Sobretensão atmosférica em redes elétricas

Subidas repentinas de tensão de curto prazo para um valor perigoso para o isolamento de uma instalação elétrica são chamadas sobretensão... Pela sua origem, as sobretensões são de dois tipos: externas (atmosféricas) e internas (comutadas).

Surtos atmosféricos surgem de raios diretos em uma instalação elétrica ou de raios em suas imediações. As sobretensões atmosféricas representam o maior perigo para uma instalação elétrica, pois os impactos diretos raio podem atingir 1.000.000 V, com uma corrente de raio de até 200 kA. Não dependem do valor da tensão nominal da instalação elétrica. São particularmente perigosos para instalações de baixa tensão, pois nestas instalações as distâncias entre as partes vivas e o nível de isolamento são menores do que em altas tensões.

As sobretensões atmosféricas são divididas em descargas atmosféricas induzidas e diretas. A primeira ocorre durante uma descarga atmosférica próxima a uma instalação elétrica, por exemplo, uma subestação ou linha de energia.A onda é gerada pelo efeito indutivo de uma nuvem carregada com um potencial muito alto (vários milhões de volts).

No caso de queda direta do raio, além da ação eletromagnética causando sobretensão, também são observados danos mecânicos, por exemplo, a quebra de postes de madeira ou travessas de linhas aéreas.

As sobretensões induzidas são da ordem de 100 kV, o que é significativamente menor do que a sobretensão causada por um raio direto. Eles se propagam ao longo dos condutores da linha aérea após a descarga na forma de ondas evanescentes.

Um raio na maioria dos casos consiste em uma série de pulsos individuais que se sucedem. A descarga inteira dura décimos de segundo e os pulsos individuais têm durações de dezenas de microssegundos cada. O número de pulsos individuais durante um raio pode ser de 1 a 40.

Proteção de instalações elétricas contra sobretensões atmosféricas

Foi observado acima que as sobretensões atmosféricas podem atingir vários milhões de volts. O isolamento das instalações elétricas não suporta tais níveis de tensão, por isso precisa de proteção adicional contra danos. Esses agentes previnem danos aos equipamentos elétricos e devem ser utilizados em instalações elétricas tanto para aumentar o fornecimento ininterrupto de energia aos consumidores quanto para proteger pessoas e animais.

Atenção especial deve ser dada à proteção contra surtos de linhas aéreas de 10 e 0,4 kV, bem como subestações consumidoras localizadas em áreas rurais.

Os incêndios podem ser uma consequência grave das sobretensões, principalmente devido a descargas atmosféricas diretas. Portanto, a atenção mais séria é dada à organização de uma proteção de trabalho correta e confiável contra sobretensões atmosféricas (ou proteção contra raios).

O problema da proteção contra raios inclui medidas para proteger elementos individuais de instalações elétricas contra raios diretos, isolamento de máquinas e dispositivos elétricos contra danos, contra impulsos que passam da linha de ondas de surto. Essas medidas se resumem à instalação de dispositivos de proteção e dispositivos que desviam um impulso (onda) de uma onda para o solo antes que a onda atinja algum elemento crítico da instalação e a desative.

Portanto, a parte principal de todos os dispositivos de proteção são as chaves de aterramento. Eles devem ser cumpridos de acordo com a PUE e fornecer descarga confiável da carga para o solo.

Pára-raios, pára-raios e pára-chispas são usados ​​como equipamento de proteção primário contra sobretensões atmosféricas.

Os pára-raios orientam a descarga atmosférica para si mesmos, afastando-a das partes condutoras de corrente da instalação. Para proteger objetos concentrados (por exemplo, subestações ou outras estruturas), são usados ​​pára-raios de haste, e para proteger os estendidos (por exemplo, fios de linhas aéreas), são usados ​​pára-raios de fio de contato. Para drenar a carga para o solo, pára-raios são instalados e velas.

Para proteção contra raios de estações geradoras e transformadores, um conjunto de meios é fornecido para proteção contra raios diretos e ondas de surto que caem da linha.

A proteção contra raios diretos é fornecida por pára-raios e raios de contato nas aproximações da linha aérea à estação ou subestação. Os geradores são protegidos das ondas que caem da linha com limitadores que limitam a amplitude da onda a um valor que não seja perigoso para o isolamento de uma máquina elétrica.

Grandes geradores não são recomendados para serem conectados diretamente a linhas de energia de saída. Para pequenas estações que fornecem eletricidade aos consumidores na tensão do gerador, essa conexão é possível com a instalação adicional de limitadores especiais com características aprimoradas para o gerador.

Se os geradores forem conectados diretamente aos transformadores elevadores, ou seja, de acordo com o diagrama de blocos gerador-transformador, eles não requerem medidas especiais de proteção contra sobretensão poli.

As linhas aéreas com tensão de 6 a 35 kV, feitas em postes de madeira, não requerem proteção especial contra surtos. A resistência ao raio de seu isolamento é fornecida pelas propriedades isolantes da madeira. Aqui só é importante manter as seguintes distâncias mínimas de isolamento entre fios (em madeira): 0,75 m para tensões 6-10, 1,5 m para tensão 20 e 3 m para tensão 35 kV.

Seções individuais de linhas aéreas com isolamento enfraquecido (por exemplo, usando suportes de metal ou concreto armado, conectando a linha aérea com um cabo, etc.) são protegidas por pára-raios ou centelhadores (em baixas correntes) (consulte - Restrições de tubos e Restritores de válvula). A resistência dos dispositivos de aterramento desses dispositivos não deve ser superior a 10 ohms.

Os limitadores e centelhadores são instalados nos suportes de duas linhas aéreas que se cruzam ou na interseção de uma linha elétrica aérea com uma linha de comunicação. A resistência dos dispositivos de aterramento aqui não deve ser superior a 15 ohms. As inclinações de aterramento dos suportes devem ter conexão aparafusada e sua seção transversal deve ser de no mínimo 25 mm2.

Para restabelecer a energia acima da linha aérea após falhas rápidas transitórias de raios, são utilizados dispositivos de religamento automático (religamento automático) das linhas. Com a operação bem-sucedida dos religadores automáticos como dispositivo de proteção contra raios, os usuários não sentirão uma interrupção de energia que não seja superior a 0,2s e sua operação normal não será perturbada.

Os prensa-cabos são protegidos em ambas as extremidades com batentes.

A proteção de redes de consumo com tensão de 0,38 / 0,22 kV é realizada com muito cuidado. Essas redes são tipicamente aéreas e seu projeto é mais suscetível a surtos atmosféricos à medida que se elevam acima de todas as outras estruturas e passam por áreas abertas.

As redes de baixa tensão são equipadas com dispositivos de proteção contra raios que desviam as correntes de descarga de impulso para a terra. Isso permite proteger pessoas e animais, evitar incêndios causados ​​por raios e sua penetração em fios elétricos internos.

Nas redes de baixa tensão, as conexões ao aterramento de proteção contra raios são fornecidas para ganchos ou pinos de isoladores de todos os condutores de fase e do condutor neutro.

O aterramento também é fornecido em suportes com derivações de arame para casas ou diretamente nas entradas dos edifícios. A resistência do dispositivo de aterramento de proteção não deve exceder 30 ohms.

Nas subestações consumidoras de 10 / 0,4 kV, os enrolamentos de baixa tensão conectados às linhas aéreas devem ser protegidos por pára-raios. Eles são instalados o mais próximo possível do transformador e são conectados ao circuito de terra comum das subestações. Quando a potência do transformador é de 630 kVA e mais, dois aterramentos de proteção adicionais são feitos ao longo das linhas que se estendem a partir dele - a 50 e 100 m da subestação com o valor de resistência especificado.