Linijų žaibosauga
TURINYS
1. Įvadas…………………….3
2. Linijų žaibosauga………………….5
2.1 Bendros apsaugos priemonės nuo žaibo………..5
2.2 Išorinė linijų apsuga……………….5
2.2.1 Apsauginiai trosai……………….5
2.2.2 Žaibolaidžiai……………….7
2.3 Viršįtampiai………………….7
2.3.1 Apsaugos nuo viršįtampių aparatai ir įtaisai……..8
a) Iškrovikliai……………….8
b) Viršįtampių ribotuvai…………..11
c) Apsaugos priemonės iki 1000V įtampos tinkle….14
d) Izoliacijos suderinimas…………..15
3.Išvados……………………..17
4.Naudota literatūra…………………18
1 ĮVADAS
Nuo senų laikų žaibas gąsdino žmogų nelaimėmis. Ir dažnai atsiūsdavo nelaimę. Žmonės tikėjo — tai dievų ginklas. Senovės graikus valdė Dzeusas. Mūsų protėvius – Perkūnas. Germanų gentis — Odinas. Supykę šie dievai svaidė į žmones pavojingas ugnies strėles.
Žaibas. Gimęs audros debesyje, jis iš tikrųjų neša daugybę nelaimių: gaisrus, sunkias kontūzijas, uužmuša žmones ir gyvulius, sugriauna pastatus, o kartais sukelia net baisių katastrofų.
1769 metų rugpjūčio 18 dienos rytą griaustinis trenkė į švento Nazarijaus bokštą Bresčėje. Po šiuo bokštu buvo rūsys, kuriame buvo laikoma 1000 tonų parako, priklausančio Venecijos respublikai. Ši milžiniška masė akimirksniu sprogo. Buvo sugriauta šeštadalis didelio ir gražaus miesto pastatų, o visi likusieji namai buvo taip sudrebinti, kad grėsė subyrėti. Žuvo trys tūkstančiai žmonių.
Žaibas – tai milžiniškas atmosferos energijos išlydis. Jis turi terminį, griaunamąjį, elektrostatinį iir elektromagnetinės indukcijos poveikį. Žaibą sukelia gretimų debesų arba debesų ir žemės potencialų skirtumas. Ore visada būna klajojančių elektringųjų dalelių: atomų, kurie netekę dalies elektronų (teigiamųjų jonų), ir atomų su papildomais elektronais (neigiamųjų jonų). Jie atsiranda kosminiams spinduliams (labai greitoms eelektringoms dalelėms, atlekiančioms į Žemę iš kosmoso), taip pat ultravioletiniams Saulės spinduliams bombarduojant atmosferos atomus. Augdami vandens lašeliai renka sutiktus krūvius, dalis jų neutralizuojasi, tačiau kai kurie lašeliai įgyja teigiamą ar neigiamą krūvį. Audros debesyje vyksta ir kiti gana sudėtingi procesai, įelektrinantys lašelius. Audros debesis skiriasi nuo paprasto debesies savo aukščiu – audros debesies storis yra apie 8-10 km. O kaip žinome, kylant aukštyn, oro temperatūra krinta ir 10 km aukštyje ji lygi apie -50°C. Nustatyta, kad teigiamą krūvį turintys lašeliai užšąla aukštesnėje temperatūroje negu neigiamai įelektrinti lašeliai. O ledukai turi savyje oro burbuliukų ir yra keliskart mažesnio tankio negu neužšalę lašeliai. Tuo būdu krūviai debesyje atsiskiria – debesies viršuje vyrauja teigiamai įelektrinti ledukai, o apačioje – neigiamai įelektrinti lašeliai. AAtskiro lašelio ar leduko krūvis yra labai mažas, bet palyginti nedidelis audros debesis neša apie 100 tūkst. tonų vandens. Susidaro tarsi dvi milžiniškos kondensatoriaus plokštės. Kai elektrinio lauko įtampa pasiekia 20 – 30 kV/cm, prasideda oro jonizacija, jis pasidaro laidus elektros srovei ir įvyksta išlydis (žaibas).
Žaibo trukmė yra apie 100 us. Jis gali būti linijinis, šakotinis ir labai retai kamuolinis. Srovės stiprumas siekia 200 – 230 kA, o įtampa – nuo šimto tūkstančių iki vieno milijono ir daugiau voltų. TTemperatūra žaibo zonoje siekia 20 000 °C, pasitaikantys pastatai, medžiai ar aukštesni statiniai gali būti padegti arba suardyti. Kiekvieną sekundę mūsų planetoje vidutiniškai blyksi šimtas žaibų. Daugiausia žaibuojama tropikuose – maždaug 150 dienų per metus. Lietuvoje vidutiniškai per metus būna nuo 16 iki 32 dienų su perkūnija. Daugiausia jų pasitaiko Raseinių ir Varėnos rajonuose, mažiausiai pajūryje ir šiaurės vakariniuose rajonuose. Kosminės stotys užfiksavo galingus žaibus ir kitose Saulės sistemos planetose – Jupiteryje bei Saturne.
Jau žiloje senovėje žmonės mokėjo sėkmingai gintis nuo žaibų. Daugiau kaip prieš tris tūkstančius metų Senovės Graikijos žyniai prie savo šventyklų statydavo aukštus stulpus, apkaltus varinėmis plokštėmis. Štai tada, galima tvirtinti, ir buvo išrastas žaibolaidis. Žmogui pavojingas tiesioginis atmosferos elektros išlydis ir žingsnio įtampa. Kai griaudžia, pavojinga stovėti po aukštesniais medžiais, pastatais ir statiniais.. Negalima bėgti, dirbti statybinėmis mašinomis, naudotis elektriniais prietaisais, dirbti su elektros įrengimais.
Atmosferos išlydžiai (žaibai) sukelia daug neigiamų padarinių
gamtai ir žmogaus veiklai. Tiesioginio žaibo pataikymas į daugiau
kaip 1000 V įtampos elektros tinklus iš esmės skiriasi nuo pataikymo į
iki 1000 V įtampos linijas ir kitus arti esančius objektus. Skirtumas
tas, kad iki 1000 V įtampos linijos jungia daugumą statinių. Tad žaibui
tiesiogiai pataikius į juos yra pavojus elektros krūviams pažeisti
tiek pačius statinius, tiek įrenginius, žžmones ar gyvulius, esančius statiniuose.
Žaibo išlydis greta statinių ar išlydis į daugiau kaip 1000 V
įtampos linijas yra mažiau pavojingas žmogui. Žaibo išlydžio metu
krūvis yra perduodamas žemėje esančių laidininkų (galvaninėmis linijomis).
Tolimo žaibo išlydžio padariniai yra padidėjusi galimybė kilti
gaisrui pastatų viduje ir pažeisti namuose esančius įrenginius.
2 LINIJŲ ŽAIBOSAUGA
2.1 Bendros apsaugos priemonės nuo žaibo
Žaibų išvengti neįmanoma, bet apsisaugoti nuo jų galima. Tam reikia tinkamai įrengti žaibosaugos įrenginius, kurie yra pakankamai sudėtingi inžineriniu požiūriu. Būtina apskaičiuoti apsaugos zonas ir
įžeminimo varžas pagal statinių kategorijas , tinkamai parinkti statinių bei žaibolaidžių įžeminimo medžiagas ir gerai atlikti pavojingų potencialų analizę. Bendri apsaugos nuo žaibo principai
parodyti žemiau pateiktame paveikslėlyje. Tik profesionaliai suprojektuota ir įrengta apsauga nuo žaibo išlydžių užtikrina statinių bei žmonių saugumą.
2.2 Išorinė linijų apsauga
2.2.1 Apsauginiai trosai
Žaibas dažniausiai trenkia į gerai įžemintą aukštą objektą, nors tai nėra taisyklė. Todėl virš objekto, kuris turi būti apsaugotas, kad nepataikytų tiesioginis žaibas, reikia ištiesti įžemintus trosus. Jie privalo priimti žaibo srovę ir ją nukreipti žemėn. Tai atlieka oro linijų apsauginiai trosai ir pastatų žaibosargiai. Ir vienu, ir kitu atveju atsiranda apsaugotoji zona, kurioje turėtų tilpti saugomas objektas.
Virš aukštosios įtampos linijos darbinių laidų ištiesiami apsauginiai trosai, kurie įžeminami prie kiekvienos atramos. Šie trosai privalo apsaugoti llinijos laidus nuo žaibo smūgių. Apsaugotosios zonos išilgai apsauginio troso pjūvis primena lygiašonį trikampį, kurio viršutiniame kampe yra trosas. 110 kV linijų konstrukcija turi būti apgalvota taip, kad linijos laidai atsidurtų apsaugotojoje zonoje AZ-2. Aukštesniosios įtampos linijos (> 220 kV) privalo turėti didesnę apsaugos garantiją; linijos laidai turi būti apsaugotojoje zonoje AZ-1. Tai brangiau kainuoja, nes yra būtinos aukštesnės atramos ir du apsauginiai trosai.
Apsauginiai trosai nenaudojami vidutiniosios įtampos linijose, nes, trenkus į juos žaibui, įtampos kritimas jo įžeminimo elektrinėje varžoje sukeltų atvirkštinius išlydžius izoliatoriuose. Nors žaibas ir nepataikė į darbinį laidą, bet po akimirkos dėl jo įvyksta linijos laidų kontaktas su žeme.
2.2.2 Žaibolaidžiai
Ilgų statinių bei elektros perdavimo linijų apsaugai naudojami trosiniai žaibolaidžiai su horizontaliu žaibo ėmikliu .
3
Trosinio žaibolaidžio schema:
1 – trosas; 2 – apsaugomas objektas; 3 – ižemiklis
Lietuvoje dauguma apsaugos nuo žaibo sistemų yra suprojektuotos ir įrengtos ne pagal standartus, o pagal įvairius laikinus normatyvus, nevisiškai atitinkančius šiuolaikinių standartų reikalavimus,
susijusius su patikimumu.
Lietuvoje būtina sudaryti apsaugos nuo žaibo standartus ir įgyvendinti juos pagal šiuolaikinius reikalavimus. Būtina reviduoti labai svarbiu gamybinių objektų seniai įrengtas apsaugos nuo žaibo sistemas.
2.3 Viršįtampiai
Elektros tinkle dėl įvairių komutacijų ar išorinio poveikio, įtampa pereinamojo proceso metu gali viršyti
didžiausią leistinąją darbo įtampą. Toks įtampos padidėjimas (viršįtampis) yra pavojingas įrenginių izoliacijai. Viršįtampių lygis priklauso nuo juos sukeliancių priežasčių. Virįitampių kitimo procesas gali kilti atjungiant transformatoriaus tuščiąją veiką, įjungiant liniją, susidarius tinkle rezonansui
ar feromagnetiniam rezonansui bei dėl žaibo išlydžio į apsauginį trosą,atramą ar greta jų.
Viršįtampių dydis priklauso nuo žaibo išlydžio parametrų, elektros linijų ilgio, konfigūracijos, jų konstrukcijų, apkrovos ir įtampos lygio elektros tinkle. Pavojingiausi viršįtampiai susiformuoja komutuojant linijas, kai tinkle yra liekamasis krūvis po automatinio kartotinio jungimo (AKJ) pauzės ar jjungtuvo fazių nevienalaikio įsijungimo, atjungiant transformatorių tušciąją veika, kai jungtuve per anksti gesinamas elektrinis lankas. Taip pat viršįtampiai susiformuoja žaibo išlydžių metu.
Pereinamieji procesai gali turėti itakos daugeliui elektroenergetikos sistemos sudedamųjų dalių. Analizuojant pereinamuosius procesus, turi būti tinkamai modeliuojamas elektros tinklas. Elektros tinklas yra sutelktųjų ir paskirstytųjų talpų, laidžių, varžų bei induktyvumų junginys, turintis virpesių konturo savybių. Normalaus darbo metu šios tinklo savybės nepasireiškia. Įtampa neviršija didžiausios leistinos darbo itampos amplitudės Umd. Atsiradus kokiam nors parametrų pokyčiui (linijos ar kito elektros ssistemos elemento įjungimas ar atjungimas, trumpasis jungimas ir pan.), staigiai pakinta tinklo struktūra ir dėl tinklo elementuose sukauptos elektrinės ir magnetinės energijos persiskirstymo atsiranda virpamieji
procesai. Šių pereinamųjų procesų atsiradimas lemia įtampos padidėjimą virš Umd. Itampos padidėjimas virš Umd vadinamas viršįtampiu.
Viršįtampiai pagal poveikio vietą skirstomi į:
fazinius – veikiančius izoliaciją tarp fazės ir žemės,
tarpfazinius – veikiančius tarpfazinę izoliaciją,
tarpvijinius – veikiančius vijų izoliaciją ,
tarpkontaktinius –veikiančius atjungtų ar atjungiančių aparatų izoliacinį tarpą tarp kontaktų.
Viršitampiai apibūdinami didžiausia amplitude Umax arba amplitudės koeficientu ks, poveikio izoliacijai trukme, pereinamojo proceso kreivės forma ir veikimo zona.
2.3.1 Apsaugos nuo viršitampių aparatai ir įtaisai
a) Iškrovikliai
Paprasčiausia apsaugos priemonė — atvirieji kibirkštiniai iškrovikliai, sumontuoti kartu su aukštosios įtampos izoliatoriais. Du elektrodai — sudarantys oro tarpą pramušimo įtampai, mažesnei už apsauginės izoliacijos elektrinį atsparumą, — yra įrengti taip, kad lankinė iškrova butų nukreipta nuo izoliatoriaus paviršiaus . Prieš tai, kol kylantis viršįtampis pasieks pavojingą izoliacijai lygį, turi įvykti iškrova kibirkštiniame iškroviklyje. TTodėl tarp elektrodų turi būti atitinkamas atstumas, pavyzdžiui, 15 kV įrenginiuose atstumas yra nuo 90 mm (transformatoriaus įvadiniai izoliatoriai) iki 130 mm (linijų izoliatoriai). Dingus viršįtampiui,atvirojo iškroviklio lankas gali ir toliau degti, veikiamas darbinės įtampos; atvirasis iškroviklis jo užgesinti negali. Tęsiasi įžemėjimo kontaktas, kurį išjungia artimiausias jungiklis. Tiekimas pertraukiamas, nebent sėkmingai suveiks automatinio pakartotinio jungimo įrenginys.
Elektros įrenginiai yra suprojektuoti taip, kad jų izoliacija būtų atspari ilgalaikei didžiausiai darbo įtampai, komutaciniams, rezonansiniams bei žaibo išlydžio sukeltiems viršįtampiams. Įrenginių izoliacija
yra reglamentuota didžiausia lleistinąja darbo įtampa, 1 minutės bandomąja pramoninio dažnio įtampa, visos bangos (1,2/50) bei trumposios bangos (1,2/2) bandomaisiais impulsais. Bandomosios
įtampos apibūdina leistinąjį vidinių bei atmosferinių viršitampių lygį.
Elektros energetikos sistemos irenginių iki 110 kV izoliacija yra atspari vidiniams viršįtampiams, nes jos izoliacijos atsparumas 3–3,5 Uf. Iki 110 kV įtampos irenginių izoliacijai gali būti pavojingi žaibo išlydžio sukelti viršįtampiai. Apsaugos priemonės turi pažeminti atmosferinių viršįtampių lygi iki visos bei trumposios bangos bandomųjų įtampų.
330 kV ir aukštesnės įtampos elektros sistemos irenginių izoliacijos atsparumas 2,7 Uf ir žemesnis. Tokių įrenginių izoliacija turi būti saugoma ne tik nuo atmosferinio, bet ir nuo vidinio viršįtampio. Pagrindiniai įrenginiai, naudojami elektros energetikos sistemoje ir ribojantys viršįtampių lygį, yra ventiliniai ir vamzdiniai iškrovikliai, kibirkštiniai tarpeliai ir viršįtampių ribotuvai. Vamzdiniai
iškrovikliai dėl jų žemo patikimumo Lietuvos energetikos sistemoje nenaudojami.
Didesnės kaip 1000 V itampos pastotėse irenginių izoliacijos apsaugai nuo viršįtampių yra naudojami ventiliniai iškrovikliai. Ventiliniai iškrovikliai saugo įrenginių izoliaciją tarp fazių nuo trumpalaikių atmosferinių viršitampių, o 330 kV ir aukštesnės įtampos kombinuotieji iškrovikliai – dar ir nuo komutacinių viršitampių.
Ventiliniai iškrovikliai pradeda veikti, kai įtampa tinkle viršija iškroviklio kibirkštinio tarpelio pramušimo įtampą Upr. Kai kibirkštinis tarpelis pramušamas, nuosekliai prijungtos varžos laidis didėjant
įtampai mažėja, o mažėjant įtampai didėja. Ventilinio iškroviklio veikimas ppasireiškia tuo, kad susidarius tinkle viršitampiams, viršijantiems kibirkštinio tarpelio pramušimo įtampą, tarpelis pramušamas ir
prie tinklo lygiagrečiai prisijungia varža . Prisijungus ventilinio iškroviklio varžai saugomų įrenginių izoliaciją veikia viršįtampiai, apriboti įtampos kritimų ant iškroviklio varžos. Įtampos kritimas ant iškroviklio varžos, kai prateka vardinė srovė, vadinamas liekamąja įtampa. Liekamoji įtampa yra žemesnė už saugomų įrenginių bandomąją įtampą dėl to, kad nuosekliai kibirkštiniam tarpeliui yra prijungta
varža su netiesine voltamperine charakteristika. Kai srovė, tekanti per iškroviklį, sumažėja iki nulio, elektros lankas gęsta ir kibirkštinio tarpelio dielektrinis atsparumas grįžta į pradinę buklę. Jeigu tolesni
viršįtampiai neviršija kibirkštinio tarpelio pramušimo įtampos, iškroviklis nebeprisijungia.
Ventiliniai iškrovikliai naudojami iki 110 kV elektros tinkluose ir taikomi tik elektros įrenginių izoliacijos apsaugai nuo atmosferinių viršįtampių poveikio. 330 kV ir aukštesnės įtampos elektros tiekimo
sistemose izoliacijos elektrinis atsparumas žemesnis už galimą viršįtampio lygį, todėl yra naudojami kombinuoti magnetiniai ventiliniai iškrovikliai, turintys geresnes saugos charakteristikas. Jie riboja
atmosferinius ir komutacinius viršįtampius. Ventilinio iškroviklio svarbiausias elementas yra kibirkštinis
tarpelis, kuris atskiria netiesine varža nuo tinklo įtampos. Kibirkštinis tarpelis pramušamas tuomet, kai viršįtampio lygis viršija tarpelio pramušimo įtampą ir gesina elektros lanką srovei keičiant ženklą. Ventilinio iškroviklio kibirkštinio tarpelio pramušimo įtampa turi būti kiek galima vienodesnė ir nesikeisti po daugkartinio pramušimo.
Tarp oro tarpelio elektrodų yra įdėtas izoliacinis (mikanito) žžiedas. Žiedas iš izoliacinės medžiagos, turinčios didelę dielektrinę skvarbą , naudojamas tam, kad sukoncentruotų didesnę elektrinio lauko dalį oro tarpelyje, kuriame nėra tos izoliacinės medžiagos. Stiprus elektrinis laukas jonizuoja orą ir jis tampa laidus elektros srovei. Tada susidaręs žaibo impulsas lengviau pramuša oro tarpelį.
Kibirkštiniai tarpeliai būna įvairių tipų:
su nekintančiu elektros lanku;
su besisukančiu elektros lanku žiediniame tarpelyje, veikiant magnetiniam laukui;
su dėl magnetinio lauko poveikio išsitempiančiu tarp elektrodų elektros lanku;
su besidalijančiu į dalis tarp elektrodų elektros lanku, veikiant magnetiniam laukui
Kitas svarbus ventilinio iškroviklio elementas yra netiesinė varža. Netiesinė varža yra simetrinė t.y. voltamperinė jos charakteristika praktiškai nepriklauso nuo prijungtos įtampos poliariškumo.
Ventilinis iškroviklis apibūdinamas – vardine įtampa, liekamąja įtampa, didžiausia leistinąja, pramušimo ir impulsine, pramušimo bandymo įtampomis.
Ventilinių iškroviklių apsauginės charakteristikos turi būti suderinamos su elektros įrenginių saugomos izoliacijos charakteristikomis. Suderinimas – tai izoliacijos elektrinio atsparumo ir iškroviklių apsaugos lygių racionalus derinimas. Iškroviklio kibirkštinio tarpelio pramušimo įtampa turi būti daug žemesnė nei izoliacijos elektrinis atsparumas. Pagal parinktą suderinimo srovę, ventilinių iškroviklių liekamoji įtampa turi būti žemesnė už izoliacijos bandomąsias įtampas.
Elektros įrenginių izoliacijos impulsinės bandomosios įtampos suderinamos pagal liekamąsias ventilinių iškroviklių įtampas.
Įvertinus elektros įrenginių izoliacijos bandomąsias įtampas, galima įvertinti ventilinių iškroviklių apsaugos zonos suderinimą. Ventilinis
iškroviklis, įrengtas prieš galios transformatorių, apsaugo ir
kitų pastotės skirstykloje išdėstytų įrenginių, kurių bandomosios įtampos aukštesnės, izoliaciją. Ventilinių iškroviklių apsaugos zona apima iki 130 m nuo jų įrengimo vietos. Ventilinių iškroviklių patikimumą lemia kibirkštinio tarpelio patikimas veikimas bei netiesinės varžos geba išspinduliuoti energiją,
ypač komutacinių viršitampių metu. Daugelyje šalių atliktas srovių, tekančių per ventilinius iškroviklius, ir išsklaidomos energijos registravimas bei skaiciavimai parodė, kad 110–330 kV tinkle komutacijų
metu užregistruotos srovės buvo nuo 100 iki 1050 A, o srovės impulso per ventilinį iškroviklį energija ssiekė nuo 20 iki 480 kJ.
b) Viršįtampių ribotuvai
Pastaruoju metu visų įtampų tinkluose apsaugai nuo atmosferinių viršįtampių labai plačiai pradėti naudoti viršįtampių ribotuvai.
Jie, dingus viršįtampiui, nutraukia srovės tekėjimų įžemintame kontūre. Tai prietaisai, kurių elektrinė varža stipriai mažėja kylant įtampai. Esant normalioms darbo sąlygoms, srovė neturi tekėti ribotuvu, jo elektrinė varža turi būti didžiausia darbinės įtampos metu. Kai viršįtampis didėja, elektrinė varža mažėja ir ribotuvas turi veikti taip, kad:
— pereitų į laidumo būklę prieš tai, kol viršįtampis pasieks saugomam prietaisui ppavojingą dydį;
— |tampa jame (įtampa sumažinta) nekristų daugiau nei leistina saugomame prietaise;
— sugertų superaukštosios įtampos į aplinką išskaidomą elektros energiją, keisdamas ją šilumine.
Vidutiniosios įtampos lauko įrenginiuose įrengiami paprasti ir pigūs vamzdiniai viršįtampių ribotuvai. Vamzdyje 1, pagamintame iš dujas generuojančios medžiagos, vveikiant lankui, yra kibirkštinis iškroviklis. Viršįtampis pramuša tarpą tarp jo elektrodų 2 bei 3 ir užsidega lankas. Vamzdžio sienelės tuomet išskiria didelį kiekį dujų, padedančių jį užgesinti. Siaurame vamzdyje kyla slėgis ir įkaitusios dujos per apatinę angą yra išpučiamos, panašiai kaip ir dujas generuojančiame saugiklyje. Izoliaciją nuo darbinės įtampos sąlygoja išorinis kibirkštinis tarpas (25 mm pastočių ribotuvuose 15 kV). Stogelis 5 apsaugo nuo lietaus viršutinę vamzdžio dalį ir elektrodų įvedimo vietą.
Kibirkštinių ventilinių viršįtampių ribotuvų sandariame korpuse yra kibirkštinis tarpas bei karborundinis varistorius (iš silicio karbido SiC). Kylantis atmosferinis viršįtampis (apie 1 µs) uždega elektros lanką ir žaibo srovė varistoriumi SiC nuteka į žemę. Viršįtampio veikiamas varistorius turi mažą elektrinę varžą ir todėl žaibo srovė sukelia nedidelį įtampos kritimą. Tai svarbu, nnes šis įtampos kritimas ribotuve daro įtaką saugomam objektui. Žaibo viršįtampis trunka labai trumpai, o darbinės įtampos veikiamu ribotuvu teka nedidelė srovė.
Ji nėra didelė, nes, dingus viršįtampiui, varistoriaus SiC elektrinė varža kelis kartus padidėja. Ribotuvas nutraukia srovę 1, veikdamas kaip gesinimo kamera su dejonizuojančiomis plokštelėmis. Parinkus iškroviklio oro tarpelio dydį ir karborundinių diskų skaičių, gaunami pageidaujamos įtampos ribotuvai. Jų aukštis siekia nuo keliolikos centimetrų (žemoji įtampa) iki poros metrų (400 kV).
Ir vamzdiniai, ir ventiliniai ribotuvai turi kibirkštinį iškroviklį. Atsiradus viršįlampiui, vventilinio ribotuvo poveikis yra kiek pavėlintas — jis ima veikti tik užsidegus lankui atvirajame iškroviklyje, o tai užima šiek tiek laiko. Todėl sukurtas nekibirkštinis momentinio veikimo ribotuvas. Būtinas varistorius, kurio varža labai priklauso nuo įtampos, kad, sumažėjus įtampai iki darbinės, nutrauktų grandinę, t. y. turėtų be galo didelę elektrinę varžą. Tai padaryti gali oksidiniai varistoriai, cinko oksido ZnO diskai su kitų metalų oksidų priemaišomis.
Viršįtampių ribotuvai instaliuojami kiek galima arčiau saugomų įrenginių, o jų įžeminimo laidas trumpiausiu keliu sujungiamas su įrenginių korpusu.
Viršįtampių ribotuvai žemosios įtampos oriniame tinkle įrengiami:
a) tiekimo pastotėje;
b) linijų trasose kas 0,5 km atstumu ir linijų galuose;
c) prie viršįtampiams jautrių imtuvų (degiųjų ir sprogstamųjų medžiagų sandėliai, pastatai su kompiuteriniu tinklu, ligoninės, mokyklos, bažnyčios, pramogų salės);
d) abiejuose kabelio, įjungto į orinę liniją, galuose.
Racionalu yra naudoti viršįtampių ribotuvus įrenginių apsaugai nuo žaibo ir komutacinių viršįtampių, neatjungiant jų nuo tinklo. Apsaugos sistemų su ribotuvais efektyvumą (apsaugotų įrenginių izoliacijos patikimumą) lemia linijų apsaugos nuo žaibo efektyvumas, tinklo elektromagnetinės savybės, ribotuvų išsidėstymas tinkle, ribotuvų kokybė bei jų apsauginės charakteristikos (Uc, Ur, liekamoji įtampa esant įvairiems impulsams, energetinė geba). Viršitampių ribotuvo ribojamų žaibo viršįtampių dydis priklauso nuo tinklo elektromagnetinių savybių. Srovė, tekanti per viršįtampių ribotuvą, priklauso nuo veikiančių viršįtampių pobūdžio.
c) Apsaugos priemonės nuo vviršįtampių iki 1000 V įtampos tinkle
Patikimam ir normaliam visos įrangos sistemos darbui pastatuose užtikrinti yra naudojama apsauga nuo viršįtampių. Tik išsami viršįtampio lygio pasiskirstymo sistemoje analizė ir tinkamas ribotuvų bei iškroviklių parinkimas gali užtikrinti patikimą ir geriausią apsauga nuo viršįtampių. Priešingu atveju irangos sistemai viršitampiai gali padaryti didesnę žalą.
Pagal standartų IEC 1024-1 ir IEC 1312-1 rekomendacijas apsaugai nuo atmosferinių viršįtampių yra naudojami įvairūs apsaugos nuo impulsinių įtampų įtaisai. Naudojant tokius įtaisus, taikomi du
pagrindiniai principai:
1) išskyrimas objektuose tam tikrų zonų LPZ (Lightning protection zone), kuriose yra leistini atitinkamo lygio viršįtampiai;
2) potencialų suvienodinimas.
Apsaugos priemonės zonose turi būti suderintos tarpusavyje taip, kad žemesnio laipto apsaugos nepažeistų neleistinai didelė viršįtampių energija. A klasės apsaugos įtaisai yra išorinė apsauga
nuo žaibo, kuri apsaugo pastatą ir jame esančią elektros įrangą nuo tiesioginio žaibo išlydžio. B klasės apsaugos įtaisai įrengiami įvadiniame skyde ir riboja viršįtampį, kurį sukelia žaibo impulsinė srovė nuo
35 iki 70 kA. Čia naudojami iškrovikliai, kadangi jie gali slopinti didesnes išlydžio sroves, atsiradusias po žaibo išlydžio, nei ribotuvai. C klasės viršįtampių ribotuvai įrengiami skirstymo skydeliuose po B klasės ribotuvu ir dažniausiai yra galinis apsaugos nuo viršįtampių laiptas. D klasės ribotuvai įrengiami tiesiogiai prie imtuvo ir turi apriboti viršįtampį, kurį sukelia iki 3 kkA žaibo impulso srovė. Šios klasės
ribotuvai apriboja viršįtampį iki 275 V.
Tam, kad C klasės ribotuvas nesuveiktų anksčiau nei B klasės, tarp šių klasių ribotuvų turi būti išlaikytas 7–15 m atstumas maitinimo trąsoje arba įrengtas dirbtinis uždelsimas, panaudojant droselį. Tai užtikrina nuoseklų ribotuvų veikimą.
Kad būtų užtikrinta elektroninės ir informacinių technologijų (IT) įrangos veikimas netgi tiesioginio žaibo išlydžio atveju, reikalingi apsaugos nuo viršįtampių skaičiavimai, numatant reikiamas objekto apsaugos nuo žaibo priemones. Labai svarbu įtraukti visus galimus variantus. Minėtosios apsaugos zonų koncepcijos dalis yra ir išorinė apsauga nuo žaibo panaudojant oro vėdinimo sistemas, srovės nuvediklius, objekto įžeminimą, potencialų išlyginimą. Atsižvelgiant į reikalavimus ir įvairius įrangos duomenis, apsaugos yra skirstomos į žaibo impulso srovės ribotuvus ir viršįtampių, atsirandančių dėl perjungimo operacijų, ribotuvus, taip pat į kombinuotuosius.
Aukščiausi reikalavimai keliami žaibo impulsinės srovės ir kombinuotiesiems ribotuvams, kurie naudojami visose apsaugos zonose. Šie ribotuvai turi veikti greitai ir keletą kartų iš karto, nesuirdami
dėl pasikartojančių dalinių žaibo išlydžio srovių. Tokiu budu išvengiama žaibo srovės prasiskverbimo į pastato elektros instaliaciją.
Keliami reikalavimai viršįtampių ribotuvams priklauso nuo apsaugos zonos. Projektuojant apsaugą nuo viršįtampių, reikia parinkti apsaugos elementus taip, kad energija būtų absorbuojama palaipsniui žingsnis po žingsnio: pirmiausia sumažinama įeinanti žaibo išlydžio impulsinė srovė (ji gali buti pasiskirsčiusi dalimis), o po
to – viduje indukuoti viršįtampiai, susidariusieji dėl perjungimų. Parenkant elementą, saugantį įrangą nuo elektromagnetinių trikdžių, reikia žinoti pačios įrangos parametrus ir jos darbo režimą.
Taigi nominalus ribotuvo išėjimo parametrai ir saugomos įrangos iėjimo parametrai turi sutapti arba atitikti leistinas ribas.
Skaičiuojant induktyviųjų elementų parametrus, galima pasirinkti induktyvumo dydį kiek įmanoma mažesnį, atsižvelgiant į apsaugos ribotuvų parametrus. Taip galima padidinti grandinės saugumą.
Padidinus induktyvumą keletu ]H, didesnės įtakos normaliam ribotuvų veikimui nebus. Tačiau daugiau padidinus induktyvumą C klasės ribotuvas gali būti perkrautas ir sugesti ppirma laiko. Normaliam suderinamumui tarp B ir C klasių ribotuvų užtikrinti pakanka induktyvumo 10 ]H. Tada garantuojamas patikimumas ir ilgesnis ribotuvų tarnavimo laikas. Dėl skirtingų C ir D klasės ribotuvų parinkčių reikalingas suderinamumas ir tarp šių klasių ribotuvų. NYM–J tipo kabeliuose Saugus veikimas bus užtikrintas, išlaikant tarp C ir D klasių ribotuvų ne trumpesnį kaip 5 metrų atstumą.
d) Izoliacijos suderinimas
Sisteminės elektros įrenginių izoliacijos suderinimas – izoliacinių lygių ir apsauginėmis priemonėmis apribotų viršįtampių optimalus derinimas. Praktiškai tai atliekama reglamentuojant standartais
izoliacijos eelektrinį atsparumą bei jos bandymų normas ir apimtis, taip pat tinkamai parengiant ir sukuriant irenginių apsaugą nuo viršitampių.
Apsaugai nuo žaibo ir komutacinių viršįtampių racionalu naudoti viršįtampio ribotuvus, kurie apsaugo įrenginius neatjungdami jų nuo tinklo. Apsaugos sistemų su ribotuvais efektyvumas ((apsaugotų
irenginių izoliacijos patikimumas) priklauso nuo linijų apsaugos, nuo žaibo efektyvumo, tinklo elektromagnetinių savybių, ribotuvų išsidėstymo tinkle, ribotuvų kokybės bei elektrinių charakteristikų.
Aukštesnės kaip 1000 V įtampos elektros įrenginių būklė ir technologinis tinkamumas eksploatacijai priklauso nuo įvairių juose sumontuotų elementų bei konstrukcijų buklės, tačiau daugiausia – nuo irenginių izoliacijos kokybės ir jos elektrinio atsparumo resurso po ilgo eksploatavimo. Atsparumą elektriniams laukams izoliacija praranda fiziškai natūraliai sendama, vykstant joje jonizaciniams procesams, vadinamiems daliniais išlydžiais. Tokie procesai izoliacijoje atsiranda nuo viršįtampių, kai padidėjusi įtampa viršija paskirtą normaliai eksploatacijai ribą, didžiausią leistinąją įtampą, o sustiprėjęs
elektrinis laukas –įrenginio izoliacijos elektrinį atsparumą. Nors paveikus viršįtampiams įrenginys išliko funkcionalus, nereiškia, kad jis nenukentėjo. Dažniausiai įrenginio izoliacijoje atsiranda didesni ar mažesni savaime neišnykstantys pažeidimai, kuriems kaupiantis konstrukcijos elektrinis bbei mechaninis atsparumas mažėja. Susidarius aukštiems viršįtampiams konstrukcijos izoliacija gali būti iš karto
elektrinio išlydžio pramušta ir išdeginta, arba perdengta ir apdeginta.
Nuo ilgalaikių neleistinų įtampos padidėjimų įrenginius saugo tinkamai suprojektuotas, įrengtas ir eksploatuojamas elektros tinklas. Jų izoliacija nuo susiformavusių tinkle trumpalaikių viršitampių apsaugo iškrovikliai ir viršįtampių ribotuvai. Kad įrenginių izoliacija tarnautų patikimai ir ilgai, turi buti iš anksto numatyti specifiški reikalavimai izoliacijos gamybai, tinklo projektavimui ir eksploatavimui bei
izoliacijos apsaugai nuo viršįtampių. Tokių reikalavimų įvertinimas yra vadinamas izoliacijos suderinimu.
Gerai suderinta izoliacija ggarantuoja, kad elektros linijų ir įrenginių izoliacijos elektrinis atsparumas (izoliacinis lygis) yra optimaliai suderinamas su apsaugos priemonių (iškroviklių, ribotuvų, apsauginių
ižemiklių bei apsaugos nuo žaibo įtaisų) charakteristikomis ir izoliacija veikiančių viršįtampių lygių. Elektros kabelių ir įrenginių izoliacijos lygį nustato izoliacijos bandomoji įtampa, o oro linijų bei
pastočių šynolaidžių izoliacijos – izoliacinių tarpų bei izoliatorių paviršiaus išlydžio įtampa. Linijų ir įrenginių izoliacija sensta, todėl izoliacijos lygis bei fizinė izoliacijos buklė nuolat tikrinami profilaktiniais bandymais, izoliacija remontuojama.
3. IŠVADOS
Oro linijų atramose žaibo viršįtampių didžiausias potencialas yra 1,5–3 kartus mažesnis negu žaibo kanalo pradinis bangos potencialas ir priklauso nuo įžemiklių banginės varžos ir statinio aukšcio: didėja didėjant įžemiklių banginėms varžoms bei statinių aukščiams.
Lietuvoje dauguma statinių apsaugantys žaibolaidžiai suprojektuoti pagal pasenusias RSN normas, neatitinkančias šiuolaikinių
europinių standartų, todėl Lietuvoje būtina sudaryti apsaugos nuo žaibo standartus ir
parengti naujas žaibosaugos projektavimo bei įrengimo instrukcijas.
Įrenginių apsaugos ribotuvų ilgos trukmės pereinamųjų viršįtampių galią apribojanti nominalioji efektinė įtampa yra Ur. Parenkant viršįtampių ribotuvus ši sąlyga turi būti įvertinta.
Apsaugai nuo žaibo ir komutacinių viršįtampių racionalu naudoti įtampų ribotuvus, kurie įrenginius apsaugo neatjungdami jų nuo tinklo. Apsaugos sistemų su ribotuvais efektyvumas (apsaugotų
irenginių izoliacijos patikimumas) priklauso nuo linijų žaibosaugos efektyvumo, tinklo elektromagnetinių savybių, ribotuvų ar ventilinių iškroviklių tinkle išdėstymo, ribotuvų ar vventilinių iškroviklių kokybės, elektrinių charakteristikų bei pastotės įrenginių bandomųjų įtampų lygio.
Iki 1000 V elektros tinkle apsauga nuo viršįtampių turi būti kompleksinė, įvertinanti elektros tinklo konfiguraciją, vartotojų pobūdį bei visus žaibo sukeltų viršįtampių patekimo į tinklą kelius.
0,4 kV itampos tinkle nerekomenduotina naudoti viršįtampių ribotuvų tik galinių imtuvų apsaugai, nes linijos pradžioje viršįtampio lygis padidėja iki 30 , o tai gali pakenkti pereinamųjų procesų metu kitiems imtuvams, esantiems arčiau įvado.
NAUDOTA LITERATŪRA:
1.Autorių grupė. Žaibas.Apsauga nuo žaibo.- V.2006.
2. P.Čyras, R.Šukys. Gaisrinės saugos pagrindai. – V., 1997.
3. www.elektrikai.lt
4 . R.Karazija. Fizika. – V. 1996.
5. V.Mezencevas. Kada pasirodo vaiduokliai. – V.1977.
6. www.ipc.lt
