Protection contre la foudre des lignes électriques aériennes

Une ligne électrique aérienne est l'élément le plus long du système électrique. C'est aussi l'élément le plus commun du système et le plus souvent frappé par la foudre. Les statistiques sur les accidents du réseau électrique montrent que 75 à 80 % des pannes d'urgence des lignes électriques aériennes sont liées à des pannes de foudre.

Physique de la décharge de foudre

Foudre - un type de décharge de gaz avec une très longue longueur d'étincelle. La longueur totale du canal de foudre atteint plusieurs kilomètres, et une partie importante de ce canal est située à l'intérieur du nuage orageux.

Pour qu'un orage se produise, d'une part, de forts courants ascendants et, d'autre part, l'humidité de l'air nécessaire dans la zone des orages.

Les courants ascendants se produisent en raison du réchauffement des couches d'air adjacentes à la surface de la terre et de l'échange de chaleur induit thermiquement de ces couches avec de l'air plus frais à haute altitude.

Dans le nuage, plusieurs accumulations de charges se forment, isolées les unes des autres (dans la partie inférieure du nuage, des charges de polarité négative s'accumulent), la foudre est généralement multiple, c'est-à-dire se compose de plusieurs décharges simples se développant le long du même chemin.

Le mécanisme exact de la séparation de charge dans un nuage d'orage est encore largement incertain. Cependant, les observations montrent que la séparation de charge coïncide avec la congélation des gouttelettes d'eau dans un nuage.

Le nombre autorisé d'interruptions des lignes électriques aériennes à la suite de la foudre

L'étude de faisabilité montre qu'il est impossible de rendre les lignes électriques aériennes absolument étanches à la foudre... Il faut délibérément supposer que les lignes électriques aériennes seront coupées un nombre limité de fois par an. La tâche de la protection contre la foudre des lignes électriques est de minimiser le nombre d'interruptions de foudre.

Le nombre autorisé de suspensions de lignes électriques aériennes par an et d'arrêts supplémentaires est déterminé par les conditions :

a) une alimentation électrique fiable des consommateurs,

b) le fonctionnement fiable des interrupteurs se déplaçant vers les lignes électriques aériennes et est calculé par la formule :

où nsupplémentaire — le nombre d'interruptions autorisées de l'alimentation électrique sur la ligne par an nadd ≤ 0,1 en l'absence de redondance et nadd ≤ 1 si la redondance est disponible), β — taux de réussite APV égal à 0,8-0,9 pour les lignes 110 kV et supérieur sur les supports métalliques et en béton armé.

Le réenclencheur automatique (AR) peut maintenir la ligne en fonctionnement car les cas de défaut d'isolation des supports d'arc sont assez rares. Dans ce cas, le coup de foudre ne sera pas accompagné d'une coupure de courant.En cas d'échec de la reconnexion automatique, un arrêt complet de la ligne électrique se produira.

Il est à noter que l'utilisation fréquente du réenclenchement automatique complique le fonctionnement des disjoncteurs, qui dans ce cas nécessitent une révision extraordinaire. Sur cette base, il est permis d'avoir narrêt supplémentaire = 1 — 4 selon le type de commutateurs. Pour les lignes critiques, ce nombre de trajets devrait être réduit.

Estimation du nombre de coups de foudre sur les lignes électriques aériennes

Le nombre attendu de coupures de foudre sur la ligne est principalement déterminé par l'intensité de l'activité de la foudre dans la zone du tracé de la ligne. Sur la base des chiffres moyens, il est généralement admis que 0,067 coups de foudre se produisent à 1 km de la surface de la terre en une heure d'orage... Etant donné que la ligne rassemble tous les coups de foudre d'une bande de largeur 6h (h est la hauteur moyenne d'un câble de suspension ou câble), le nombre de N coups de foudre sur une ligne de longueur l par an est

N = 0,067 × n × 6h × l × 10-3 ,

où n est le nombre d'heures d'orage par an.

Le nombre de chevauchements dans l'isolation des lignes électriques aériennes est déterminé par la formule

ntape = n NS Ptissu,

où Pln — la probabilité de chevauchement de l'isolation de la ligne à un courant de foudre donné.

Tout chevauchement d'isolation d'impulsion n'est pas accompagné d'un arrêt de ligne, car le déclenchement nécessite le passage d'un arc d'impulsion à l'arc d'alimentation. La probabilité de transition dépend de nombreux facteurs et, dans les calculs d'ingénierie, il est habituel de la déterminer par le gradient de la tension de fonctionnement le long du chemin de chevauchement EСр = Urob / Lband, kV / m.

Pour les lignes sur supports en bois avec de longs entrefers, la probabilité de passer à un arc pulsé h est déterminée par la formule

Pour les lignes sur supports métalliques et en béton armé, h = 0,7 pour une tension de ligne jusqu'à 220 kV et h = 1,0 pour une tension nominale de 330 kV et plus.

En multipliant le nlent par un facteur η, il est possible de calculer le nombre prévu de coups de foudre sur la ligne par an

Dans la pratique de l'ingénierie, le nombre spécifique de ruptures de ligne nNombre de ruptures par 100 km de ligne traversant une zone avec 30 heures d'orages par an est généralement utilisé :

Pour réduire le nombre de coups de foudre sur la ligne, vous pouvez :

• réduire la probabilité de chevauchement d'isolation lors de coups de foudre, ce qui est généralement obtenu sur les lignes électriques aériennes avec des supports métalliques en suspendant les paratonnerres au fil de contact et en fournissant une faible résistance de mise à la terre impulsionnelle des supports et des câbles,

• étendre le chemin de chevauchement avec un faible gradient de tension de fonctionnement, ce qui réduit le coefficient h de la transition de l'arc d'impulsion à l'arc de puissance. Ce dernier est effectué sur des lignes électriques aériennes avec des supports en bois.

Effet des performances de la protection contre la foudre

Lignes électriques aériennes sur supports métalliques (béton armé) sans fil de terre.

Lorsque le fil est frappé au point d'impact, une résistance égale à la moitié de l'impédance caractéristique du fil Z est activée.