ระบบป้องกันฟ้าผ่าของสายไฟเหนือศีรษะ

สายไฟเหนือศีรษะเป็นองค์ประกอบที่ยาวที่สุดของระบบไฟฟ้า นอกจากนี้ยังเป็นองค์ประกอบทั่วไปของระบบและมักถูกฟ้าผ่า สถิติอุบัติเหตุเกี่ยวกับระบบไฟฟ้าแสดงให้เห็นว่า 75-80% ของเหตุฉุกเฉินของสายไฟฟ้าเหนือศีรษะมีสาเหตุมาจากฟ้าผ่า

ฟิสิกส์ของการปล่อยสายฟ้า

สายฟ้า - การปล่อยก๊าซชนิดหนึ่งที่มีประกายไฟยาวมาก ความยาวทั้งหมดของช่องฟ้าผ่าถึงหลายกิโลเมตร และส่วนสำคัญของช่องนี้อยู่ภายในเมฆฝนฟ้าคะนอง

สำหรับพายุฝนฟ้าคะนอง ประการแรก กระแสลมแรง และประการที่สอง ความชื้นในอากาศที่จำเป็นในบริเวณที่เกิดพายุฝนฟ้าคะนอง

การไหลขึ้นของอากาศเกิดขึ้นเนื่องจากความร้อนของชั้นอากาศที่อยู่ติดกับพื้นผิวโลก และการแลกเปลี่ยนความร้อนที่เกิดจากความร้อนของชั้นเหล่านี้กับอากาศที่เย็นกว่าที่ระดับความสูง

ในเมฆมีการสะสมของประจุหลายตัวซึ่งแยกออกจากกัน (ในส่วนล่างของเมฆมีประจุไฟฟ้าขั้วลบสะสม) ฟ้าผ่ามักจะเป็นหลายครั้งเช่น ประกอบด้วยการปล่อยเดี่ยวหลายตัวที่พัฒนาไปตามเส้นทางเดียวกัน

กลไกการแยกประจุที่แน่นอนในเมฆฝนฟ้าคะนองยังไม่ชัดเจนมากนัก อย่างไรก็ตาม ข้อสังเกตแสดงให้เห็นว่าการแยกประจุเกิดขึ้นพร้อมกับการแช่แข็งของหยดน้ำในก้อนเมฆ

จำนวนการหยุดชะงักของสายไฟเหนือศีรษะที่อนุญาตเนื่องจากฟ้าผ่า

การศึกษาความเป็นไปได้แสดงให้เห็นว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างสายไฟฟ้าเหนือศีรษะให้ป้องกันฟ้าผ่าได้อย่างแน่นอน... เราต้องจงใจสันนิษฐานว่าสายไฟฟ้าเหนือศีรษะจะถูกปิดเป็นจำนวนจำกัดปีละครั้ง งานป้องกันฟ้าผ่าของสายไฟคือการลดจำนวนการขัดจังหวะของฟ้าผ่า

จำนวนการหยุดเดินสายไฟเหนือศีรษะที่อนุญาตต่อปีและการปิดเพิ่มเติมจะพิจารณาจากเงื่อนไข:

ก) แหล่งจ่ายไฟที่เชื่อถือได้สำหรับผู้บริโภค

b) การทำงานที่เชื่อถือได้ของสวิตช์ที่เดินทางไปยังสายไฟเหนือศีรษะ และคำนวณโดยสูตร:

โดยที่ nadditional — จำนวนของการหยุดชะงักที่อนุญาตในแหล่งจ่ายไฟบนสายต่อปี nadd ≤ 0.1 ในกรณีที่ไม่มีความซ้ำซ้อน และ nadd ≤ 1 หากมีความซ้ำซ้อน) β — อัตราความสำเร็จของ APV เท่ากับ 0.8-0.9 สำหรับสาย 110 kV และ รองรับโลหะและคอนกรีตเสริมเหล็กสูงกว่า

ตัวปรับระยะอัตโนมัติ (AR) ช่วยให้สายทำงานต่อไปได้ เนื่องจากกรณีที่เกิดความล้มเหลวของฉนวนในการรองรับอาร์คนั้นค่อนข้างหายาก ในกรณีนี้ ไฟฟ้าดับจะไม่เกิดฟ้าผ่าในกรณีที่การเชื่อมต่อใหม่อัตโนมัติล้มเหลว จะมีการปิดสายไฟโดยสมบูรณ์

ควรสังเกตว่าการใช้การปิดซ้ำอัตโนมัติบ่อยครั้งทำให้การทำงานของเบรกเกอร์วงจรซับซ้อน ซึ่งในกรณีนี้จำเป็นต้องมีการแก้ไขเป็นพิเศษ ตามนี้อนุญาตให้มีการปิดระบบเพิ่มเติม = 1 — 4 ขึ้นอยู่กับประเภทของสวิตช์ สำหรับเส้นวิกฤต ควรลดจำนวนเที่ยวนี้ลง

จำนวนฟ้าผ่าโดยประมาณบนสายไฟฟ้าเหนือศีรษะ

จำนวนฟ้าผ่าที่คาดไว้บนเส้นส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยความเข้มของกิจกรรมฟ้าผ่าในพื้นที่ของเส้นทางเส้น จากตัวเลขเฉลี่ย เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่ามีฟ้าผ่า 0.067 ครั้งเกิดขึ้นที่ระยะ 1 กม. จากพื้นผิวโลกในหนึ่งชั่วโมง พายุฝนฟ้าคะนอง... เนื่องจากเส้นดังกล่าวรวบรวมการโจมตีทั้งหมดจากแถบกว้าง 6h (h คือความสูงเฉลี่ยของ a สายแขวนหรือสายเคเบิล) จำนวนครั้งของฟ้าผ่า N ครั้งบนสายความยาว l ต่อปีคือ

N = 0.067 × n × 6h × l × 10-3 ,

โดยที่ n คือจำนวนชั่วโมงที่เกิดพายุฝนฟ้าคะนองต่อปี

จำนวนการทับซ้อนกันในฉนวนของสายไฟเหนือศีรษะถูกกำหนดโดยสูตร

ntape = n ผ้า NS,

โดยที่ Pln คือความน่าจะเป็นของการทับซ้อนกันของฉนวนสายที่กระแสฟ้าผ่าที่กำหนด

ไม่ใช่ทุกการทับซ้อนของการแยกอิมพัลส์จะมาพร้อมกับการปิดสาย เนื่องจากการสะดุดจำเป็นต้องผ่านส่วนอาร์คอิมพัลส์ไปยังส่วนโค้งของอุปทาน ความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับหลายปัจจัยและในการคำนวณทางวิศวกรรมเป็นเรื่องปกติที่จะกำหนดโดยการไล่ระดับของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานตามเส้นทางที่ทับซ้อนกัน EСр = Urob / Lband, kV / m

สำหรับเส้นบนฐานไม้ที่มีช่องว่างอากาศยาว ความน่าจะเป็นที่จะเปลี่ยนเป็นส่วนโค้งพัลซิ่ง h จะถูกกำหนดโดยสูตร

สำหรับเส้นบนพื้นโลหะและคอนกรีตเสริมเหล็ก h = 0.7 สำหรับแรงดันไฟฟ้าของเส้นสูงถึง 220 kV และ h = 1.0 สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด 330 kV ขึ้นไป

คูณ nlent ด้วยปัจจัย η เป็นไปได้ที่จะคำนวณจำนวนฟ้าผ่าที่คาดไว้บนเส้นต่อปี

ในทางปฏิบัติทางวิศวกรรม มักใช้จำนวนเส้นแบ่งเฉพาะ nจำนวนเส้นแบ่งต่อ 100 กม. ของเส้นที่ผ่านพื้นที่ที่มีพายุฝนฟ้าคะนอง 30 ชั่วโมงต่อปี:

หากต้องการลดจำนวนฟ้าผ่าบนเส้น คุณสามารถ:

• ลดความน่าจะเป็นของฉนวนซ้อนทับกันระหว่างฟ้าผ่า ซึ่งโดยปกติจะทำกับสายไฟฟ้าเหนือศีรษะที่มีโลหะรองรับโดยการแขวนสายล่อฟ้าจากสายสัมผัส และโดยให้แรงกระตุ้นการลงดินของตัวรองรับและสายเคเบิลต่ำ

• ขยายเส้นทางที่ทับซ้อนกันด้วยการไล่ระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำ ซึ่งช่วยลดค่าสัมประสิทธิ์ h ของส่วนโค้งอิมพัลส์เป็นการเปลี่ยนส่วนโค้งกำลัง หลังดำเนินการบนสายไฟเหนือศีรษะพร้อมไม้รองรับ

ผลของประสิทธิภาพการป้องกันฟ้าผ่า

สายไฟเหนือศีรษะบนโลหะ (คอนกรีตเสริมเหล็ก) รองรับโดยไม่มีสายดิน

เมื่อลวดถูกกระแทกที่จุดกระแทก ความต้านทานเท่ากับครึ่งหนึ่งของอิมพีแดนซ์คุณลักษณะของเส้นลวด Z จะเปิดขึ้น