Luchtlijn of aardleider

Definitie van Overhead Aarddraad (Aarddraad)

Een overhead aarddraad, ook bekend als aarddraad, is een cruciaal onderdeel van bliksembeschermingssystemen. Het bestaat uit één of meerdere geleiders die boven de hoogspanningslijn zijn geïnstalleerd, strekkend van de ene steunconstructie naar de andere. Deze draden worden zorgvuldig op regelmatige afstanden langs hun lengte aangesloten op de aarde.

De primaire functie van de aarddraad is om directe blikseminslagen te onderscheppen die anders de faseleiders van de hoogspanningslijn zouden raken. Door de bliksemstroom veilig in de grond te leiden, beschermt het de kritieke elektrische geleiders tegen mogelijke schade, waardoor de ononderbroken werking van het elektriciteitsverzendingsysteem wordt gewaarborgd. Het is belangrijk op te merken dat, hoewel de aarddraad zeer effectief is tegen bliksem, hij geen invloed heeft op het verminderen van schakelimpulsen, die worden veroorzaakt door verschillende elektrische verschijnselen binnen het elektriciteitsnetwerk.

Wanneer er een blikseminslag plaatsvindt in het midden van een aarddraad, worden elektrische golven gegenereerd die zich in tegengestelde richtingen langs de lijn voortplanten. Deze golven bereiken uiteindelijk de aangrenzende zendmasten, die ontworpen zijn om de elektrische energie veilig in de grond te geleiden. De effectiviteit van de aarddraad hangt echter af van een cruciale factor: de weerstand tussen de voet van de mast en de aarde moet voldoende laag worden gehouden. Een hoge weerstandswaarde kan de efficiënte afvoer van de bliksemstroom belemmeren, waardoor de beschermende capaciteit van de aarddraad voor de hoogspanningslijn afneemt en mogelijk leidt tot elektrische impulsen en apparatuurschade.

Als de weerstand tussen de voet van de mast en de aarde niet laag is, en de aarddraad of de mast wordt getroffen door bliksem, zal dit een extreem hoge potentiaal veroorzaken. Deze hoge potentiaal kan leiden tot een flashover van de mast naar een of meer faseleiders. Dit verschijnsel staat bekend als back flashover.

Back flashover treedt specifiek op wanneer het product van de stroom van de mast en de impedantie van de mast de isolatieniveaus van de hoogspanningslijn overschrijdt. Om dit risico te verkleinen, is een effectieve benadering om de weerstand van de mastvoet te verlagen. In gebieden met hoge bodemweerstand worden vaak ingeslagen staven en counterpoises gebruikt.

Een counterpoise is een geleider die in de grond is begraven, meestal gemaakt van geëtste staal. Voor een overheadterminal fungeert de counterpoise als een gespecialiseerde aardingsterminal. Zijn rol is om de impulsweerstand van de aansluiting op de aarde te verlagen en de koppeling tussen de aarddraad en de geleider te verbeteren, waardoor de algemene bliksembescherming van het systeem wordt verbeterd.

In hoogspanningslijnen worden twee hoofdtypen counterpoises gebruikt: de parallelle counterpoise en de radiale counterpoise.

Parallelle Counterpoise

De parallelle counterpoise bestaat uit één of meerdere geleiders die ondergronds over de volledige lengte van de hoogspanningslijn zijn gelegd. Deze counterpoisegleiders zijn verbonden met de overhead aarddraad bij elke mast en paal. Deze configuratie helpt om de elektrische stroom tijdens een blikseminslag gelijkmatig te verdelen, waardoor het potentieel voor opbouw van hoge spanningen wordt verlaagd en de kans op back flashover wordt geminimaliseerd.

Radiale Counterpoise

De radiale counterpoise wordt gekenmerkt door een reeks draden die in een radiale patroon vanaf de basis van de mastpoten naar buiten uitsteken. De specifieke hoeveelheid en lengte van deze draden worden zorgvuldig bepaald op basis van twee cruciale factoren: de geografische locatie van de mast en de heersende bodemcondities. Deze variabelen spelen een belangrijke rol in het optimaliseren van de effectiviteit van de counterpoise om de weerstand van de mastvoet te verlagen en de algemene bliksembescherming van de hoogspanningslijn te verbeteren.

Scherming of Beschermhoek

De scherming of beschermhoek wordt gedefinieerd als de hoekmeting tussen de verticale uitlijning van de aarddraad en de fasegeleider die beschermd moet worden. Traditioneel wordt deze hoek gemeten als de hoek gevormd tussen de verticale lijn die door de aarddraad loopt en de lijn die de aarddraad verbindt met de buitenste fasegeleider. Deze hoek dient als een cruciale parameter in het ontwerp en de beoordeling van bliksembeschermingssystemen voor overhead hoogspanningslijnen, omdat hij direct invloed heeft op de mogelijkheid van de aarddraad om blikseminslagen te onderscheppen en de fasegeleiders te beschermen tegen potentiële schade.

Optimalisering van Scherming en Aarddraadconfiguraties

Voor optimale bescherming tegen blikseminslagen in overhead hoogspanningslijnen is het cruciaal om de beschermhoek te minimaliseren. Hoeken die variëren tussen 20° en 30° worden beschouwd als zeer effectief en veilig voor adequate bescherming van fasegeleiders. Ingenieurs vermijden doorgaans het instellen van de beschermhoek boven 40°, omdat dit de efficiëntie van de scherming aanzienlijk vermindert en het risico op directe blikseminslagen op de geleiders verhoogt.

In moderne hoogspanningssystemen, die vaak geleiders met bredere afstanden hebben, is een setup met twee aarddraden de norm geworden. Deze configuratie biedt betere bescherming dan traditionele systemen met één draad. Het gebruik van twee aarddraden verhoogt niet alleen de algehele dekking en onderscheppingscapaciteit tegen bliksem, maar brengt ook verschillende elektrische voordelen met zich mee. Bijvoorbeeld, de impulsweerstand van een systeem met twee aarddraden is lager, wat een efficiëntere afvoer van bliksemgeïnduceerde elektrische impulsen toelaat. Bovendien vergroot de aanwezigheid van twee draden de koppelingswerking tussen de aarddraden en de fasegeleiders. Deze verbeterde koppeling helpt om elektrische ladingen beter te balanceren, waardoor de kans op overspanningen wordt verminderd en de algehele betrouwbaarheid en veerkracht van de hoogspanningsinfrastructuur wordt verbeterd.