موج رعد و برق: توضیح مختصر

موج رعد و برق: توضیح مختصر

  موج رعد و برقبه بیان ساده، به ضربه آنی بر تجهیزات الکتریکی ناشی از ولتاژ و جریان شدید تولید شده در هنگام تخلیه صاعقه اشاره دارد. مشخصه اصلی آن «انفجار آنی انرژی» است - شبیه به پارگی ناگهانی لوله- آب با فشار بالا، که در آن نیروی ضربه به لوله‌کشی آسیب می‌زند. به طور مشابه، موج رعد و برق ایمنی تجهیزات الکتریکی ولتاژ بالا را تهدید می‌کند و به عنوان یکی از رایج‌ترین خطرات طبیعی در میدان الکتریکی ولتاژ بالا-می‌باشد.

رعد و برق اساساً خنثی سازی بارهای الکتریکی بین ابرها یا بین ابرها و زمین را نشان می دهد. اصطکاک در لایه های ابر بارهای مثبت و منفی قابل توجهی را جمع می کند. وقتی دیفرانسیل شارژ به آستانه بحرانی می رسد، از هوا می شکند و یک کانال تخلیه تشکیل می دهد و بلافاصله انرژی بسیار زیادی آزاد می کند و موج رعد و برق را ایجاد می کند. ویژگی های اصلی آن دو دسته است: اول، ولتاژ بسیار بالا (به میلیون ها یا حتی ده ها میلیون ولت می رسد). دوم، مدت زمان بسیار کوتاهی (فرایند افزایش فقط چند میکروثانیه تا ده‌ها میکروثانیه، معادل یک ده-هزارم ثانیه طول می‌کشد). این افزایش «مدت کوتاه، انرژی بالا» عامل اصلی آسیب رساندن به تجهیزات است. موج رعد و برق=ولتاژ بالا لحظه ای + جریان بالا لحظه ای. به تجهیزات الکتریکی از طریق مسیرهایی مانند هادی ها و پوشش تجهیزات حمله می کند، ساختارهای عایق را به خطر می اندازد و به طور بالقوه تجهیزات را غیرقابل استفاده می کند یا باعث بروز حوادث می شود.

II. سناریوهای کاربردی اولیه

تأثیر موج‌های صاعقه عمدتاً در محیط‌های الکتریکی{0} در فضای باز و با ولتاژ بالا متمرکز است. با توجه به تماس بالقوه با تجهیزاتی مانند GIS و ترانسفورماتورها، این سناریوها به چهار نوع متمایز طبقه بندی می شوند:

1. خطوط انتقال ولتاژ بالا{1} در فضای باز: این رایج ترین سناریو برای برخورد صاعقه است. هنگامی که رعد و برق به یک خط برخورد می کند، ولتاژ موج به سرعت در طول هادی منتشر می شود و مستقیماً به پست ها حمله می کند و تجهیزات هسته ای مانند GIS، ترانسفورماتورها و قطع کننده های مدار را تهدید می کند. حوادث جزئی ممکن است باعث خاموش شدن تجهیزات شود، در حالی که موارد شدید می تواند منجر به خرابی عایق شود.

2. مناطق پست در فضای باز: باسبارها، برقگیرها و سایر تجهیزات نصب شده در فضای باز در پست ها، در صورت محافظت ناکافی، ممکن است برخورد مستقیم صاعقه یا ولتاژهای القایی افزایش یابد. این امر می تواند به اجزای داخلی آسیب برساند و عملکرد کل پست را مختل کند و به طور بالقوه باعث قطع برق منطقه ای شود.

3. اتاق های توزیع و مدارهای ولتاژ پایین-: موج های رعد و برق می توانند از طریق "القایی" به مدارهای ولتاژ پایین- نفوذ کنند. به عنوان مثال، هنگامی که خطوط در فضای باز ضربه می خورند، ولتاژهای افزایشی ممکن است از طریق کابل ها به اتاق های توزیع القا شود، به تابلو برق، قطع کننده های مدار آسیب برساند و حتی بر تجهیزات الکتریکی داخلی تأثیر بگذارد. این سناریو اغلب نادیده گرفته می شود اما خطر قابل توجهی دارد.

4. آزمایش کارخانه{1}}تجهیزات ولتاژ بالا: این یک رویکرد پیشگیرانه برای کاهش موج صاعقه است. استانداردهای صنعتی الزام می‌کند که ترانسفورماتورها، GIS (تجهیزات کلید عایق‌شده گاز)، و سایر تجهیزات ولتاژ بالا قبل از خروج از کارخانه تحت "آزمایش ضربه رعد و برق" قرار گیرند. این آزمایش‌ها شرایط واقعی موج صاعقه را شبیه‌سازی می‌کنند تا بررسی کنند که آیا عملکرد عایق تجهیزات مطابق با مشخصات است یا خیر، در نتیجه از ورود تجهیزات ناسازگار به سرویس جلوگیری می‌کند.

III. نکات کاربردی کلیدی

1. حفاظت دقیق از شدت صاعقه برای تجهیزات GIS: اگرچه تجهیزات GIS دارای ساختاری مهر و موم شده با خواص عایق عالی هستند، موج های صاعقه ممکن است همچنان از طریق پورت های خط ورودی یا محفظه نفوذ کنند. حفاظت از هسته بر روی "حفاظ محصور همراه با انحراف جریان دقیق" متمرکز است. در مرحله اول، برقگیرهای اکسید روی (مناسب ترین برای کاربردهای ولتاژ بالا) باید در تغذیه GIS{4}}در بوشینگ ها نصب شوند. هادی های زمین آنها باید به طور قابل اعتمادی هم به محفظه GIS و هم به شبکه ارت اصلی پست متصل شوند تا اطمینان حاصل شود که جریان های موج رعد و برق به سرعت به زیر زمین منحرف می شوند تا از خرابی عایق بوش جلوگیری شود. ثانیاً، محفظه GIS به پیوند همسان پتانسیل جامع نیاز دارد، که همه محفظه‌ها و پشتیبانی‌ها را در شبکه زمین ادغام می‌کند. این امر از اختلاف احتمالی بین محفظه ها در هنگام برخورد صاعقه جلوگیری می کند، که می تواند باعث آسیب متقابل به اجزای داخلی شود. در نهایت، در طی بازرسی های دوره ای، بر بررسی عملکرد رسانایی برقگیرها و فشار گاز عایق داخلی (SF6) در GIS تمرکز کنید. به طور همزمان، اتصالات زمین را از نظر شل شدن یا خوردگی بررسی کنید تا از شکست مسیرهای تخلیه جلوگیری کنید. قبل از ارسال، آزمایش های اختصاصی ضربه صاعقه باید قابلیت حفاظت عایق سازه محصور را تایید کند.

2. جزئیات حفاظت از ضربه رعد و برق ترانسفورماتور: ترانسفورماتورها تجهیزات اصلی در سیستم های قدرت را تشکیل می دهند که دارای ساختارهای عایق آسیب پذیر هستند. ضربه های رعد و برق به راحتی باعث خرابی عایق سیم پیچ و آسیب به هسته می شوند. حفاظت بر رویکرد «دفاع لایه‌ای + زمین‌گیری هماهنگ» تأکید دارد. اولاً، برقگیرهای نوع سوپاپ باید در پایانه‌های ورودی ولتاژ بالا، با فاصله الکتریکی بیش از 5 متر از ترانسفورماتور نصب شوند تا مسیر انتشار موج ضربه صاعقه کوتاه شود و تضعیف انرژی به حداکثر برسد. برای جلوگیری از نفوذ معکوس امواج صاعقه در مدار ولتاژ پایین، باید برقگیرها نیز در سمت ولتاژ پایین- نصب شوند. ثانیاً، محفظه ترانسفورماتور، هسته و نقطه خنثی{12}}با ولتاژ پایین باید به طور یکنواخت زمین شوند تا یک مدار زمین کامل تشکیل شود. مقاومت زمین باید کمتر از 4Ω (مقادیر کمتر مورد نیاز برای پست‌های بزرگ) حفظ شود تا از تخلیه سریع جریان‌های افزایشی اطمینان حاصل شود و از آسیب‌دیدگی تجهیزات در اثر افزایش پتانسیل زمین جلوگیری شود. ثالثاً در بازرسی های دوره ای علاوه بر بررسی وضعیت برقگیرها، مقاومت عایق و ضریب تلفات دی الکتریک سیم پیچ های ترانسفورماتور نیز باید آزمایش شود. دفعات بازرسی باید قبل از فصل رعد و برق افزایش یابد. به طور همزمان، اقدامات حفاظتی خارجی در برابر صاعقه مانند میله های صاعقه باید برای جلوگیری از برخورد مستقیم به بدنه ترانسفورماتور و در نتیجه تقویت دفاع خارجی استفاده شود.