Welche Faktoren beeinflussen die Auswirkungen von Blitzschlägen auf 10kV-Verteilungsleitungen

1. Induzierte Blitzüberspannung

Induzierte Blitzüberspannung bezieht sich auf die transiente Überspannung, die in Hochspannungsleitungen entsteht, wenn in der Nähe Blitzeinschläge auftreten, selbst wenn die Leitung nicht direkt getroffen wird. Wenn ein Blitz in der Nähe auftritt, induziert er eine große Menge an Ladung auf den Leitern, die dem Ladungspol im Gewitterwolken entgegengesetzt ist.

Statistische Daten zeigen, dass störungsbasierte Fehler durch induzierte Überspannungen etwa 90% aller Fehler an Verteilungsleitungen ausmachen und damit die Hauptursache für Ausfälle in 10 kV-Verteilungssystemen sind. Studien deuten darauf hin, dass bei einer 10 kV-Leitung, die 10 Meter über dem Boden verläuft und 50 Meter von einem Blitzeinschlag entfernt ist, ein Blitzstrom von bis zu 100 kA induziert werden kann. Ohne angemessenen Blitzschutz kann die resultierende Überspannung Spitzenwerte von bis zu 500 kV erreichen. Wenn die Isolationsstufe der Leitung unzureichend ist, kann diese Überspannung leicht die Isolierung durchschlagen oder sogar zerstören, was zu Durchschlägen oder Leiterausfällen führen kann.

2. Isolationsstufe

Isolationsfehler, insbesondere durch Isolatorenbruch oder -explosion, sind eine weitere wichtige Ursache für Störungen an Verteilungsleitungen. Die Leistungsfähigkeit der Isolatoren bestimmt direkt die gesamte Isolationsstärke einer 10 kV-Verteilungsleitung und beeinflusst somit erheblich die Systemzuverlässigkeit.

Während des langfristigen Betriebs können Isolatoren aufgrund von Umweltverschmutzung, Feuchtigkeit, Alterung oder mechanischem Stress nachlassen. Ohne regelmäßige Inspektion, Wartung oder zeitgerechte Ersetzung kann die Isolationsstufe der gesamten Leitung erheblich abnehmen. Diese Verschlechterung erhöht die Wahrscheinlichkeit von Durchschlägen unter Überspannung, insbesondere während Gewitter, und erhöht das Risiko von Blitzinduzierten Ausfällen weiter.

Daher sind regelmäßige Inspektion und Wartung der Isolatoren unerlässlich, um die kontinuierliche Integrität der Isolation und die Systemsicherheit zu gewährleisten.

3. Installation von Blitzschutzmaßnahmen

3.1 Transformatorschutz

Wenn die Blitzüberspannung mehrere Male die Nennspannung überschreitet, kann sie leicht die Isolierung um den Neutralpunkt des Transformators durchschlagen. In den meisten aktuellen Installationen in China werden Überspannungsbegrenzer in der Regel nur auf der Hochspannungsseite der Transformator installiert, während der Schutz auf der Niederspannungsseite unzureichend ist.

Überspannungsbegrenzer können vor dem Hauptfusssicherung oder auf der Ausgangsseite der Verteilungsleitung installiert werden. Bei der Installation muss der Niederspannungspol des Begrenzers ordnungsgemäß geerdet sein.

Es ist entscheidend zu beachten, dass der Neutralleiter (N-Leiter) nach einem stromgesteuerten Schutzgerät nicht wiederholt geerdet werden darf. Andernfalls könnte das Schutzgerät nicht korrekt arbeiten und das gesamte Schutzkonzept gefährdet sein. Daher sollte die Erdungsleitung des Niederspannungsbegrenzers an das Primärterminal des Neutralleiters des Transformators angeschlossen werden, bevor es wiederholt geerdet wird.

3.2 Mastmontierte Schalter und Trennschalter

Die Installation mastmontierter Leitungsschützer und Trennschalter kann die Zuverlässigkeit und Sicherheit von 10 kV-Verteilungsleitungen erheblich verbessern. In der Praxis fehlen vielen Leitungen jedoch angemessene Blitzschutzmaßnahmen für diese kritischen Geräte. Ohne Überspannungsbegrenzer auf beiden Seiten solcher Schalter sind sie anfällig für Schäden durch Blitzüberspannungen, was zu Geräteschäden und langanhaltenden Ausfällen führen kann.

3.3 Überspannungsschutz für Schaltanlagen und andere Einheiten

Ein 10 kV-Verteilungssystem besteht aus mehreren kritischen Einheiten, einschließlich Schaltanlagen, Kondensatorenbänken und Verteilerkästen. Überspannungsbegrenzer können auf jeder Einheit (kompletter Schutz) oder selektiv nur auf den wichtigsten Einheiten installiert werden.

Während der erste Ansatz höhere anfängliche Kosten mit sich bringt, bietet er erheblich höhere Zuverlässigkeit und Systemresilienz. Die selektive Installation reduziert die Kosten, kann jedoch bestimmte Abschnitte ungeschützt lassen. Die Wahl sollte auf der Grundlage einer Risikoanalyse, der Kritikalität der Last und der lokalen Blitzaktivität erfolgen.