n.moshe@walla.co.il

058-7291129

מאמרים

מתח יתר של ברק ואמצעי הגנה מפניו

הברק הוא תופעה של התפרקות חשמלית בין ענן לאדמה או בין העננים לבין עצמם, והוא תופעת טבע מרשימה מאוד. פגיעת ברק מאופיינת באורך גל אימפולס קצר מאד ולכן אמפליטודת הזרם שלו גדולה מאד (עשרות kA). בעת פגיעת ברק יש ליצור מסלול פריקה כך שהזרם יפרוק לאדמה ולא יפגע בציוד החשמלי השונה במערכת החשמל.

הרכיבים העיקרים של מערכת הגנה מפני מתחי יתר של ברק הם כלהלן:

א. הגנה מפני פגיעות ישירות של ברק בשטח תחנות משנה על ידי קולטי ברק אנכיים.

ב. הגנה מפני פגיעות ישירות של ברק בתילים הפאזיים של הקווים עיליים על ידי קולטי

    ברק אופקיים.

ג.  הגבלת  מתחי יתר על ידי קרני פריקה (מרווחי הגנה) ומגני ברק. יש לציין שפריצה

     חשמלית בין קרני פריקה מביאה ברוב המקרים לקצר ברשת החשמל, ואז יש  צורך

     להשתמש באמצעים נוספים לכיבוי הקשת.

 ד. במקרים של קצר חדפאזי כתוצאה מפגיעת ברקים, משתמשים לצורך כיבוי הקשת  

    ומניעה של הפרעות חמורות ברשת החשמל  באמצעים הבאים:

     - סליל כיבוי הקשת ברשת חשמל עם נקודת אפס מבודדת.

      - חיבור חוזר אוטומטי ברשת חשמל עם נקודת אפס מוארקת.

 

קולט ברק אנכי

 

מיועד להגנה על מבנים ומתקני חשמל בתחנות משנה ובתחנות כוח מפני פגיעות ישירות של ברק. בתחנות המשנה קולט הברק אנכי בנוי מצינור פלדה שמורכב על עמוד ברזל או על גג המבנה ומוארק לאדמה על ידי מוט הארקה (במקרים רבים מנחושת  95 mm2 ).

מרחב ההגנה של קולט ברק אנכי בודד מוצג באיור 1  . צורת המרחב היא קונוס. כל מבנה או גוף אחר הנמצא בתוך הקונוס של מרחב ההגנה מוגן מפגיעות ישירות של ברקים.

 

 

כאשר:

 H - הגובה של קולט ברק

 HX - גובה המבנה המוגן

 RX - רדיוס של הקונוס בגובה  HX

 

מהנוסחה למעלה נובעת המשוואה הריבועית: 1.6 H2 – (1.6 Hx + Rx) HRx Hx = 0

נקח דוגמא ש  HX = 10 m  ו- RX = 14 m , אז גובה קולט הברק H צריך להיות 22.6 m.

מומלץ להשתמש בלפחות 4  קולטי ברק אנכיים. בתחנות משנה מקובל להגן על ציוד חשמלי ופסי צבירה בקולטי ברק אנכיים כך שכל הציוד הזה יהיה בתוך מרחב ההגנה של קולט ברק כלשהו.

 

קולט ברק אנכי מבטיח הגנה מפגיעות ישירות של ברק בהסתברות של כ- (95-98)%.



 

 

 

קולט ברק אופקי (תיל הארקה)

 

מיועד להגנה של התילים הפאזיים בקווים עיליים מפני פגיעות ישירות של ברקים. הרוב המכריע של פגיעות ברק בקו עילי הוא בתיל הארקה ובעמוד חשמל.

 

N0 = P N



 

כאשר:

N- המספר הכללי של פגיעות ברק בקו עילי במשך שנה

N0- ומספר פגיעות הברק בתיל הפאזי

מקדם P – הסתברות של פריצת הברק דרך תיל הגנה לתיל פאזי.

 

 

את הסתברות P ניתן לחשב לפי הנוסחה האמפירית:

 

3.95 / 75 - log P = α

 

כאשר:

[m]  H– גובה ממוצע של תיל הארקה

α – זווית הגנה (איור).

 

ככל שזווית ההגנה a קטנה יותר, ההגנה מפגיעת ברקים טובה יותר. מהנוסחה נובע, שבזווית ההגנה 300 α = ובגובה  H = (8-10) m  ההסתברות  P שברק יפרוץ דרך תיל ההגנה ויפגע בתיל פאזי היא כ- (1-4)%. בזווית הגנה (15-20)0 הסתברות P יורדת לערך של       (0.1-0.4)%.    לכן נבחר בזווית הגנה  020 > a  בקווים עיליים בדרכם לתחנת המשנה.

 

 

חיבור חוזר אוטומטי -מיועד למתח עליון 161kV- נקודת אפס מוארקת

 

שימושי ברשת חשמל עם נקודת אפס מוארקת. ברוב המקרים של פגיעת הברק בקו עילי חלה פריצה בין תיל פאזי להארקה. פריצת הבידוד בקו עילי מביאה לקצר חד-פאזי לאדמה. קצר ממושך במערכת החשמל מהווה הפרעה חמורה. על מנת למנוע את ההפרעה הזו משתמשים בהגנה הנקראת חיבור חוזר אוטומטי ניתוק הקו שבו קיים קצר משני צדדיו על ידי מפסקי זרם, וחיבור חוזר של הקו לאחר פרק זמן קצר (0.5-0.6) s. הניסיון מראה, שב-90% מהמקרים חיבור חוזר מצליח, ובזמן הפסקת הזרם הקשת נכבית. די בפרק זמן זה לשיקום עצמי של האוויר לאחר כיבוי הקשת. אם החיבור החוזר אינו מצליח, מבצעים לאחר (1.5-2) s ניתוק וחיבור חוזר שני. אם החיבור השני אינו מצליח - מבצעים ניתוק סופי של הקו העילי.

 

סליל כיבויי הקשת –מיועד למתח גבוה 22kV-נקודת אפס מבודדת

 

משתמשים בו ברשת חשמל עם נקודת אפס מבודדת (בפרוייקט זה רשת חשמל kV 22). חיבור של סליל כיבוי הקשת ברשת החשמל מוצג באיור 4.

 

לרשת החשמל מחובר שנאי הארקה במטרה ליצור אפס מלאכותי – נקודה N.

סליל כיבוי הקשת מחובר בין הנקודה N לבין הארקה. ייעוד הסליל לכבות קשת של זרם קצר חד-מופעי בתדר 50 Hz בנקודה M, קצר שנוצר כתוצאה מפריצה חשמלית בין פאזה כלשהי לאדמה. ניתן לשנות את ההשראות L של סליל כיבוי הקשת ולווסת אותה בהתאם לצורך. בכל רשת חשמל יש לבצע בנפרד ויסות של השראות הסליל, בהתאם לקיבול C של תיל פאזי כלפי האדמה באותה רשת.

באיור 5 מובאת דיאגרמת וקטורים של מתח וזרם במעגל הסליל. המשולש ABC הוא משולש מתחים ברשת החשמל. במקרה של קצר בפאזה ,C פאזור הזרם IAC שזורם לאדמה מהפאזה A מפגר לעומת פאזור המתח UAC ב- 900. הזרם שווה: IAC = UAC / XC. פאזור הזרם IBC שזורם לאדמה מהפאזה B מפגר לעומת פאזור UBC ב- 900. הזרם                      UBC / XC IBC = .פאזור של הזרם השקול הקיבולי IC, שזורם דרך הנקודה M, יהיה סכום פאזורי של שני הזרמים הללו: ĪC = ĪAC + ĪBC. היות שהזווית  α = 300,  מקבלים:      

  U / XCIC  =  IAC cos α + IBC cos α  =  2 IAC cos α  =  2U cos α / XC  =   

 

מתח שלוב  UphU =. לכן  IC = 3 Uph / XC. הרכיב השני של הזרם / XL IL = Uph.  תנאי לירידת זרם קצר לאפס בנקודה M הוא שוויון  IC = IL. מהשוויון נובע : XL = XC / 3.      

 

 

 

 

 

האתר נבנה במערכת 2all | בניית אתרים