Atmosferische overspanning in elektrische netwerken

Plotselinge kortstondige spanningsstijgingen tot een waarde die gevaarlijk is voor de isolatie van een elektrische installatie worden genoemd overspanning... Door hun oorsprong zijn er twee soorten overspanningen: extern (atmosferisch) en intern (schakelend).

Atmosferische spanningspieken ontstaan ​​door directe blikseminslag in een elektrische installatie of door blikseminslag in de directe omgeving ervan. Atmosferische overspanningen vormen het grootste gevaar voor een elektrische installatie, net als bij directe schokken bliksem ze kunnen 1.000.000 V bereiken, met een bliksemstroom tot 200 kA. Ze zijn niet afhankelijk van de waarde van de nominale spanning van de elektrische installatie. Ze zijn bijzonder gevaarlijk voor laagspanningsinstallaties, aangezien bij deze installaties de afstanden tussen spanningvoerende delen en het isolatieniveau kleiner zijn dan bij hoogspanningen.

Atmosferische overspanningen worden onderverdeeld in geïnduceerde en directe blikseminslagen. De eerste treedt op tijdens een bliksemontlading nabij een elektrische installatie, bijvoorbeeld een onderstation of hoogspanningslijn.De stroomstoot wordt gegenereerd door het inductieve effect van een onweerswolk die is opgeladen tot een zeer hoog potentieel (enkele miljoenen volt).

Bij een directe blikseminslag wordt naast de elektromagnetische werking die overspanning veroorzaakt ook mechanische schade waargenomen, bijvoorbeeld het splijten van houten palen of hoogspanningsdwarsliggers.

De geïnduceerde pieken zijn in de orde van grootte van 100 kV, wat aanzienlijk minder is dan de piek veroorzaakt door een directe blikseminslag. Ze planten zich na de ontlading langs de bovenleidingen voort in de vorm van verdwijnende golven.

Een blikseminslag bestaat in de meeste gevallen uit een reeks van afzonderlijke pulsen die elkaar opvolgen. De gehele ontlading duurt tienden van een seconde en de afzonderlijke pulsen duren elk tientallen microseconden. Het aantal individuele pulsen tijdens een blikseminslag kan variëren van 1 tot 40.

Beveiliging van elektrische installaties tegen atmosferische overspanning

Hierboven werd opgemerkt dat atmosferische overspanningen enkele miljoenen volt kunnen bereiken. De isolatie van elektrische installaties is niet bestand tegen dergelijke spanningsniveaus en heeft daarom extra bescherming tegen beschadiging nodig. Deze middelen voorkomen schade aan elektrische apparatuur en moeten worden gebruikt in elektrische installaties, zowel om de ononderbroken stroomvoorziening naar consumenten te vergroten als om mens en dier te beschermen.

Speciale aandacht moet worden besteed aan de overspanningsbeveiliging van 10 en 0,4 kV bovenleidingen, evenals consumentenstations in landelijke gebieden.

Brand kan een ernstig gevolg zijn van overspanning, met name door directe blikseminslag. Daarom wordt de meest serieuze aandacht besteed aan de organisatie van een correct en betrouwbaar werkende beveiliging tegen atmosferische overspanning (of bliksembeveiliging).

Het probleem van bliksembeveiliging omvat maatregelen om individuele elementen van elektrische installaties te beschermen tegen directe blikseminslag, isolatie van elektrische machines en apparaten tegen schade, tegen impulsen die uit de lijn van golfgolven komen. Deze maatregelen komen neer op de installatie van beveiligingsinrichtingen en inrichtingen die een impuls (golf) van een stroomstoot naar de grond afleiden voordat de golf een kritiek element van de installatie bereikt en deze uitschakelt.

Daarom zijn aardingsschakelaars het grootste deel van alle beveiligingsapparaten. Ze moeten worden vervuld in overeenstemming met PUE en zorgen voor een betrouwbare ontlading van de lading naar de grond.

Bliksemafleiders, afleiders en vonkenvangers worden gebruikt als primaire beschermingsmiddelen tegen atmosferische overspanning.

De bliksemafleiders oriënteren de atmosferische ontlading naar zich toe en nemen deze weg van de stroomvoerende delen van de installatie. Om geconcentreerde objecten (bijvoorbeeld onderstations of andere constructies) te beschermen, worden bliksemafleiders met staaf gebruikt, en om verlengde objecten (bijvoorbeeld bovenleidingen) te beschermen, worden bliksemafleiders met rijdraad gebruikt. zijn geïnstalleerd en kaarsen.

Voor bliksembeveiliging van stationsgeneratoren en transformatoren is een set middelen voorzien voor zowel bescherming tegen directe blikseminslag als tegen golfgolven die van de lijn vallen.

Bescherming tegen directe blikseminslag wordt geboden door bliksemafleiders en contactbliksem op de naderingen van de bovenleiding naar het station of onderstation. Generatoren worden beschermd tegen golven die van de lijn vallen met begrenzers die de amplitude van de golf beperken tot een waarde die niet gevaarlijk is voor de isolatie van een elektrische machine.

Het wordt niet aanbevolen om grote generatoren rechtstreeks op uitgaande stroomleidingen aan te sluiten. Voor kleine stations die elektriciteit leveren aan consumenten op generatorspanning, is een dergelijke verbinding mogelijk met de extra installatie van speciale begrenzers met verbeterde eigenschappen voor de generator.

Als de generatoren rechtstreeks op de step-up transformatoren zijn aangesloten, dat wil zeggen volgens het blokschema van de generator-transformator, vereisen ze geen speciale beschermingsmaatregelen tegen poly-overspanning.

Bovenleidingen met een spanning van 6 - 35 kV, gemaakt op houten palen, hebben geen speciale overspanningsbeveiliging nodig. De bliksemweerstand van hun isolatie wordt geleverd door de isolerende eigenschappen van hout. Hier is het alleen belangrijk om de volgende minimale isolatieafstanden tussen draden (in hout) aan te houden: 0,75 m voor spanningen 6-10, 1,5 m voor spanning 20 en 3 m voor spanning 35 kV.

Individuele secties van bovenleidingen met verzwakte isolatie (bijvoorbeeld door middel van metalen of gewapend betonnen steunen, verbinding van de bovenleiding met een kabel, enz.) worden beschermd door afleiders of vonkbruggen (bij lage stroomsterktes) (zie — Leidingsteunen En Ventielbegrenzers). De weerstand van de aardingsapparaten van deze apparaten mag niet meer zijn dan 10 ohm.

Begrenzers en vonkbruggen worden geïnstalleerd op de steunen van twee elkaar kruisende bovenleidingen of op de kruising van een bovengrondse hoogspanningslijn met een communicatielijn. De weerstand van de aardingsapparaten mag hier niet hoger zijn dan 15 ohm. De aardhellingen van de steunen moeten een boutverbinding hebben en hun doorsnede moet minimaal 25 mm2 zijn.

Om de stroom boven de bovenleiding te herstellen na snel voorbijgaande bliksemstoringen, worden automatische hersluitinrichtingen (automatische hersluiting) van de lijnen gebruikt. Met de succesvolle werking van automatische hersluiters als bliksembeveiligingsapparaat, zullen gebruikers geen stroomonderbreking voelen die niet langer zal zijn dan 0,2 s, en zal hun normale werking niet worden verstoord.

De kabelwartels zijn aan beide uiteinden beveiligd met aanslagen.

De beveiliging van consumentennetwerken met een spanning van 0,38 / 0,22 kV wordt bijzonder zorgvuldig uitgevoerd. Deze netwerken zijn meestal vanuit de lucht en hun ontwerp is het meest vatbaar voor atmosferische pieken omdat ze boven alle andere structuren uitstijgen en door open gebieden gaan.

Laagspanningsnetwerken zijn uitgerust met bliksembeveiligingsinrichtingen die impulsontlaadstromen naar aarde afbuigen. Hiermee kunt u mensen en dieren beschermen, branden voorkomen die worden veroorzaakt door bliksem en het binnendringen ervan in interne elektrische draden.

In laagspanningsnetwerken zijn verbindingen met bliksembeveiligingsaarding voorzien voor haken of pinnen van isolatoren van alle fasegeleiders en de neutrale geleider.

Aarding wordt ook voorzien op steunen met draadkranen aan huizen of direct bij de ingangen van gebouwen. De weerstand van het aardingsapparaat mag niet hoger zijn dan 30 ohm.

In 10 / 0,4 kV-consumentenstations moeten laagspanningswikkelingen die zijn aangesloten op bovenleidingen worden beschermd door afleiders. Ze worden zo dicht mogelijk bij de transformator geïnstalleerd en zijn aangesloten op het gemeenschappelijke aardcircuit van de onderstations. Wanneer het vermogen van de transformator 630 kVA en meer is, worden twee extra beschermende aardingen gemaakt langs de lijnen die zich ervan uitstrekken - op 50 en 100 m van het onderstation met de opgegeven weerstandswaarde.