تأثيرات البرق على خطوط نقل القدرة الكهربائية

ضرورة الوقوف على تأثيرات البرق على خطوط نقل القدرة الكهربائية:

يمثل البرق حوالي 60 ٪ من جميع عمليات إطلاق خطوط النقل في الصين وختلف أنحاء العالم، كما ويرتبط ارتباطاً وثيقاً بالموسم وكذلك بالمنطقة، وبناءً على العمليات الفيزيائية؛ فإنه يمكن أن تنقسم الفولتية الزائدة من البرق إلى فئتين عريضتين، وهما تلك الناتجة عن الضربة المباشرة للبرج أو سلك الحماية أو الموصل وتلك التي يضرب فيها البرق الأرض بالقرب من الخطوط، مما يؤدي إلى زيادة الجهد على الموصلات.

بناءً على مكان إصابة الخط؛ فإن الفولتية الزائدة من ضربة البرق المباشرة هي أيضاً من نوعين، في الحالة الأولى، يضرب الصواعق نقطة على البرج أو سلك الدرع ويتسبب التيار الناتج في ارتفاع إمكانية الأرض بشكل كبير، وخاصةً عندما يتجاوز هذا الاختلاف في الجهد بين نقطة صاعقة البرق والموصل جهد تفريغ نبضة البرق لعزل الخط، كما يحدث وميض أو انهيار فجوة الهواء.

وعلى النقيض من ذلك، إذا كانت القيمة المطلقة للبرج أو سلك الدرع في لحظة الصواعق أعلى من تلك الخاصة بالموصل؛ فسيكون هناك وميض خلفي في الحالة الثانية، لذلك تكون الفولتية الزائدة الناتجة عن تجاوز البرق لسلك الحماية وضرب الموصل بمثابة إخفاقات في التدريع.

أهمية قياس نظام الحماية من الصواعق على خطوط النقل الكهربائية:

يمكن قياس أداء نظام الحماية من الصواعق باستخدام مؤشرين، وهما مستوى مقاومة البرق ومعدل التعثر المرتبط بالبرق، حيث يشير الأول إلى السعة القصوى لتيار البرق (بالكيلو أمبير) التي يمكن أن يتحملها الخط دون أن يؤدي إلى وميض عازل تحت ضربة صاعقة مباشرة.

لذلك كلما كان ذلك أعلى، كان أداء الخط أفضل، وعلى النقيض من ذلك، يشير معدل التعثر المرتبط بالبرق إلى عدد الرحلات على خط (لكل 100 كيلومتر / سنة) في ظل الظروف القياسية أو بعد تحويله إلى ما يعادل 40 يوماً من أيام البرق في السنة، وبالتالي؛ فإن معدل تعثر البرق هو مؤشر شامل لأداء الحماية من الصواعق للخط.

ونظراً لأنه تم تركيب سلك الحماية على طول خط 110 كيلو فولت وأعلى؛ فقد تم الافتراض على نطاق واسع أن عمليات التعثر المتعلقة بالصواعق على هذه الخطوط ترجع أساساً إلى الوميض الخلفي وكان معدل حدوث فشل التدريع أقل.

حيث تظهر الإحصاءات الأخيرة من الصين عكس ذلك، وقبل بضع سنوات، كان معدل التعثر المرتبط بالبرق على الخطوط حوالي 592 حالة، وبنسبة (68.4 ٪)، وكانت كلها بسبب فشل التدريع، وهناك 269 حالة تعود إلى الوميض الخلفي و 4 لأسباب أخرى.

علاوة على ذلك؛ فقد كانت كل من خطوط (750 كيلو فولت و ± 500 كيلو فولت)، كلها بسبب فشل التدريع، لكن في الواقع، كانت المعدلات المقارنة لفشل التدريع كنسبة من جميع عمليات البرق على خطوط (66 كيلو فولت و 110 كيلو فولت و 229 كيلو فولت و 330 كيلو فولت و 500 كيلو فولت)، وتحديداً في الصين (1.6٪ و 58.4٪ و 76.1٪ و 80٪ و 95.1٪) على التوالي.

كما تشمل التدابير الرامية إلى زيادة مستوى مقاومة الصواعق لخط النقل وتقليل المخاطر المرتبطة بالصواعق ما يلي:

• تقليل مقاومة التأريض للأبراج.

• ضبط زاوية الحماية لسلك الدرع.

• استخدام تصميم تمايز للحماية من الصواعق للأبراج ذات الدائرة المزدوجة.

• تركيب قضبان مانعة للصواعق إضافية أو مانعات تصاعد الخطوط (TLSAs) في المناطق ذات المخاطر الأعلى.

وعلاوة على ذلك؛ فإن استخدام معدات مراقبة الصواعق يساعد في تحديد واستبدال العوازل التالفة في الوقت المناسب، كما أن التعامل مع الوميض الخلفي له تركيز مختلف بشكل واضح عن التعامل مع حالات الفشل في التدريع.

كما إن تقليل المقاومة الأرضية للأبراج فعال للغاية في منع الانزلاق المرتبط بالوميض الخلفي والتدابير الرئيسية لمنع فشل التدريع هي تقليل زاوية حماية السلك الكهربائي أو تركيب المزيد من قضبان الصواعق وموانع الخط.

كما تعتبر مستويات مقاومة البرق لخطوط النقل في حالة فشل التدريع منخفضة، لذلك؛ فإن فشل التدريع المحسوب في تحمل مستويات خطوط النقل (110 كيلو فولت) و (220 كيلو فولت) و (330 كيلو فولت) و (500 كيلو فولت) هي فقط “7 كيلو أمبير و 12 كيلو أمبير و 16 كيلو أمبير و 27 كيلو أمبير” على التوالي.

وفي معظم أنحاء دول شرق آسيا وخاصة الصين؛ فإنه يبلغ احتمال وجود تيار برق يزيد عن 20 كيلو أمبير 59٪ وأن أكثر من 50 كيلو أمبير هو 27٪، وعلى هذا النحو؛ فإنه سيؤدي حدوث فشل التدريع عادةً إلى تعثر الخط وبالتالي يتطلب إيلاء المزيد من الاهتمام لمنعه، خاصةً على خطوط الجهد العالي.

دور مانعات الصواعق في التقليل من مخاطر البرق على خطوط النقل الكهربائية:

يمكن أن تقلل مانعات الخطوط بشكل كبير من عمليات التعثر المرتبطة بالصواعق وقد أثبت تطبيقها العملي فعاليتها بشكل ملحوظ، وخاصةً إذا أمكن تخفيض تكلفتها؛ فمن المحتمل أن يتم استخدامها على نطاق أوسع وفي الوقت نفسه، كما تحتوي خطوط 1000 كيلو فولت من (UHVAC) على سلك درع إضافي مثبت فوق موصل الطور المركزي في الأقسام الحرجة لزيادة أداء التحمل وتقليل حالات فشل الحماية من الصواعق.

ومن المهم أيضاً زيادة مستوى مقاومة الصواعق للعوازل، وذلك نظراً لأن العوازل المركبة توفر مقاومة فائقة لمضة التلوث؛ فإن مسافات العزل الخاصة بها غالباً ما تكون أقصر من تلك الموجودة في خيوط البورسلين أو الزجاج المكافئة، وعلاوة على ذلك، قد يكون مستوى مقاومة الصواعق لحلقة تصنيف العازل المركب منخفضاً نسبياً.

وبالنظر إلى أن مستوى مقاومة البرق لخطوط 110 كيلو فولت منخفض بالفعل؛ فإن التأثير السلبي الصافي على أداء البرق عند تحديد العوازل المركبة يمكن أن يكون كبيراً، حيث لاحظت شركات الطاقة الصينية بالفعل هذه المشكلة ولم تعد مواصفاتها لأطوال العازل المركب تعتمد فقط على أداء وميض التلوث وتأخذ في الاعتبار التأثير على مستوى مقاومة الصواعق.

ومع ذلك، وطالما أن الفجوة الهوائية بين حلقات التدريج للعوازل المركبة لا تقل عن تلك الموجودة على خيوط البورسلين أو الزجاج؛ فلن ينخفض ​​مستوى مقاومة الصواعق في الخط.

أخيراً، أي اعتبار للمخاطر المتعلقة بالصواعق على الخطوط يجب ألا يأخذ في الاعتبار معدل التعثر المرتبط بالبرق فحسب، بل يجب أيضاً مراعاة معدل الفشل بسبب البرق، وخاصةً إذا كان إعادة الإغلاق ناجحاً على خط ضربه البرق؛ فلن ينتج عن ذلك انقطاع في الخدمة.

وبالنظر إلى ذلك؛ فإن تثبيت ثغرات حماية متصلة بشكل متوازي على سلاسل العازل يساعد في الحفاظ على القوس من وميض البرق بعيداً بما يكفي عن السطح لتجنب الانقطاع بسبب العوازل التالفة، حيث أجرى معهد أبحاث الطاقة الكهربائية في بكين بحثاً مكثفاً حول مثل هذه الفجوات ويجب الترويج لهذا الإجراء على نطاق واسع في الصين وكذلك في أماكن أخرى.