Atmosferske prenapetosti v električnih omrežjih

Nenadni kratkotrajni dvigi napetosti do vrednosti, nevarne za izolacijo električne napeljave, se imenujejo prenapetost... Po izvoru so prenapetosti dveh vrst: zunanje (atmosferske) in notranje (preklopne).

Atmosferski sunki nastanejo zaradi neposrednega udara strele v električno napeljavo ali zaradi udara strele v njeno neposredno bližino. Največjo nevarnost za električno napeljavo predstavljajo atmosferske prenapetosti, tako kot pri neposrednih udarcih strela lahko dosežejo 1.000.000 V, s tokom strele do 200 kA. Niso odvisni od vrednosti nazivne napetosti električne napeljave. Posebej nevarni so za nižjenapetostne inštalacije, saj so v teh inštalacijah razdalje med deli pod napetostjo in nivo izolacije manjši kot pri visokih napetostih.

Atmosferske prenapetosti delimo na inducirane in neposredne udare strele. Prvi se pojavi med razelektritvijo strele v bližini električne napeljave, na primer transformatorske postaje ali daljnovoda.Prenapetost nastane zaradi induktivnega učinka nevihtnega oblaka, nabitega z zelo visokim potencialom (več milijonov voltov).

Pri neposrednem udaru strele se poleg elektromagnetnega delovanja, ki povzroči prenapetost, opazijo tudi mehanske poškodbe, na primer cepitev lesenih stebrov ali pragov daljnovoda.

Inducirani sunki so reda velikosti 100 kV, kar je bistveno manj kot sunki, ki jih povzroči neposredni udar strele. Po razelektritvi se širijo vzdolž vodnikov nadzemnega voda v obliki evanescentnih valov.

Udar strele je v večini primerov sestavljen iz serije posameznih impulzov, ki si sledijo drug za drugim. Celotna razelektritev traja desetinke sekunde, posamezni impulzi pa trajajo desetine mikrosekund. Število posameznih impulzov ob udaru strele je lahko od 1 do 40.

Zaščita električnih inštalacij pred atmosfersko prenapetostjo

Zgoraj je bilo omenjeno, da lahko atmosferske prenapetosti dosežejo več milijonov voltov. Izolacija električnih inštalacij ne prenese takšnih napetostnih nivojev, zato jo je treba dodatno zaščititi pred poškodbami. Ta sredstva preprečujejo poškodbe električne opreme in jih je treba uporabljati v električnih inštalacijah tako za povečanje neprekinjenega napajanja porabnikov kot za zaščito ljudi in živali.

Posebno pozornost je treba nameniti prenapetostni zaščiti nadzemnih vodov 10 in 0,4 kV, pa tudi potrošniških postaj, ki se nahajajo na podeželju.

Požari so lahko resna posledica prenapetosti, zlasti zaradi neposrednega udara strele. Zato je največja pozornost namenjena organizaciji pravilne in zanesljivo delujoče zaščite pred atmosfersko prenapetostjo (ali zaščito pred strelo).

Problem zaščite pred strelo vključuje ukrepe za zaščito posameznih elementov električnih instalacij pred neposrednim udarom strele, izolacijo električnih strojev in naprav pred poškodbami, pred impulzi, ki prehajajo iz linije udarnih valov. Ti ukrepi se nanašajo na vgradnjo zaščitnih naprav in naprav, ki preusmerijo impulz (val) od suna v tla, preden val doseže katerikoli kritični element napeljave in ga onesposobi.

Zato so glavni del vseh zaščitnih naprav ozemljitvena stikala. Morajo biti izpolnjeni v skladu s PUE in zagotavljajo zanesljivo praznjenje naboja na tla.

Odvodniki strele, odvodniki in odvodniki isker se uporabljajo kot primarna zaščitna oprema pred atmosfersko prenapetostjo.

Strelovodi usmerjajo atmosfersko razelektritev proti sebi in jo odvajajo stran od tokovnih delov napeljave. Za zaščito koncentriranih objektov (na primer transformatorskih postaj ali drugih objektov) se uporabljajo palični strelovodi, za zaščito razširjenih (na primer žic nadzemnih vodov) pa se uporabljajo kontaktni strelovodi. so nameščene in sveče.

Za zaščito pred strelo postajnih generatorjev in transformatorjev je predviden sklop sredstev tako za zaščito pred direktnim udarom strele kot pred udarnimi valovi, ki padajo z voda.

Zaščita pred neposrednim udarom strele je zagotovljena s strelovodi in kontaktno strelo na pristopih daljnovoda do postaje ali RTP. Generatorji so zaščiteni pred padajočimi valovi iz voda z omejevalniki, ki omejujejo amplitudo valovanja na vrednost, ki ni nevarna za izolacijo električnega stroja.

Velikih generatorjev ni priporočljivo neposredno priključiti na odhodne električne vode. Za majhne postaje, ki dobavljajo električno energijo porabnikom na generatorski napetosti, je takšna povezava možna z dodatno vgradnjo posebnih omejevalnikov z izboljšanimi lastnostmi na generator.

Če so generatorji priključeni neposredno na povečevalne transformatorje, to je po blokovni shemi generator-transformator, ne potrebujejo posebnih zaščitnih ukrepov pred poliprenapetostjo.

Nadzemni vodi z napetostjo 6-35 kV, izdelani na lesenih stebrih, ne potrebujejo posebne prenapetostne zaščite. Odpornost proti streli njihove izolacije zagotavljajo izolativne lastnosti lesa. Pri tem je pomembno le ohraniti naslednje minimalne izolacijske razdalje med vodniki (v lesu): 0,75 m za napetosti 6-10, 1,5 m za napetost 20 in 3 m za napetost 35 kV.

Posamezni odseki nadzemnih vodov z oslabljeno izolacijo (na primer z uporabo kovinskih ali armiranobetonskih nosilcev, povezovanje nadzemnega voda s kablom itd.) So zaščiteni z odvodniki ali iskrišči (pri nizkih tokovih) (glej - Omejitve cevi in Omejevalniki ventilov). Upornost ozemljitvenih naprav teh naprav ne sme biti večja od 10 ohmov.

Omejevalniki in iskrišča so nameščeni na nosilcih dveh nadzemnih vodov, ki se križata drug z drugim, ali na presečišču nadzemnega daljnovoda s komunikacijskim vodom. Upornost ozemljitvenih naprav tukaj ne sme biti višja od 15 ohmov. Ozemljitvena pobočja nosilcev morajo imeti vijačno povezavo, njihov presek pa mora biti najmanj 25 mm2.

Za ponovno vzpostavitev napajanja nad daljnovodom po hitrih prehodnih udarih strele se uporabljajo avtomatske naprave za ponovno vklop (avtomatsko ponovno vklop) vodov. Z uspešnim delovanjem avtomatskih ponovnih vklopov kot naprave za zaščito pred strelo uporabniki ne bodo občutili prekinitve napajanja, ki ne bo daljša od 0,2 s, in njihovo normalno delovanje ne bo moteno.

Kabelske uvodnice so na obeh koncih zaščitene z omejevalniki.

Zaščita potrošniških omrežij z napetostjo 0,38 / 0,22 kV se izvaja posebej skrbno. Ta omrežja so običajno zračna in njihova zasnova je najbolj dovzetna za atmosferske valove, saj se dvigajo nad vse druge strukture in potekajo skozi odprta območja.

Nizkonapetostna omrežja so opremljena z napravami za zaščito pred strelo, ki odbijajo impulzne razelektritvene tokove v zemljo. To vam omogoča zaščito ljudi in živali, preprečevanje požarov, ki jih povzročajo strele, in njihov prodor v notranje električne žice.

V nizkonapetostnih omrežjih so priključki na ozemljitev strelovoda predvideni za kljuke ali zatiče izolatorjev vseh faznih vodnikov in ničelnega vodnika.

Ozemljitev je predvidena tudi na nosilcih z žičnimi odcepi do hiš ali neposredno na vhodih v stavbe. Upornost zaščitne ozemljitvene naprave ne sme presegati 30 ohmov.

V transformatorskih postajah 10 / 0,4 kV morajo biti nizkonapetostna navitja, priključena na nadzemne vode, zaščitena z odvodniki. Namestijo se čim bližje transformatorju in so priključeni na skupno ozemljitveno vezje transformatorskih postaj. Ko je moč transformatorja 630 kVA ali več, sta vzdolž linij, ki segajo od njega, izvedeni dve dodatni zaščitni ozemljitvi - na 50 in 100 m od transformatorske postaje z določeno vrednostjo upora.