini, che di solito si ottiene su linee elettriche aeree con supporti metallici sospendendo i parafulmini dal filo di contatto e fornendo una bassa resistenza di messa a terra degli impulsi di supporti e cavi,

• estendere il percorso di sovrapposizione con un basso gradiente di tensione operativa, che riduce il coefficiente h dell'arco di impulso alla transizione dell'arco di potenza. Quest'ultimo viene eseguito su linee elettriche aeree con sostegni in legno.

Effetto delle prestazioni di protezione contro i fulmini

Linee aeree su supporti metallici (cemento armato) senza filo di terra.

Quando il filo viene colpito nel punto di impatto, si accende una resistenza pari alla metà dell'impedenza caratteristica del filo Z.