Sobretensió atmosfèrica a les xarxes elèctriques
S'anomenen pujades sobtades de tensió a curt termini fins a un valor perillós per a l'aïllament d'una instal·lació elèctrica sobretensió... Pel seu origen, les sobretensions són de dos tipus: externes (atmosfèriques) i internes (de commutació).
Les sobretensions atmosfèriques sorgeixen de caigudes directes de llamps en una instal·lació elèctrica o de caigudes de llamps a les seves proximitats immediates. Les sobretensions atmosfèriques representen el major perill per a una instal·lació elèctrica, com els impactes directes llamp poden arribar als 1.000.000 V, amb un corrent de llamp de fins a 200 kA. No depenen del valor de la tensió nominal de la instal·lació elèctrica. Són especialment perilloses per a instal·lacions de baixa tensió, ja que en aquestes instal·lacions les distàncies entre les parts actives i el nivell d'aïllament són inferiors que en les altes tensions.
Les sobretensions atmosfèriques es divideixen en llamps induïts i directes. El primer es produeix durant una descàrrega d'un llamp a prop d'una instal·lació elèctrica, per exemple una subestació o una línia elèctrica.La sobretensió es genera per l'efecte inductiu d'un núvol de tronades carregat a un potencial molt elevat (uns quants milions de volts).
En el cas d'un llamp directe, a més de l'acció electromagnètica que provoca sobretensió, també s'observen danys mecànics, per exemple el trencament de pals de fusta o travesses de línies elèctriques aèries.
Les sobretensions induïdes són de l'ordre de 100 kV, que és significativament menor que la sobretensió causada per un llamp directe. Es propaguen al llarg dels conductors de la línia aèria després de la descàrrega en forma d'ones evanescents.
Un llamp en la majoria dels casos consisteix en una sèrie de polsos individuals que se succeeixen. Tota la descàrrega dura dècimes de segon i els polsos individuals tenen una durada de desenes de microsegons cadascun. El nombre de polsos individuals durant un llamp pot ser d'1 a 40.
Protecció de les instal·lacions elèctriques de sobretensions atmosfèriques
S'ha assenyalat anteriorment que les sobretensions atmosfèriques poden arribar a diversos milions de volts. L'aïllament de les instal·lacions elèctriques no pot suportar aquests nivells de tensió, per la qual cosa necessita una protecció addicional contra danys. Aquests agents eviten danys als equips elèctrics i s'han d'utilitzar en instal·lacions elèctriques tant per augmentar el subministrament d'energia ininterrompuda als consumidors com per protegir persones i animals.
Cal prestar especial atenció a la protecció contra sobretensions de les línies aèries de 10 i 0,4 kV, així com a les subestacions de consum situades en zones rurals.
Els incendis poden ser una conseqüència greu de la sobretensió, especialment a causa dels llamps directes. Per tant, es presta l'atenció més seriosa a l'organització d'una protecció correcta i que funcioni de manera fiable contra sobretensions atmosfèriques (o protecció contra llamps).
El problema de la protecció contra llamps inclou mesures per protegir els elements individuals de les instal·lacions elèctriques dels llamps directes, l'aïllament de les màquines i dispositius elèctriques dels danys, dels impulsos que passen de la línia d'ones de sobretensió. Aquestes mesures es redueixen a la instal·lació de dispositius de protecció i dispositius que desvien un impuls (ona) d'una onada cap al sòl abans que l'ona arribi a qualsevol element crític de la instal·lació i la desactivi.
Per tant, la part principal de tots els dispositius de protecció són els interruptors de terra. S'han de complir d'acord amb el PUE i proporcionar una descàrrega fiable de la càrrega a terra.
Els parallamps, els parallamps i els parallamps s'utilitzen com a equip de protecció principal contra la sobretensió atmosfèrica.
Els parallamps orienten la descàrrega atmosfèrica cap a ells mateixos, allunyant-lo de les parts de la instal·lació que transporten corrent. Per protegir objectes concentrats (per exemple, subestacions o altres estructures), s'utilitzen parallamps amb varilla i, per protegir-ne els estesos (per exemple, cables de línia aèria), s'utilitzen parallamps de filferro de contacte. Per drenar la càrrega a terra, parallamps. estan instal·lats i espelmes.
Per a la protecció contra llamps dels generadors i transformadors de l'estació, es proporciona un conjunt de mitjans tant per a la protecció contra els llamps directes com les ones de sobretensió que cauen de la línia.
La protecció contra els llamps directes es proporciona mitjançant parallamps i llamps de contacte a les aproximacions de la línia aèria a l'estació o subestació. Els generadors estan protegits de les ones que cauen de la línia amb limitadors que limiten l'amplitud de l'ona a un valor que no sigui perillós per a l'aïllament d'una màquina elèctrica.
No es recomana que els generadors grans estiguin connectats directament a les línies elèctriques de sortida. Per a petites estacions que subministren electricitat als consumidors amb la tensió del generador, aquesta connexió és possible amb la instal·lació addicional de limitadors especials amb característiques millorades al generador.
Si els generadors estan connectats directament als transformadors augmentadors, és a dir, segons el diagrama de blocs del generador-transformador, no requereixen mesures de protecció especials contra la sobretensió polivalente.
Les línies aèries amb una tensió de 6 a 35 kV, fetes sobre pals de fusta, no requereixen protecció especial contra sobretensions. La resistència als llamps del seu aïllament ve proporcionada per les propietats aïllants de la fusta. Aquí només és important mantenir les següents distàncies mínimes d'aïllament entre cables (en fusta): 0,75 m per a les tensions 6-10, 1,5 m per a la tensió 20 i 3 m per a la tensió 35 kV.
Les seccions individuals de línies aèries amb un aïllament debilitat (per exemple, utilitzant suports metàl·lics o de formigó armat, connectant la línia aèria amb un cable, etc.) estan protegides per pararrayos o espurnes (a corrents baixes) (vegeu: Contencions de canonades i Limitadors de vàlvules). La resistència dels dispositius de connexió a terra d'aquests dispositius no ha de ser superior a 10 ohms.
Els limitadors i espurnes s'instal·len als suports de dues línies aèries que es creuen o a la intersecció d'una línia elèctrica aèria amb una línia de comunicació. La resistència dels dispositius de connexió a terra aquí no ha de ser superior a 15 ohms. Els pendents de posada a terra dels suports han de tenir una connexió cargolada, i la seva secció ha de ser d'almenys 25 mm2.
Per tal de restablir l'energia per sobre de la línia aèria després de fallades ràpides de llamps transitoris, s'utilitzen dispositius de tancament automàtic (retancament automàtic) de les línies. Amb l'èxit del funcionament dels reconnectors automàtics com a dispositiu de protecció contra llamps, els usuaris no sentiran una interrupció de l'alimentació que no serà superior a 0,2 s, i el seu funcionament normal no es veurà alterat.
Els passacables estan protegits als dos extrems amb topes.
La protecció de les xarxes de consum amb una tensió de 0,38 / 0,22 kV es realitza amb especial cura. Aquestes xarxes solen ser aèries i el seu disseny és més susceptible a les sobretensions atmosfèriques, ja que s'eleven per sobre de totes les altres estructures i travessen zones obertes.
Les xarxes de baixa tensió estan equipades amb dispositius de protecció contra llamps que desvien els corrents de descàrrega d'impuls cap a terra. Això us permet protegir persones i animals, prevenir incendis causats pels llamps i la seva penetració als cables elèctrics interns.
A les xarxes de baixa tensió, es proporcionen connexions a terra de protecció contra llamps per a ganxos o agulles dels aïllants de tots els conductors de fase i el conductor neutre.
També es proporciona la presa de terra en suports amb aixetes de fil a les cases o directament a les entrades dels edificis. La resistència del dispositiu de protecció de terra no ha de superar els 30 ohms.
A les subestacions de consum de 10 / 0,4 kV, els bobinatges de baixa tensió connectats a línies aèries s'han de protegir amb parafoussos. S'instal·len el més a prop possible del transformador i es connecten al circuit de terra comú de les subestacions. Quan la potència del transformador és de 630 kVA i més, es fan dues connexions de protecció addicionals al llarg de les línies que s'estenen des d'aquest, a 50 i 100 m de la subestació amb el valor de resistència especificat.