Атмосферные перенапряжения в электрических сетях

Внезапные кратковременные повышения напряжения до величины, опасной для изоляции электроустановки, называют перенапряжением. По своему происхождению перенапряжения бывают двух видов: внешние (атмосферные) и внутренние (коммутационные).

Атмосферные перенапряжения возникают при прямых ударах молнии в электроустановку или при ударах молнии в непосредственной близости от нее. Атмосферные перенапряжения представляют наибольшую опасность для электроустановки, так как при прямых ударах молнии они могут достигать 1000000 В, при токе молнии — до 200кА. Они не зависят от величины номинального напряжения электроустановки. Особенно опасны они для установок с более низким напряжением, так как в этих установках расстояния между токоведущими частями и уровень изоляции ниже, чем при высоких напряжениях.

Атмосферные перенапряжения подразделяют на индуктированные и от прямого удара молнии. Первые возникают при грозовом разряде вблизи от электроустановки, например, подстанции или линии электропередачи. Перенапряжение образуется за счет индуктивного влияния грозового облака, заряженного до очень высокого потенциала (несколько миллионов вольт).

При прямом ударе молнии, кроме электромагнитного действия, вызывающего перенапряжения, отмечаются также механические повреждения, например, расщепление деревянных стоек или траверс опор воздушных линий электропередач.

Индуктированные перенапряжения имеют величину порядка 100 кВ, что значительно меньше перенапряжения, вызываемого прямым ударом молнии. Они распространяются по проводам воздушной линии после разряда в виде затухающих волн.

Разряд молнии в большинстве случаев состоит из серии отдельных импульсов, следующих друг за другом. Весь разряд длится десятые доли секунды, а отдельные импульсы имеют длительность в десятки микросекунд каждый. Число отдельных импульсов при разряде молнии может быть от 1 до 40.

Защита электроустановок от атмосферных перенапряжений

Выше отмечалось, что атмосферные перенапряжения могут достигать нескольких миллионов вольт. Изоляция электроустановок не может выдержать таких уровней напряжения, поэтому она нуждается в дополнительных средствах защиты от пробоя. Эти средства предотвращают повреждение электрооборудования и должны применяться в электроустановках как для повышения бесперебойности электроснабжения потребителей, так и для защиты людей и животных.

Особое внимание должно быть уделено защите от перенапряжения воздушных линий напряжением 10 и 0,4 кВ, а также подстанциям потребителей, расположенных в сельской местности.

Одним из серьезных последствий перенапряжений, в частности, вследствие прямых ударов молнии, могут быть пожары. Поэтому вопросам организации правильной и надежно работающей защиты от атмосферных перенапряжений (или грозозащите) уделяют самое серьезное внимание.

В проблему грозозащиты входят мероприятия по защите отдельных элементов электроустановок от прямых ударов молнии, изоляции электрических машин и аппаратов от пробоев, от импульсов, набегающих с линии волн перенапряжений. Эти мероприятия сводятся к установке защитных аппаратов и устройств, которые отводят импульс (волну) перенапряжений в землю до того, как волна достигнет какого-либо ответственного элемента установки и выведет его из строя.

Главной частью всех защитных аппаратов поэтому являются заземлители. Они должны быть выполнены в соответствии с ПУЭ и обеспечивать надежный отвод заряда в землю.

В качестве основных защитных средств от атмосферных перенапряжений применяют молниеотводы, разрядники и искровые промежутки.

Молниеотводы ориентируют атмосферный разряд на себя, отводя его от токоведущих частей установки. Для защиты сосредоточенных объектов (например, подстанций или других сооружений) используют стержневые, а для защиты протяженных (например, проводов воздушной линии) — тросовые молниеотводы. Разрядники и искровые промежутки устанавливают для отвода заряда в землю.

Для грозозащиты генераторов станций и трансформаторов предусматривают набор средств как для защиты от прямых ударов молнии, так и от волн перенапряжений, набегающих с линии.

Защиту от прямых ударов молнии выполняют стержневыми молниеотводами и тросовыми молниеотводами на подходах воздушной линии к станции или подстанции. Защиту генераторов от волн, набегающих с линии, осуществляют разрядниками, ограничивающими амплитуду волны до значения, не опасного для изоляции электрической машины.

Крупные генераторы не рекомендуется непосредственно соединять с отходящими линиями электропередачи. Для небольших станций, снабжающих электроэнергией потребителей на генераторном напряжении, такое соединение возможно при дополнительной установке у генератора специальных разрядников с улучшенными характеристиками.

Если генераторы соединяются с повысительными трансформаторами непосредственно, т. е. по схеме блока «генератор — трансформатор», то специальных мер защиты от поли перенапряжений они не требуют.

Воздушные линии напряжением 6 — 35 кВ, выполненные на деревянних опорах, не требуют специальной защиты от перенапряжений. Грозоупорность изоляции у них обеспечивается изоляционными свойствами дерева. Здесь важно лишь выдержать следующие минимальные изоляционные расстояния между проводами (по дереву): 0,75 м для напряжений 6 — 10, 1,5 м для напряжения 20 и 3 м для напряжения 35 кВ.

Отдельные участки воздушных линий с ослабленной изоляцией (например, с использованием металлических или железобетонных опор, соединения воздушной линии с кабельной и др.) защищаются разрядниками или искровыми промежутками (при малых токах) (смотрите — Трубчатые разрядники и Вентильные разрядники). Сопротивление заземляющих устройств этих аппаратов должно быть не более 10 Ом.

Разрядники и искровые промежутки устанавливаются на опорах двух воздушных линий, пересекающихся между собой, или в местах пересечения воздушной линии электропередачи с линией связи. Сопротивление заземляющих устройств здесь должно бить не выше 15 Ом. Заземляющие спуски на опорах должны иметь болтовое соединение, а их сечение должно быть не ниже 25 мм 2 .

Для восстановления питания по воздушной линии после быстропроходящих грозовых повреждений используют устройства АПВ (автоматического повторного включения) линий. При успешном срабатывании устройств АПВ в качестве средства от грозозащиты потребители не почувствуют перерыва в электроснабжении, который будет не больше 0,2 с, и их нормальная работа не нарушится.

Кабельные вставки защищаются с обоих концов разрядниками.

Защиту сетей потребителей напряжением 0,38/0,22 кВ выполняют особенно тщательно. Эти сети выполняют, как правило, воздушными и их конструкция наиболее подвержена атмосферным перенапряжениям, так как они возвышаются над всеми остальными сооружениями и проходят по открытой местности.

Низковольтные сети снабжают устройствами грозозащиты, отводящими импульсные токи разряда в землю. Это позволяет обезопасить людей и животных, предотвратить пожары, которые возникают вследствие грозовых разрядов и их проникновения во внутренние электропроводки.

В сетях низкого напряжения предусмотрены присоединения к грозозащитным заземлениям крюков или штырей изоляторов всех фазных проводов и нейтрального провода.

На опорах с отводами проводов в дома или непосредственно на вводах в строения также предусматривают заземления. Сопротивление защитного заземляющего устройства должно быть не выше 30 Ом.

На подстанциях потребителей 10/0,4 кВ низковольтные обмотки, соединенные с воздушными линиями, должны быть защищены разрядниками. Они устанавливаются возможно ближе к трансформатору и соединяются с общим заземляющим контуром подстанций. При мощности трансформатора 630 кВа и выше на линиях, отходящих от него, выполняют дополнительно два защитных заземления — в 50 и 100 м от подстанции с указанной величиной сопротивления.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Молния – природа газового электричества

В разных точках нашей планеты одновременно бушует около 2000 гроз и в каждую секунду в поверхность Земли бьет приблизительно 50 молний. Человечество изучает молнии издавна, однако только четверть века назад американским ученым Бенджамином Франклином было доказано, что молния представляет собой электрический разряд несущий в себе отрицательный заряд. Сегодня скоростная фотосъемка позволила установить, что вспышка состоит из нескольких коротких разрядов длящихся десятые доли секунды.

Как появляется молния?

Молния возникает в сильно наэлектризованных дождевой туче, между облаком и землей либо между соседними облаками. Причиной электризации выступает сила притяжения, которая возникает вследствие трения сконденсированных капелек или льдинок, из которых и образуется грозовая туча. Эти частички находятся в непрекращающемся движении вызванным потоками теплого воздуха, поднимающимися вверх от нагретой поверхности земли. Льдинки и капельки воды сталкиваются друг с другом, в результате чего и происходит электризация тучи. При этом более мелкие частички, увлекаемые воздухом вверх, имеют положительный заряд, а более крупные и тяжелые, находящиеся в нижней части облака – отрицательный.

Когда два противоположно заряженных облака приближаются друг к другу между ними возникает плазменный канал, образующийся из ионов и электронов. По этому каналу устремляются заряженные частицы в результате чего получается электрический молниевый разряд. Как между разными облаками получается молния, так и между тучей и поверхностью земли или же внутри одной грозовой тучи.

Сегодня ученые нашли ответ из чего же состоит молния – из нитей электрических зарядов (стримеров), которые сливаясь образуют ступенчатый лидер. По мере приближения лидера к поверхности земли или другому облаку, образуется ответный и при их соприкосновении происходит яркая вспышки и электрический разряд.

Как велика энергия одной молнии?

Напряжение молнии очень огромно и этой энергии хватит чтобы лампочка в 100 Вт светила непрерывно в течение 90 дней. В среднем один грозовой разряд несет в себе до 20 000 мегаватт, при этом температура достигает 10 тысяч по Кельвину, что в 5 раз больше чем на поверхности Солнца.

Известно, что разряд между тучей и поверхностью земли высвобождает энергии больше нежели разряд внутри облака или между двумя соседними. Это происходит потому, что разность потенциалов между небом и землей намного выше, чем просто между тучами.

Почему гремит гром?

Грозовая, насыщенная электричеством молния, всегда сопровождается раскатами грома. Это происходит из-за вибрации раскаленного воздуха, под воздействием стремительно возросшего атмосферного давления. Звук получается раскатистым, поскольку длина одной молнии достигает нескольких километров, а разряд длится некоторое время, потому доходит до слуха с разностью в доли секунд. И хотя вспышка и гром происходят в одно время, раскаты слышатся с некоторым запозданием, поскольку скорость звука ниже скорости света.

Какие бывают молнии

Всего в природе насчитывает несколько основных видов грозовых разрядов:

• линейная (облако-земля, земля-облако, облако-облако);
• горизонтальная или плоская;
• ленточная;
• бисерная (чоткова);
• шторовая;
• объемная;
• шаровая;
• вулканическая.

Также ученые называют молнией такие природные явления как эльфы, джеты, спрайты и огни Святого Эльма. Каждый вид возникающих электрических разрядов отличается характерными только для него особенностями и ведет себя по-разному.

Чем опасна гроза

Поскольку молния представляет собой электрический заряд огромной мощности, при попадании в здание она может вызвать его разрушение или возгорание. Кроме того, если такой разряд попадет в человека это может стать причиной тяжелых увечий и даже летального исхода. Поражается головной мозг, разрушается центральная нервная система, может произойти остановка сердца. И хотя по статистике прямое попадание грозового разряда в человека происходит в 1% случаев, это чрезвычайно опасно.

Ударная волна высвободившего разряда способна сломать дерево, выбить окна, травмировать, контузить, обжечь или оглушить оказавшегося по близости человека, потому даже ударившая рядом молния чрезвычайно опасна.

Сила тока молнии

Сила тока в молнии может достигать порядка 100 тысяч ампер, при этом напряжение составляет около несколько миллиона вольт (вплоть до миллиарда). Температура внутри молниевого канала достигает 25 000 градусов Цельсия и при ударе в песок или песчаную почву образуется стекло. Длина одного грозового разряда может быть от 8-10 до нескольких сот километров.

Правила поведения во время грозы

Чтобы избежать риска попадания молнии нужно знать, как правильно себя вести во время грозы:

• избегать открытой местности. Известно, что разряд обычно бьет в самую высокую точку на поверхности земли. Если гроза застает человека и поле или степи следует постараться стать как можно ниже: спрятаться в канаву или ложбину, присесть на корточки и передвигаться пригнувшись;
• нельзя прятаться под высокими деревьями. Если гроза застала в лесу, нужно отойти от высоких деревьев, лучшим вариантом будет присесть на корточки между низкорослых растений.
• опасаться купаться в открытых водоемах. Вода хороший проводник тока, потому если внезапно началась гроза нужно выйти на берег. Кроме того, часто разряд бьет по берегу, потому пока бушует стихия нельзя ловить рыбу, нужно как можно дальше отойти от водоема;
• избегать разговоров по мобильному телефону. Радиоволны, испускаемые телефоном, притягивают грозовой разряд;
• постараться избавиться от металлических предметов. Известны случаи, когда молния била по ключам, находящимся в кармане, цепочке на шее и даже раскрытому зонту.

Находясь в автомобиле во время грозы категорически запрещено прикасаться к крыше машины, двери и ручкам, поскольку при попадании молнии в корпус разряд идет по поверхности металла. Также лучше отключить радиоприемник, GPS-навигатор и опустить антенну.

Находясь дома нужно закрыть окна и двери, чтобы исключить возможные сквозняки. Известно, что именно сквозняк привлекает шаровую молнию. Во время грозы нельзя находится вблизи металлической батареи, подоконника или электроприборов – именно в них чаще всего разряжается шаровая молния. Также находясь в помещении рекомендовано отключить от сети бытовую технику и выключить радиоприборы.

Если непогода застает человека на улице на велосипеде, мопеде или мотоцикле – лучше спешиться, положить транспортное средство на бок и отойти от него на расстояние 25-30 метров. Не стоит раскрывать зонт, поскольку опасность попадания грозового разряда в этом случае повышается. Также опасно прятаться от дождя под высокими деревьями или находится вблизи металлических заборов.

Интересные факты

Существует немало интересных и шокирующих фактов, связанных с этим природным явлением:

• поверхности земли достигает только четверть разрядов;
• шанс смертельного исхода от попадания молнии всего 1 к 2 миллионам, столько же составляет риск умереть от падения с кровати;
• самый длинный разряд был зафиксирован в 2007 году и его протяженность составила 321 км;
• самая продолжительная молния длилась 7.74 секунды;
• молнией вызывается около 10 тысяч лесных пожаров ежегодно;
• в среднем, по всему миру, от попадания молнии погибает около 3 тысяч человек;
• самой распространенной причиной попадания молнии в человека является факт беседы во время грозы по мобильному телефону;
• 70% людей, пораженных молнией, выживают. Известно, что в американца Роя Селливана грозовой разряд попал семь раз и он после этого остался жив;
• срок жизни шаровой молнии составляет 10 секунд, а вероятность увидеть ее хотя бы один раз в жизни сопоставим 1:10000;
• подобное явление наблюдается не только в земной атмосфере. Грозы и вспышки также возникают на юпитере, Сатурне, Уране и Венере.

Понимание того, как в грозовых тучах образуется молния и что она из себя представляет поможет относиться к этому явлению без пренебрежения. При неправильном поведении во время грозы молнии несут прямую опасность здоровью и жизни человека. Потому важно не забывать вовремя выключить мобильный телефон и постараться найти подходящие убежище на время буйства стихии.

Профильное образование: Троицкий аграрный техникум, специальность – электрик 3 разряда (1996 г.).
IV группа допуска по электробезопасности.
Электрик 4 разряда.
Опыт работы – с 1996 года.
Объекты работ: квартиры, дачи, бани, офисы и другие.
Дополнительная информация: Ленинградская область (до 100 км от г. Санкт-Петербурга)

Источник