Åskskydd av luftledningar

En luftledning är det längsta elementet i det elektriska systemet. Det är också det vanligaste inslaget i systemet och träffas oftast av blixten. Olycksstatistik för elsystem visar att 75-80 % av nödavbrott i luftledningar är relaterade till blixtavbrott.

Physics of Lightning Discharge

Blixtnedslag - en typ av gasurladdning med en mycket lång gnistlängd. Blixtkanalens totala längd når flera kilometer, och en betydande del av denna kanal ligger inne i åskmolnet.

För att ett åskväder ska uppstå, för det första, starka uppströmmar och för det andra den nödvändiga luftfuktigheten i området för åskväder.

Uppströmningar uppstår på grund av uppvärmning av luftlager intill jordytan och termiskt inducerad värmeväxling av dessa lager med svalare luft på hög höjd.

I molnet bildas flera ansamlingar av laddningar, isolerade från varandra (i den nedre delen av molnet ackumuleras laddningar med negativ polaritet), blixtar är oftast flera, d.v.s. består av flera enstaka utsläpp som utvecklas längs samma väg.

Den exakta mekanismen för laddningsseparering i ett åskmoln är fortfarande i stort sett oklart. Observationer visar dock att laddningsseparationen sammanfaller med att vattendroppar fryser i ett moln.

Det tillåtna antalet avbrott i luftledningar till följd av blixtnedslag

Förstudien visar att det är omöjligt att göra luftledningar absolut blixtsäkra... Vi måste medvetet anta att luftledningar kommer att stängas av ett begränsat antal gånger per år. Uppgiften med åskskydd av kraftledningar är att minimera antalet blixtavbrott.

Tillåtet antal avstängningar av luftledningar per år och ytterligare avstängning bestäms av villkoren:

a) pålitlig strömförsörjning till konsumenter,

b) tillförlitlig drift av omkopplare som går till luftledningar och beräknas med formeln:

där ytterligare — antalet tillåtna avbrott i strömförsörjningen på linjen per år nadd ≤ 0,1 i frånvaro av redundans och nadd ≤ 1 om redundant är tillgänglig), β — APV-framgångsfrekvens lika med 0,8-0,9 för ledningar 110 kV och högre på metall- och armerad betongstöd.

Automatisk återstängare (AR) kan hålla linjen i drift eftersom fall av isoleringsfel hos ljusbågsstöd är ganska sällsynta. I det här fallet kommer blixten inte att åtföljas av ett strömavbrott.I händelse av fel på automatisk återinkoppling sker en fullständig avstängning av kraftledningen.

Det bör noteras att den frekventa användningen av automatisk återstängning komplicerar driften av strömbrytare, som i detta fall kräver extraordinär revision. Baserat på detta är det tillåtet att ha ytterligare avstängning = 1 — 4 beroende på typ av switchar. För kritiska linjer bör detta antal resor minskas.

Uppskattat antal blixtnedslag på luftledningar

Det förväntade antalet blixtavbrott på linjen bestäms huvudsakligen av intensiteten av blixtaktiviteten i området för linjevägen. Baserat på genomsnittssiffrorna är det allmänt accepterat att 0,067 blixtnedslag inträffar 1 km från jordens yta under en åskväderstimme... Med tanke på att linjen samlar alla nedslag från en remsa med bredd 6h (h är medelhöjden av en kabelupphängning eller kabel), är antalet N blixtnedslag på en linje med längden l per år

N = 0,067 × n × 6h × l × 10-3 ,

där n är antalet åsktimmar per år.

Antalet överlappningar i isoleringen av luftledningar bestäms av formeln

ntape = n NS Pcloth,

där Pln — sannolikheten för överlappning av ledningsisoleringen vid en given blixtström.

Inte varje överlappning av impulsisolering åtföljs av en linjeavstängning, eftersom utlösning kräver passage av en impulsbåge till matningsbågen. Övergångssannolikheten beror på många faktorer, och i tekniska beräkningar är det vanligt att bestämma den genom gradienten för driftspänningen längs överlappningsvägen EСр = Urob / Lband, kV / m.

För linjer på trästöd med långa luftgap bestäms sannolikheten för att byta till en pulsad båge h av formeln

För ledningar på metall- och armerad betongstöd är h = 0,7 för nätspänning upp till 220 kV och h = 1,0 för nominell spänning 330 kV och mer.

Genom att multiplicera nlenten med en faktor η är det möjligt att beräkna det förväntade antalet blixtnedslag på linjen per år

I ingenjörspraktik används vanligtvis det specifika antalet linjeavbrott nAntal avbrott per 100 km linje som passerar genom ett område med 30 timmars åskväder per år:

För att minska antalet blixtnedslag på linjen kan du:

• minska sannolikheten för överlappning av isolering under blixtnedslag, vilket vanligtvis uppnås på luftledningar med metallstöd genom att hänga upp blixtstång från kontaktledning och genom att tillhandahålla lågt impulsjordningsmotstånd för stöd och kablar,

• förläng överlappningsvägen med en låg driftsspänningsgradient, vilket minskar koefficienten h för övergången från impulsbågen till effektbågen. Det senare utförs på luftledningar med trästöd.

Effekt av åskskyddsprestanda

Luftledningar på metall (armerad betong) stöd utan jordledning.

När tråden träffas vid islagspunkten aktiveras ett motstånd som är lika med hälften av Z-trådens karakteristiska impedans.