架空送電線の避雷

架空送電線は、電気システムの中で最も長い要素です。これはシステムの最も一般的な要素でもあり、最も頻繁に落雷に見舞われます。電力システム事故の統計によると、架空送電線の緊急停止の 75 ～ 80% は落雷に関連しています。

雷放電の物理学

雷 - 非常に長い火花長を持つガス放電の一種。雷経路の全長は数キロメートルに達し、この経路のかなりの部分は雷雲の中に位置しています。

雷雨が発生するには、まず強い上昇気流があり、次に雷雨の地域に必要な空気湿度が必要です。

上昇気流は、地表に隣接する空気層の加熱と、これらの層と高高度の冷たい空気との熱による熱交換によって発生します。

雲の中では、いくつかの電荷の蓄積が形成され、互いに分離されています（雲の下部では、負の極性の電荷が蓄積します）。雷は通常複数です。同じ経路に沿って発生する複数の単一放電で構成されます。

雷雲における電荷分離の正確なメカニズムはまだほとんど不明です。しかし、観察によると、電荷分離は雲の中の水滴の凍結と同時に起こることがわかっています。

落雷による架空送電線の停電許容回数

実現可能性調査では、架空送電線を完全に耐雷にするのは不可能であることが示されています...架空送電線が年間に限られた回数だけ停止されることを意図的に想定する必要があります。電力線の雷保護の課題は、落雷の数を最小限に抑えることです。

年間の架空送電線の停止および追加の停止の許容回数は、次の条件によって決まります。

a) 消費者への信頼できる電力供給、

b) 架空送電線に伝わる開閉器の信頼性の高い動作。次の式で計算されます。

ここで、 nAdditional — ライン上の電源の年間許容中断回数 (冗長性がない場合は nadd ≤ 0.1、冗長性が利用可能な場合は nadd ≤ 1)、 β — APV 成功率は 110 kV のラインで 0.8 ～ 0.9 に相当し、金属および鉄筋コンクリートのサポートではより高くなります。

自動再閉路装置 (AR) を使用すると、アーク発生サポートの絶縁不良が発生するケースは非常にまれであるため、ラインの稼働を維持できます。この場合、落雷は停電を伴いません。自動再接続に失敗した場合は、電力線が完全に遮断されます。

自動再閉路を頻繁に使用するとサーキットブレーカーの操作が複雑になり、この場合は特別な修正が必要になることに注意してください。これに基づいて、スイッチのタイプに応じて、追加のシャットダウン = 1 ～ 4 が許可されます。重要な回線の場合、この移動数を減らす必要があります。

架空送電線への落雷の推定数

路線上の予想される落雷数は、主に路線ルートのエリアにおける雷活動の強さによって決まります。平均値に基づいて、雷雨の 1 時間に地表から 1 km の地点で 0.067 回の落雷が発生すると一般に認められています。ラインが幅 6h の帯からすべての落雷を収集すると仮定します (h は落雷の平均高さです)。ケーブル サスペンションまたはケーブル)、長さ l の電線に 1 年間に落ちる N 回の落雷の数は、

N = 0.067 × n × 6h × l × 10-3 、

ここで、n は年間の雷雨時間数です。

架空送電線の絶縁における重なりの数は次の式で決まります。

ntape = n NS Pcloth、

ここで、Pln — 所定の雷電流における線路絶縁の重なりの確率。

トリップにはインパルスアークが電源アークに通過する必要があるため、インパルス絶縁のオーバーラップのすべてがラインの遮断を伴うわけではありません。遷移確率は多くの要因に依存し、工学計算では、オーバーラップパスに沿った動作電圧の勾配 EСр = Urob / Lband、kV / m によって決定するのが通例です。

長いエアギャップを持つ木製のサポート上のラインの場合、パルスアークに切り替わる確率 h は次の式で決定されます。

金属および鉄筋コンクリート支持体の電線の場合、線間電圧が 220 kV までの場合は h = 0.7、公称電圧が 330 kV 以上の場合は h = 1.0 となります。

nlent に係数 η を掛けると、年間に線路に予想される落雷数を計算できます。

エンジニアリングの実践では、通常、年間 30 時間の雷雨が発生する地域を通過する線路 100 km あたりの特定の断線数 n が使用されます。

回線上の落雷の数を減らすには、次のことができます。

• 落雷時に絶縁体が重なり合う可能性を低減します。これは通常、トロリ線から避雷針を吊り下げ、サポートとケーブルのインパルス接地抵抗を低くすることによって、金属サポートを備えた架空送電線で実現されます。

• 低い動作電圧勾配でオーバーラップ パスを延長すると、インパルス アークからパワー アークへの移行の係数 h が減少します。後者は木製の支柱を備えた架空送電線で実行されます。

避雷性能の影響

金属（鉄筋コンクリート）上の架空送電線は、接地線なしでサポートされます。

ワイヤが衝撃点で衝突すると、Z ワイヤの特性インピーダンスの半分に等しい抵抗がオンになります。