Перенапряжения прямого удара молнии

Из всех объектов системы электроснабжения наиболее подвержены прямым ударам молнии линии электропередачи - в том числе и контактная сеть железной дороги. За грозовой сезон наблюдается несколько десятков прямых ударов молнии на каждые 100 км длины.

Разряд молнии в возвышенный объект сопровождается образованием встречных лидеров, развивающихся с возвышенных мест объекта - в случае линии с опоры, с грозозащитного троса и с фазных проводов. Место удара молнии определяется наиболее развившимся встречным лидером, поэтому для линии электропередачи различают следующие случаи поражения:

- удар молнии в провод с последующим перекрытием с провода на опору или между проводами;

- удар молнии в вершину опоры с последующим перекрытием с опоры на провод;

- удар молнии в пролет троса с последующим перекрытием с троса на провод или на землю.

Главную опасность для линии представляет прямой удар молнии в фазные провода с последующим перекрытием изоляции от возникающих при этом перенапряжений. По месту перекрытия возникает дуга за счет рабочего напряжения линии с необходимостью отключения короткого замыкания. Вероятность перехода импульсного перекрытия в дугу зависит от величины рабочего напряжения и материала опор. В случае деревянных опор вероятность перехода в дугу мала; для линий на железобетонных и металлических опорах эта вероятность порядка 0,5 для сетей 3..35 кВ, а для ЛЭП 110..500 кВ близка к единице.

Вероятность попадания молнии в опору или в трос вблизи опоры может быть приближенно оценена по соотношению , где h_о - высота опоры, l_пр - длина пролета.

Для контактной сети с ее малыми расстояниями между опорами это означает, что большая часть прямых ударов будет приходиться на опоры контактной сети. На заземлении опоры (на рельсе) при этом возникает напряжение, определяемое падением напряжения на индуктивности снижения и на активном сопротивлении заземления . Небольшое напряжение перекрытия контактной сети (порядка 300 кВ для контактной сети переменного тока) приводит к перекрытию изоляции практически при каждом прямом ударе молнии. Около половины перекрытий переходят в дуговой разряд с отключением фидера контактной сети.

Для линий более высокого напряжения не каждый прямой удар молнии в опору или в грозозащитный трос приводит к перекрытию изоляции. Под уровнем грозоупорности линии понимают наибольший расчетный ток молнии, при котором еще не перекрывается изоляция линии. На возможность перекрытия изоляции влияет и крутизна тока в канале молнии. В качестве показателя надежности грозозащиты используют среднее число отключений линии в год или обратную величину - среднее число лет безаварийной работы.