Yıldırım Grevlerinin Güç İlet Hatları Üzerindeki Etkisi

Yıldırım grevleri, elektrik güç sistemlerini etkileyen en öngörülemeyen ve güçlü doğal fenomenlerden birini temsil eder.Her yıl yüzlerce binlerce yıldırım flaşı iletim hatları ve çevre arazilerini vurarak, normal işlemi bozabilecek büyük sonuçları artırır. yıldırım aktivitesi ve güç sistemi hataları arasındaki ilişki sağlam, dayanıklı ızgaralar tasarlamak için kritiktir.

Power iletim hatları, maruz kalanlar, yüksek geometri ve geniş coğrafi aralığı nedeniyle, yıldırım için doğal olarak çekici hedeflerdir. Birçok bölgede, yıldırım kesintileri tüm iletim hatlarının önemli bir kısmı için hesap verir.|Düzeme göre:0)EPRI çalışmaları), yüksek hacimli alanlara doğru% 30 ila% 70 arasında hata sorumludur (yılda fırtına günlerinin sayısı (yılda fırtına günlerinin sayısı).

Lightning Interaction with Transmission Lines

Yıldırım, fırtına bulutu ve zemin içinde büyük bir estatik deşarj olarak gelişir veya bulutlar arasında bir düşüş olduğunda, bir kesinti lideri 200 kiloamperyalist ve 10 mikrosaniyeden daha az bir sürede bu yüksekliğe ulaşır.Bu hızlı büyüyen akım aşırı elektromanyetik kuvvetler ve ohmik ısıtma iler.

Ancak, tüm yıldırım olayları doğrudan bir vuruş içeriyor. Bir kalkan teline veya kuleye grev, her iki yere de kule ayağının direnişi ve kalkan telleri boyunca uzanan enerjiyi geri döndürüyor. Bu dalgalanmalar, özellikle de düşük gerilim dağılımında yüksek gerilimler yaratabilir.

Elde edilen hatanın ciddiyeti birkaç faktöre bağlıdır:

  • [FONT:0) Mevcut amplitüd ve dikliği: Yüksek akımlar ve daha hızlı artış süreleri daha büyük gerilimler ve mekanik stresler üretir.
  • [FONT:0]Grounding impedance:[Dönetici:[Dönetici: 0) Kulesi ayaklama direnci dramatik olarak yansıma dalgalarını ve indüktörlerin etrafındaki gerilimi etkiler.
  • [FONT=0]Insulation level:[Dönetici:[Döncük seviyesi) hangi flaşın meydana geldiğinin gerilim eşini belirler.
  • [FONT:0) Alt istasyonlara veya zayıf noktalara karşı duyarlılık: [Dönetici: 1) Cerrahlar, kablo sonlandırmaları veya seri tazminat gibi geçici olarak uygulanabilir.

Lightning-Caused Faults

yıldırım tarafından başlatılan hatalar iki geniş kategoriye ayrılabilir: kalıcı ve geçici. Utilities uygun koruma ve restorasyon stratejilerine karar vermek için aralarında ayrım yapmalıdır.

Kalıcı Hatalar

Kalıcı hataların sonucu, sadece çizgiyi boşanamayan fiziksel hasarlardan kaynaklanır ve sonra bir güç kaynağı, ısı ve mekanik stres, kırık iletkenler, hasarlı donanım veya ahşap haçlar (ACSR) kablolar. kalıcı bir hata genellikle hasar ve onarımlar bulmak için bir ekip gerekir, güç sisteminden gelen takipler bir güç kaynağı devam eder.

Transient (Temporary) Hatalar

Transient hataları çok daha yaygındır. Bir yıldırım tarafından yönlendirilen aşırı gerilim, kısa enerjili bir röyücük aralığına (tipik olarak 5 saniyeye kadar), bu yay hattın 2-5 döngüsünde (80 m) yeniden alevlendirilmesine yardımcı olur ve özellikle de hızlı bir şekilde geri dönüş gecikmeli gecikmeler nedeniyle hattın hizmette kalmasına neden olur.

Bazı flaşlar, güç yayının iletken yanmaya neden olması için kalıcı bir hataya dönüşür veya birden fazla fazlı flaş meydana gelir. Dual-fayda veya üç fazlı flaşlar özellikle sorunludur, çünkü tek kutup rekontasyonunun hatasını temizlemek için yeteneğini azaltırlar ve daha büyük sisteme yol açabilirler.

Diğer Indirect Effects

flaş hatalarının ötesinde, yıldırım neden olabilir:

  • [FONT:0]Surge-indüklenmiş yalıtım bozulması: Acil flaş meydana gelmezse bile, tekrarlanan dalgalanmalar, erken başarısızlıklara yol açabilir.
  • [FONT:0]Electromanyatik müdahale (EMI): ) Hızlı geçiciler kabloları kontrol edebilir ve koruma rölelerinin yanlış bir şekilde işlenmesine neden olabilir, “öpürülme yolculuğu” olarak bilinen bir fenomen.
  • [FONT:0)Transformer hasar:[Dönetici:[Dönder: 1) İle alt istasyonlara geçiş hatlarıyla giriş yapanlar, özellikle de yüksek frekanslı birimlerde yalıtım bozulmasına neden olabilirler.

Lightning-Indüklenen Hataların Tespiti ve Modellenmesi

Modern güç hizmetleri yıldırım hataları anlamak ve tahmin etmek için birkaç araça güveniyor. Lightning location systems (LLS), ABD Ulusal Yıldırım Tespit Ağı (NLDN) veya Avrupa LINET, hassas zamanlı veri kümesine göre, yüksek çözünürlükte, kutuplu ve çok fazla parçalılık.

Mühendisler ayrıca elektromanyetik geçici simülasyon yazılımı (örneğin, EMTP, ATP) iletim hatları boyunca yıldırım dalgalanmalarının yayılımını modellemek için kullanırlar. Bu simülasyonlar kule geometrisini, ayaklama direnç değerlerini, insulator flaş karakteristiklerini (kesin zamanlı eğrileri), ve tutuklamaların doğrusal olmayan davranışlarını içerir. Sonuçlar flaşın neden gerekli kritik yıldırım akımını belirlemeye yardımcı olur - kalkan başarısızlık veya mevcut kulenin geri kalanı olarak bilinir - her kule için.

Uzaklama Başarısızlığı vs. Backflashover

İki ayrı mekanizma yıldırım flaşları üretir:

  • [FONT:0)Shielding başarısızlık: [Dönetici:[Dönetici] Lightning, kalkan telini atlar ve doğrudan bir aşama iletkeni vuruyor. Bu, kalkan tel ve dış faz iletkeni arasındaki açı çok büyük olduğunda meydana gelir. Shielding başarısızlıkları genellikle 20-30 dereceden fazla olur.
  • [FONT:0)Backflashover:[Dönetici:[Dönetici] Lightning, kulenin tepesine doğru bir akışla, kulenin zeminine göre potansiyelini yükselterek, merdivenin etrafındaki gerilimin düşmesi durumunda, bir flaşın kuleden diğerine doğru bir şekilde gerçekleşmesidir. Backflashover yüksek kule ayağına kadar olan bölgelerdeki baskın mekanizmadır (örneğin, kayalık araziye).

Mitigation stratejileri her biri için farklıdır: kalkan telleri geliştirmek veya aktı azaltmak) kalkan başarısızlıklar için ve ayaklama dürtülerini azaltmak (tatfen, zemin çubukları veya kimyasal tedavi) arkaflashovers için.

Uygulamada Stratejiler

Etkili yıldırım koruması hem hataların hem de sonuçlarının ciddiyetini azaltır. Tek bir çözüm evrensel olarak çalışır; yerel koşullara uygun olan tekniklerin bir kombinasyonu en iyi sonuçları verir.

Yıldırım Tutuklanıcılar ve Cerrahlar

Translatma hattı (ayrıca line tutuklamalar olarak da adlandırılır) her kulenin her aşamasına uygun olarak kurulur, bu nedenle, onları en savunmasız proseslerde (genellikle yüksek ayaklı dirençle kulelerde üst düzey bir gerilime sahip olmayan bir karakteristike sahiptir. Modern polimer-housed metal-sioksit şarj edicileri her kulede yükleyici tutuklamalar pahalıya sunar.

Grounding System Design

Kule ayağının azaltılması, arkadan kaçmanın en etkili yollarından biridir. Yeni hatlar için tasarımcılar, ekonomik olarak mümkün olan 10-15 ohms altındaki direnç için hedefler.Bu, derin tabanlı zemin çubukları ile elde edilebilir, gömülü kondüktif tellerleri (hükretüden uzak durgun iletkenler) veya ızgara sistemler.

Yalıtım Koordinasyon Koordinasyon Koordinasyon

Beklenilen dalgalanma ortamıyla eşleşen yalıtım seviyelerini seçmek bir dengeleme eylemidir: yüksek BIL daha az flaş anlamına gelir, ancak tespit için maliyet ve potansiyel olarak daha büyük kule boyutları sağlar. Yalıtım koordinasyonu, fazlar arasında ısıtılır ve IEEE Std 1410 ve IEC 60071-2 gibi hava boşlukları da daha iyi bir şekilde genişletilir.

Koruyucu ve Reklosing

Yüksek hızlı röleler, aşırı uçlu veya engelsiz bir değişimyi bir yıldırım hatasından ve hat gezisinden algılar.Tek-pole yolculuğu (sadece yanlış bir aşamayı) avantajlıdır, çünkü sistem istikrarsızlığını azaltmaktadır.Rektörlük stratejileri - otomatik, gecikmiş veya senkronizasyon- kontrol - yükseltilebilirliklerin de belirli sayıda başarısızlıktan sonra yeniden kapana kısıklığa yol açan “dönüşüm ve kilitlenme planlarını kullanabilir.

Düzenli Bakım ve Muayene

Doğrudan bir yıldırım deterrent olmasa da, titiz bakım koruma ekipmanının işlevsel olmasını sağlar. Görsel denetimler (kır veya drone tabanlı) kırık insulator dökülebilir, korroded donanım ve hasarlı kalkan telleri tespit edebilir.

İstatistiksel Etki ve Ekonomik Tahminler

Enerji kaynaklı hataların ekonomik maliyeti, ABD'de doğrudan onarım masraflarının ötesine uzanır. Dış ilişkiler fabrikalarda üretim kayıpları, hassas ekipmana zarar verebilir ve bazı durumlarda kamu güvenliği riskleri ortaya koyar. Elektrik Enerji Araştırma Enstitüsü'nden gelen veriler, Birleşik Devletler'deki yıldırımla ilgili iletim sistemlerinin yalnızca yıllık olarak maliyetinin ve müşterilerinin yüzlerce milyon dolar olduğunu gösterir.

Coğrafi ve mevsimsel varyasyon telaffuz edilir. "Işık Alley" koridoru merkezi Florida'da, Gulf Coast'ın parçaları ve Büyük Göller bölgesi en yüksek flaşları (6-10 flaşları yılda 2,1) Tersine, batı ABD'nin ve Avrupa'nın çok daha düşük eşitsizlikleri periyodik olarak güncellenmelidir.

Ağ geliştikçe, bu yüzden yıldırım koruma yöntemleri yapın. Yenilenebilir enerji kaynaklarının büyüyen penetrasyonu - özellikle uzun iletim hatlarıyla bağlantılı büyük güneş santralleri - yeni zorluklar getiriyor. Solar diziler genellikle açık, düz arazi yüksek maruz kalıyor ve onların dönüştürücüleri yıldırım tarafından da hassastır. Benzer şekilde, deniz rüzgar çiftlikleri doğrudan grevlere karşı savunmasız olan denizaltı kabloları gerektirir (daha az sık) ve indüklenen akımlar.

Gerçek zamanlı geçici izleme ve kendini kınayan ağ gibi akıllı ağ teknolojileri, yıldırım hatalarının etkisini azaltabilir. Örneğin, geniş alan koruma programları, hidrofobik ve yüksek mesafe ile ilgili olarak, performans artışı ve kirlenme koşulları ile ilgili olarak hızla izole edilebilir.

Umut verici bir araştırma alanı, kendi sızıntı akımlarını ve enerji absorpsiyonunu izleyen "akıllı" yıldırım tutuklamaları, verileri merkezi bir sisteme iletmelerini sağlayan bir yöntemdir. Bu tahmin edici bakım sağlar: tutuklamalar başarısız olmadan önce, kalkan telleri üzerindeki sensörler yüksek hassasiyetle, dinamik risk modellerine beslemeyi algılayabilir.

Mühendisler için en iyi uygulamalar

On yıl süren operasyonel deneyim ve alan araştırmasına dayanarak, aşağıdaki öneriler, iletim hatlarında yıldırım kaynaklı hataları azaltmak için ortaya çıkıyor:

  • LLS verilerini her bir çizgi segment için kullanarak bir yıldırım riski değerlendirmesini yapın, isokeraunic seviyeleri, toprak direnci ve kule geometrisi için muhasebe.
  • Tasarım kalkan telleri yeni hatlar için maksimum 15-20 derece eğimli bir açı ile tasarlayın; ekonomik olan daha eski hatları retrofit.
  • 15 ohms altındaki kule ayağı için bir program uygulayın; yüksek dirençle mevcut kulelerde zemin ölçmek ve geliştirmek için bir program uygulayın.
  • En az iki aşamada kulelerdeki en yüksek ayaklama direnci ile veya geriflashover oranlarının kabul edilemez olduğu.
  • Tek kutup yolculuğu ve otomatik olarak, maç kesintisi karakteristikleri (tipik olarak 0,5-1 saniye yıldırım yayları için).
  • Düzenli olarak test ve koruma rölelerini korumak, özellikle geçici bağışıklıklarını korumak, indüklenen dalgalanmalardan nuisance gezisini önlemek.
  • Zayıf noktaları tanımlamak ve mitigation etkinliğini doğrulamak için hata kayıtları ile yıldırım yeri verilerini ilişkilendiren bir fırtına analizi protokolü geliştirin.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yıldırım grevleri, güç iletim hatlarının güvenilirliğinin en düşük maliyetli zorluklarından biri olarak kalır. etkileşim karmaşıktır: tek bir flaş, otomatik olarak açık veya birkaç saat boyunca hizmetten gelen kalıcı hasarlara yol açan kısa bir süre önce zarar verebilir. Yerel yıldırım ortamını anlamak için anahtar, uygun mühendislik çözümleri uygulamak - tutuklamak için zeminlendirmek için iyileştirmelere neden olabilir - ve modern izleme ve simülasyon araçları. İklim trendleri ile bazı bölgelerde artan fırtınalar ortaya çıkarmak, hizmetler, bazı bölgelerden gelen elektrik korumaya yatırım yapmaya devam etmelidir.