Proteção contra raios de linhas elétricas aéreas

Uma linha de energia aérea é o elemento mais longo do sistema elétrico. É também o elemento mais comum do sistema e mais frequentemente atingido por raios. As estatísticas de acidentes no sistema de energia mostram que 75-80% das interrupções de emergência em linhas aéreas de energia estão relacionadas a quedas de raios.

Física da Descarga Relâmpago

Relâmpago - um tipo de descarga de gás com um comprimento de faísca muito longo. O comprimento total do canal do raio atinge vários quilômetros, e uma parte significativa desse canal está localizada dentro da nuvem de tempestade.

Para que ocorra uma trovoada, em primeiro lugar, fortes correntes ascendentes e, em segundo lugar, a humidade do ar necessária na zona das trovoadas.

As correntes ascendentes ocorrem devido ao aquecimento das camadas de ar adjacentes à superfície da Terra e à troca de calor induzida termicamente dessas camadas com o ar mais frio em grandes altitudes.

Na nuvem, vários acúmulos de cargas são formados, isolados uns dos outros (na parte inferior da nuvem, acumulam-se cargas de polaridade negativa), os raios geralmente são múltiplos, ou seja, consiste em várias descargas individuais que se desenvolvem ao longo do mesmo caminho.

O mecanismo exato de separação de carga em uma nuvem de tempestade ainda é pouco claro. No entanto, as observações mostram que a separação de carga coincide com o congelamento de gotículas de água em uma nuvem.

O número permitido de interrupções de linhas aéreas de energia como resultado de raios

O estudo de viabilidade mostra que é impossível tornar as linhas elétricas aéreas absolutamente à prova de raios... Devemos deliberadamente assumir que as linhas elétricas aéreas serão desligadas um número limitado de vezes por ano. A tarefa de proteção contra raios das linhas de energia é minimizar o número de interrupções por raios.

O número permitido de suspensão de linhas aéreas de energia por ano e desligamento adicional é determinado pelas condições:

a) fornecimento de energia confiável aos consumidores,

b) operação confiável de interruptores que viajam para linhas aéreas de energia e é calculada pela fórmula:

onde nadditional — o número de interrupções permitidas no fornecimento de energia na linha por ano nadd ≤ 0,1 na ausência de redundância e nadd ≤ 1 se redundante estiver disponível), β — taxa de sucesso APV igual a 0,8-0,9 para linhas de 110 kV e superior em suportes metálicos e de betão armado.

O religador automático (AR) pode manter a linha em operação, pois os casos de falha de isolamento dos suportes de arco são bastante raros. Nesse caso, o raio não será acompanhado por uma queda de energia.Em caso de falha na reconexão automática, ocorrerá o desligamento completo da linha de energia.

Deve-se notar que o uso frequente de religamento automático dificulta a operação dos disjuntores, que neste caso requerem revisões extraordinárias. Com base nisso, é permitido um desligamento adicional = 1 — 4 dependendo do tipo de chave. Para linhas críticas, este número de viagens deve ser reduzido.

Número estimado de descargas atmosféricas em linhas aéreas de energia

O número esperado de quedas de raios na linha é determinado principalmente pela intensidade da atividade do raio na área da rota da linha. Com base nos números médios, é geralmente aceito que 0,067 relâmpagos ocorrem a 1 km da superfície da Terra em uma hora de tempestade... Dado que a linha coleta todos os relâmpagos de uma faixa de largura 6h (h é a altura média de um suspensão de cabo ou cabo), o número de N relâmpagos em uma linha de comprimento l por ano é

N = 0,067 × n × 6h × l × 10-3,

onde n é o número de horas de tempestade por ano.

O número de sobreposições no isolamento de linhas aéreas de energia é determinado pela fórmula

ntape = n NS Ptecido,

onde Pln — a probabilidade de sobreposição do isolamento da linha em uma determinada corrente de raio.

Nem toda sobreposição de isolação de impulso é acompanhada de desligamento da linha, pois o disparo requer a passagem de um arco de impulso para o arco de alimentação. A probabilidade de transição depende de muitos fatores e, em cálculos de engenharia, costuma-se determiná-la pelo gradiente da tensão operacional ao longo do caminho de sobreposição EСр = Urob / Lband, kV / m.

Para linhas em suportes de madeira com longos intervalos de ar, a probabilidade de mudar para um arco pulsado h é determinada pela fórmula

Para linhas em suportes de metal e concreto armado, h = 0,7 para tensão de linha até 220 kV e h = 1,0 para tensão nominal de 330 kV e superior.

Multiplicando o nlent por um fator η, é possível calcular o número esperado de descargas atmosféricas na linha por ano

Na prática da engenharia, geralmente é usado o número específico de quebras de linha nNúmero de quebras por 100 km de linha que passa por uma área com 30 horas de tempestades por ano:

Para reduzir o número de raios na linha, você pode:

• reduzindo a probabilidade de sobreposição de isolamento durante descargas atmosféricas, o que geralmente é obtido em linhas aéreas de energia com suportes de metal, suspendendo os para-raios do fio de contato e fornecendo baixa resistência de aterramento de impulso de suportes e cabos,

• estender o caminho de sobreposição com um baixo gradiente de tensão operacional, o que reduz o coeficiente h do arco de impulso para a transição do arco de potência. Este último é realizado em linhas aéreas com suportes de madeira.

Efeito do desempenho da proteção contra raios

Linhas elétricas aéreas em suportes metálicos (concreto armado) sem fio terra.

Quando o fio é atingido no ponto de impacto, uma resistência igual à metade da impedância característica do fio Z é ativada.