< Назад

Мълниезащита – принцип на действие на мълниеприемник с изпреварващо действие, аресторни защити

Публикувано на: 21/07/2020

Мълнията се образува вследствие на създаване и нарастване на статичен електрически потенциал между мълниеносния облак и земната повърхност. На практика между облака и земната повърхност се образува огромен въздушен кондензатор, чийто електрически заряд постоянно се увеличава до достигане напрежението на пробив в кондензатора, което представлява и самата мълния. В общия случай процесът на мълниеобразуване започва с тръгването на най-мощния електрически заряд (лидера) от облака към земята (фиг. 1).

Когато този заряд достигне на определено разстояние от земната повърхност, индуцирани от него други електрически заряди с обратен поляритет (обратни лидери), тръгват от земната повърхност нагоре към облака (Фиг. 2).

След известно време, лидерът (ел. заряд от облака) се среща с най-мощния от обратните лидери (електрически заряди, тръгнали от земната повърхност нагоре). Изборът на срещата на двата противоположни лидера се определя от това, къде въздушният слой създава условия за най-ниско омическо съпротивление, а не от най- малкото разтояние между тях (фиг. 3).

Срещата на двата лидера във въздуха образува канала на мълнията (мястото на късото съединение, в което се извършва разряда на огромния въздушен кондензатор). Това природно явление се нарича мълния. То е свързано с ярка светлина, последвана от силен гръм (фиг. 4).

Защитата от тези мощни природни въздействия върху хора, животни, сгради и външни съоръжения, се осъществява с помощта на добре проектирана за всеки конкретен случай

система на мълниезащита. Тази система включва в себе си три основни компонента – мълниеприемник, токоотвод и заземител. Изградени и свързани правилно, тези компоненти осигуряват възможността, насочилата се към мълниезащитения обект (по пътя на най-ниското омическо съпротивление) енергия на мълнията, да попадне върху мълниеприемника (а не върху повърхността на самия обект) и с помощта на токотводите и заземителите, да бъде отведена в земната кора.

Основният принцип на активните мълниеприемници с изпреварващо действие е, че посредством вградена в мълниеприемника електроника или електромеханика, се създават
условия обратният електрически заряд (обратният лидер), да не тръгва в обичайното природообосновано време (както е при обикновенната мълниеприемна мачта), а с определено изпреварващо време – ΔТ. Т.е., двата електрически заряда се срещат на много по-голямо отстояние от върха на мълниеприемника (ΔL+rs).

ΔL=V cb  . ΔТ, където: V cb = 1m/μs – средната стойност на скоростта на електрическия заряд. За да се осигури и адекватна защита е необходимо да се познават видовете влияния на мълниите върху електрически съоръжения и вериги:

  1. Пряко попадение
    • пряко попадение върху външни отделни стоящи мълниеотводи (пръти, въжета) или на изолирани токоотводи, разположени на защитавания обект (галванично куплиране) – ще се индуктира в заземителния проводник пренапрежение от порядъка на няколко хиляди волта. От друга страна потенциалът на фазовите проводници и нулевия проводник остава съответно 230 V, а спрямо земя – 0 V. Електрическото оборудване, свързано между фазовите проводници и земя, ще се повреди и част от тока на мълнията ще протече през него.
    • Пряко попадение върху въздушна линия (проводимо куплиране) – голямото количество енергия, пряко влизаща в инсталацията ще разруши електрическото или електронно оборудване, свързано към нея.
  2. Попадение в околностите (индиректно попадение) – магнитното поле, предизвикано от мълнията ще генерира пренапрежение във всеки затворен контур, съставен от проводници (ефект на трансформатора/магнитно куплиране).
    1. Непряко индуктивно куплиране – въздушните линии представляват затворен контур, тъй като неутралата или защитния проводник се заземяват на всеки няколко стълба. Попадение в околностите на такава линия ще генерира пренапрежение в нея.
    2. Ппряко индуктивно куплиране – попадение на мълния върху външни мълниеотводи на съоръжение, което ще индуктира пренапрежение в затворените контури на електрическата мрежа.

Защита от пренапрежение. Аресторни защити

Защитата на електрическите и електронни мрежи, апаратура и уреди от атмосферни и комутационни пренапрежения се осъществява с помощта на арестoри (surgeprotectors) и арестoрни  групи.  Чрез  тях  да се ограничат  преходните и  атмосферни пренапрежения които циркулират в мрежата, до допустими стойности (според нивото на изолация), които притежават защитаваните електрически и електронни уреди.

Мълнията притежава форма на вълната, която се характеризира с много рязък, деструктивен пик на тока и дълга опашка от излишна енергия. В допълнение към голямата амплитуда, основен проблем е много високата скорост на повишаване на тока, която води до висока стойност на напрежение, индуктирано в проводниците (фиг. 5).

  • Продължителна вълна (10/350 μs), която симулира пряко попадение на мълния и свързаната с него голяма енергия. За източник на ток от мълнии може да се смята генератор, който генерира токови вълни 10/350.
  • Краткотрайна вълна (8/20 μs), която представя непряко попадение, комутационно пренапрежение или паразитни интерференции.

Ето защо се използват главно два типа катодни отводители:

  • Тип 1 – катоден отводител, предназначен да отвежда енергията, породена от пренапрежение, сравнимо по мощност от пряко попадение от мълния. Защитното устройство е преминало успешен тест според стадартите с вълна 10/350
  • Тип 2 – катоден отводител, предназначен да отвежда енергията от пренапрежение, сравнимо по мощност с това от непряко попадение или комутационно пренапрежение. Защитното устройство е преминало успешен тест според стандартите с вълна 8/20 Катодния отводител съдържа поне едни нелинеен елемент (варистор или искрова междина) и притежава следните функции:
    1. По време на нормална работа (отсъствие на пренапрежения), катодният отводител не трябва да влияе на системата, към която е инсталиран. Той действа като отворена верига и поддържа изолацията между фаза и земя.
    2. Когато възникне пренапрежение, катодният отводител намалява импеданса си за няколко наносекунди и отвежда импулса. Той действа като затворена верига, импулсът е отведен. Пренапрежението е ограничено до допустима стойност за последващото електрическо оборудване.
    3. След отвеждането на импулса, катодният отводител възстановява своя висок импеданс и се държи като отворена верига. Начин на действие на арестор с искрова междина е показан на фиг. 6
Мълниезащита – принцип на действие на мълниеприемник с изпреварващо действие, аресторни защити
5 (100%) 1 глас
>