Zgryźliwość kojarzy mi się z radością, która źle skończyła.
11. OCHRONA PRZECIWPRZEPIĘCIOWA W LINII I STACJI ELEKTROENERGETYCZNEJ
11.1. PRZESKOK ODWROTNY
W rozdziale poprzednim omówiono zagadnienia ruchu fali napięciowej w linii. W
tym rozdziale będą natomiast skrótowo zasygnalizowane środki zapobiegawcze przed
skutkami przepięć piorunowych przemieszczających się wzdłuż linii.
Fala napięciowa pochodzenia atmosferycznego może w linii pojawić się w dwojaki sposób:
1
. W wyniku bezpośredniego wyładowania do linii lub do słupa;
2
. W wyniku zaindukowania się napięcia od pobliskiego uderzenia
pioruna.
Poniżej zostanie rozpatrzony przypadek bezpośredniego wyładowania do słupa,
na którym jest zawieszony na izolatorze przewód roboczy linii oraz nad tym przewodem
jest zawieszony dodatkowy, uziemiony przewód, zwany przewodem odgromowym (rys.
11.1). Do wierzchołka słupa zachodzi wyładowanie piorunowe o prądzie pioruna i
p
.
Prąd pioruna rozpływa się teraz w trzech kierunkach (rys. 11.1):
- w obie strony od słupa wzdłuż przewodu odgromowego;
-wzdłuż słupa do ziemi.
Przepływ prądu jest związany ze spadkami napięcia. Zatem w punktach
A
1
i
A
2
na słupie
będą panowały określone potencjały, stanowiące o tym, że między punktami
A
2
i
B
, czyli
wzdłuż łańcucha izolatorów, powstaje napięcie. Napięcie to jest sumą następujących
składowych:
1.
spadku napięcia na rezystancji uziemienia słupa
R
uz
równego
i
s
⋅
R
uz
;
2.
spadku napięcia na indukcyjności słupa
L
sł
równego
L
sl
⋅ ;
dt
3.
składowej elektrycznej nap ięcia indukowanego w przewodach linii przez kanał
pio r u na . W c za s ie gdy lider zb liża się do słupa wó wc zas tworzy się nad słupem
kolumna ładunku przestrzennego. Wyładowanie ten ładunek neutralizuje - stąd zanik
pola - indukując napięcie
U
⋅
AB
≈
, gdzie
s
p
s
p
h
r
jest stromością naras ta nia prądu
pioruna, a
h
r
jest wysokością zawieszenia przewodu roboczego.
Ostatec znie na izo lacji słupa wystąpi napięcie będące sumą powyższych składowych:
U
=
⎜
⎝
i
⋅
R
+
L
⋅
di
s
+
s
⋅
h
⎟
⎠
⋅
( )
1
−
k
11
.
AB
s
uz
sl
dt
p
r
u
gd zie :
L
sł
≈
0.6
⋅
h
sł
dla indukcyjności słupa w [µH] i wysokości w [m];
k
u
-współczynnik
sprzężenia między przewodem odgromowym a roboczym;
k
u
= k
o
⋅γ ;
k
o
- geometryczny
współczynnik sprzęże nia; γ - współczynnik uwzględniający wpływ ulotu: γ
= 1.2
przy jednym
di
(
⎛
⎞
Między punktami
A
i
B
na słupie jest odpowiedni izolator liniowy o określonej
długości uzależnionej od napięcia znamionowego sieci. Zależnie od długości izolatora istnieje
określona wartość napięcia przeskoku wzdłuż jego powierzchni. Jeśli napięcie
U
AB
jest wyższe
od napięcia przeskoku wzdłuż wysokości izolatora
U
iz
to nastąpi przeskok. Obydwa napięcia
zarówno
U
AB
jak i
U
iz
zależą od czasu oddziaływania przepięcia piorunowego, co ilustruje
rysunek 11.2. Zatem wówczas gdy
U
AB
jest większe od
U
iz
, nastąpi przeskok do przewodu
roboczego mimo, że wyładowanie piorunowe wystąpiło do uziemionego przewodu
odgromowego. Ponieważ przeskok odbywa się od elementu uziemionego (przewód odgromowy)
do przewodu o potencjale napięcia sieci stąd nazwano go
przeskokiem odwrotnym
.
Zatem po zaistnieniu przeskoku odwrotnego w przewodach roboczych pojawi się fala
napięciowa pochodzenia atmosferycznego. Ponieważ, jak to wynika z wzoru (11.1), napięcie
U
AB
zależy od prądu płynącego przez słup
i
s
, który to prąd można w uproszczonych rozważaniach
uzależnić od prądu pioruna
i
p
tak iż
i
s
≈
0.6
⋅
i
p
, to napięcie
U
AB
również zależy od prądu pioruna
i
p
. W oparciu o powyższe związki można wprowadzić ważne pojęcie piorunowego poziomu
izolacji linii.
Piorunowy poziom izolacji
linii jest to najniższa wartość szczytowa
I
p
prądu pioruna,
przy której, dla założonej stromości
s
p
tego prądu, występuje przeskok na izolacji linii.
Jak wynika z wzoru (11.1) oraz z rysunku 11.2 piorunowy poziom izolacji linii zależy
głównie od:
1
. rezystancji uziemień słupów;
2
. wysokości słupów;
3
. długości (wysokości) izolatorów liniowych.
Im napięcie znamionowe linii jest niższe tym wysokość (długość) izolatorów liniowych
jest mniejsza - mniejsze jest napięcie przeskoku wzdłuż izolatora i piorunowy poziom izolacji
linii maleje. W liniach ŚN, gdzie piorunowy poziom izolacji linii jest niewielki, stosowanie
przewodów odgromowych traci sens, gdyż przy każdej wartości szczytowej prądu pioruna
zachodzi przeskok odwrotny.
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl hannaeva.xlx.pl
11.1. PRZESKOK ODWROTNY
W rozdziale poprzednim omówiono zagadnienia ruchu fali napięciowej w linii. W
tym rozdziale będą natomiast skrótowo zasygnalizowane środki zapobiegawcze przed
skutkami przepięć piorunowych przemieszczających się wzdłuż linii.
Fala napięciowa pochodzenia atmosferycznego może w linii pojawić się w dwojaki sposób:
1
. W wyniku bezpośredniego wyładowania do linii lub do słupa;
2
. W wyniku zaindukowania się napięcia od pobliskiego uderzenia
pioruna.
Poniżej zostanie rozpatrzony przypadek bezpośredniego wyładowania do słupa,
na którym jest zawieszony na izolatorze przewód roboczy linii oraz nad tym przewodem
jest zawieszony dodatkowy, uziemiony przewód, zwany przewodem odgromowym (rys.
11.1). Do wierzchołka słupa zachodzi wyładowanie piorunowe o prądzie pioruna i
p
.
Prąd pioruna rozpływa się teraz w trzech kierunkach (rys. 11.1):
- w obie strony od słupa wzdłuż przewodu odgromowego;
-wzdłuż słupa do ziemi.
Przepływ prądu jest związany ze spadkami napięcia. Zatem w punktach
A
1
i
A
2
na słupie
będą panowały określone potencjały, stanowiące o tym, że między punktami
A
2
i
B
, czyli
wzdłuż łańcucha izolatorów, powstaje napięcie. Napięcie to jest sumą następujących
składowych:
1.
spadku napięcia na rezystancji uziemienia słupa
R
uz
równego
i
s
⋅
R
uz
;
2.
spadku napięcia na indukcyjności słupa
L
sł
równego
L
sl
⋅ ;
dt
3.
składowej elektrycznej nap ięcia indukowanego w przewodach linii przez kanał
pio r u na . W c za s ie gdy lider zb liża się do słupa wó wc zas tworzy się nad słupem
kolumna ładunku przestrzennego. Wyładowanie ten ładunek neutralizuje - stąd zanik
pola - indukując napięcie
U
⋅
AB
≈
, gdzie
s
p
s
p
h
r
jest stromością naras ta nia prądu
pioruna, a
h
r
jest wysokością zawieszenia przewodu roboczego.
Ostatec znie na izo lacji słupa wystąpi napięcie będące sumą powyższych składowych:
U
=
⎜
⎝
i
⋅
R
+
L
⋅
di
s
+
s
⋅
h
⎟
⎠
⋅
( )
1
−
k
11
.
AB
s
uz
sl
dt
p
r
u
gd zie :
L
sł
≈
0.6
⋅
h
sł
dla indukcyjności słupa w [µH] i wysokości w [m];
k
u
-współczynnik
sprzężenia między przewodem odgromowym a roboczym;
k
u
= k
o
⋅γ ;
k
o
- geometryczny
współczynnik sprzęże nia; γ - współczynnik uwzględniający wpływ ulotu: γ
= 1.2
przy jednym
di
(
⎛
⎞
Między punktami
A
i
B
na słupie jest odpowiedni izolator liniowy o określonej
długości uzależnionej od napięcia znamionowego sieci. Zależnie od długości izolatora istnieje
określona wartość napięcia przeskoku wzdłuż jego powierzchni. Jeśli napięcie
U
AB
jest wyższe
od napięcia przeskoku wzdłuż wysokości izolatora
U
iz
to nastąpi przeskok. Obydwa napięcia
zarówno
U
AB
jak i
U
iz
zależą od czasu oddziaływania przepięcia piorunowego, co ilustruje
rysunek 11.2. Zatem wówczas gdy
U
AB
jest większe od
U
iz
, nastąpi przeskok do przewodu
roboczego mimo, że wyładowanie piorunowe wystąpiło do uziemionego przewodu
odgromowego. Ponieważ przeskok odbywa się od elementu uziemionego (przewód odgromowy)
do przewodu o potencjale napięcia sieci stąd nazwano go
przeskokiem odwrotnym
.
Zatem po zaistnieniu przeskoku odwrotnego w przewodach roboczych pojawi się fala
napięciowa pochodzenia atmosferycznego. Ponieważ, jak to wynika z wzoru (11.1), napięcie
U
AB
zależy od prądu płynącego przez słup
i
s
, który to prąd można w uproszczonych rozważaniach
uzależnić od prądu pioruna
i
p
tak iż
i
s
≈
0.6
⋅
i
p
, to napięcie
U
AB
również zależy od prądu pioruna
i
p
. W oparciu o powyższe związki można wprowadzić ważne pojęcie piorunowego poziomu
izolacji linii.
Piorunowy poziom izolacji
linii jest to najniższa wartość szczytowa
I
p
prądu pioruna,
przy której, dla założonej stromości
s
p
tego prądu, występuje przeskok na izolacji linii.
Jak wynika z wzoru (11.1) oraz z rysunku 11.2 piorunowy poziom izolacji linii zależy
głównie od:
1
. rezystancji uziemień słupów;
2
. wysokości słupów;
3
. długości (wysokości) izolatorów liniowych.
Im napięcie znamionowe linii jest niższe tym wysokość (długość) izolatorów liniowych
jest mniejsza - mniejsze jest napięcie przeskoku wzdłuż izolatora i piorunowy poziom izolacji
linii maleje. W liniach ŚN, gdzie piorunowy poziom izolacji linii jest niewielki, stosowanie
przewodów odgromowych traci sens, gdyż przy każdej wartości szczytowej prądu pioruna
zachodzi przeskok odwrotny.