Ylämaanjäykä tai maajäykä

Ylöspäin johtavan maajohdon (maajohto) määritelmä

Ylöspäin johtava maajohde, myös tunnettu nimellä maajohde, on merkittävä osa salamansuojajärjestelmiä. Se koostuu yhdestä tai useammasta johtimesta, jotka asennetaan siirtolinjan yläpuolelle, ulottuen tukirakenteesta toiseen. Nämä johdot on huolellisesti maannutettu säännöllisin väliajoin niiden pituuden suhteen.

Maajohden pääasiallinen tehtävä on saada kiinni suorista salamaniskuista, jotka muuten kohdistuisivat siirtolinjan vaihejohtimiin. Ohjaamalla salaman virta turvallisesti maahan se suojelee kriittisiä sähköjohtoja mahdolliselta vahingolta, varmistaa siten sähkönsiirtojärjestelmän keskeytymättömän toiminnan. On tärkeää huomioida, että vaikka maajohde on erittäin tehokas salamia vastaan, sillä ei ole vaikutusta kytkentäsulkuun, joka aiheutuu erilaisista sähköjärjestelmän ilmiöistä.

Kun salamanisku tapahtuu maajohtoa koskien sen keskiosassa, sähköaallot luontuvat ja levitnevät vastakkaisiin suuntiin linjaa pitkin. Nämä aallot lopulta saavuttavat viereiset siirtolinjan tukirakennukset, jotka on suunniteltu ohjaamaan sähköenergia turvallisesti maahan. Maajohteen tehokkuus riippuu kuitenkin avaintekijästä: tukirakennuksen perustan ja maan välisen vastuksen on oltava riittävän pieni. Korkea vastusarvo voi estää salaman virtauksen tehokkaan hajoamisen, heikentäen maajohteen kykyä suojella siirtolinjaa ja mahdollisesti johtamaan sähköisiin surgeihin ja laitevahinkoihin.

Jos tukirakennuksen perustan ja maan välinen vastus ei ole alhainen, ja maajohde tai tukirakenne loukkaantuu salamana, salama aiheuttaa erittäin korkean potentiaalin. Tämä korkea potentiaali voi aiheuttaa sähköiskun tukirakennuksesta yhden tai useamman vaihejohtimeen. Tällaista ilmiötä kutsutaan takaisin sähköiskuksi.

Takaisin sähköisku tapahtuu, kun tukirakennuksen virta ja tukirakennuksen impedanssin tulo ylittää siirtolinjan eristyksenhallinnan. Tätä riskiä voidaan vähentää tehokkaasti pienentämällä tukirakennuksen perustan vastusta. Alueilla, joissa maan vastus on korkea, käytetään yleisesti ajettuja sivuja ja vastustuskykyjä.

Vastustuskyky on maahan upotettu johtaja, yleensä teräksistä valmistettu. Ylöspäin johtavalle päätteelle vastustuskyky toimii erikoisena maapäätteenä. Sen tehtävänä on vähentää maayhteyden surge impedanssia ja parantaa maajohteen ja johtimen välisen yhteysvaikutusta, mikä parantaa järjestelmän kokonaisen salamansuojan suorituskykyä.

Siirtolinjoissa käytetään kahden pääasiallisen vastustuskyvyn tyyppejä: rinnakkaista vastustuskyvyyttä ja radiaalista vastustuskyvyyttä.

Rinnakkaista vastustuskyvyyttä

Rinnakkaista vastustuskyvyyttä koostuu yhdestä tai useammasta maahan upotetuista johtimista, jotka ulottuvat koko siirtolinjan pituudelle. Nämä vastustuskyvyydet on yhdistetty maajohtoon joka tukirakennuksessa ja paalussa. Tämä konfiguraatio auttaa tasaisesti jakamaan sähkövirtauksen salamaniskun aikana, vähentäen korkean jännitteen kasautumisen potentiaalia ja minimoimaan takaisin sähköiskun todennäköisyyttä.

Radiaalista vastustuskyvyyttä

Radiaalista vastustuskyvyyttä on luonnehdittu sarjaksi johtoja, jotka ulottuvat radiaalisesti tukirakennuksen tukipalojen pohjalta. Johtojen määrä ja pituus on huolellisesti määritelty kahden kriittisen tekijän perusteella: tukirakennuksen geografista sijaintia ja vallitsevia maaperhetyyppiä. Nämä muuttujat ovat merkittäviä optimoimalla vastustuskyvyn tehokkuutta vähentää tukirakennuksen perustan vastusta ja parantaa siirtolinjan kokonaisen salamansuojan.

Suojakulma tai suojakulma

Suojakulma tai suojakulma määritellään maajohteen pystysuoran ja suojattavan vaihejohtimen välisen kulmamittauksena. Perinteisesti tämä kulma mitataan maajohteen kautta kulkevan pystysuoran ja maajohteen ulkoisimpaan vaihejohtimeen yhdistävän viivan välisenä kulmana. Tämä kulma toimii olennaisena parametrina siirtolinjan salamansuojajärjestelmien suunnittelussa ja arvioinnissa, sillä se vaikuttaa suoraan maajohteen kykyyn saada kiinni salamaniskuja ja suojella vaihejohtimia mahdolliselta vahingolta.

Suojakulman ja maajohtokonfiguraatioiden optimointi

Optimaalinen suojelu salamaniskuilta siirtolinjoissa edellyttää, että suojakulmaa vähennetään. Kulmat, jotka ovat 20° ja 30° välillä, pidetään erittäin tehokkaina ja turvallisina vaihejohtimien riittävän suojan tarjoamiseksi. Insinöörit yleensä välttävät suojakulman asettamista yli 40°, sillä tämä merkittävästi vähentää suojatehokkuutta ja lisää salaman suoran iskun vaihejohtimiin kohdistuneen riskin.

Nykyisissä korkeajännitteisissä sähköjärjestelmissä, joissa on usein laajempi johtimien välistä etäisyyttä, kahden maajohto -asetelma on tullut normiksi. Tämä konfiguraatio tarjoaa paremman suojan perinteisiin yhden maajohto -järjestelmiin verrattuna. Kahden maajohto -käyttö ei vain paranna yleistä kattavuutta ja salamaniskujen saamista, vaan tuo myös useita sähköisiä etuja. Esimerkiksi kahden maajohto -järjestelmän surge impedanssi on alhaisempi, mikä mahdollistaa tehokkaamman salaman aiheuttaman sähköisen surgein hajoamisen. Lisäksi kahden johtimen läsnäolo lisää maajohtojen ja vaihejohtimien välisen yhteysvaikutuksen. Tämä parannettu yhteysvaikutus auttaa paremmin tasapainoimaan sähkövarauksia, vähentäen entisestään ylikuormituksen todennäköisyyttä ja parantaen korkeajännitteisten siirtolinjojen yleistä luotettavuutta ja kestävyyttä.