Visoki vodnik ili zemljni vodnik

Definicija vodiča za odvajanje struja (zemljišnog vodiča)

Vodič za odvajanje struja, takođe poznat kao zemljišni vodič, jeste ključan sastavni deo sistema za zaštitu od munja. Sastoji se od jednog ili više vodilaca koji su instalirani iznad prenosne linije, protezajući se od jedne nosačne konstrukcije do druge. Ovi vodiči su metodično zemljeni na redovitim rastojanjima duž svoje dužine.

Primarna funkcija zemljišnog vodiča jeste da prehvati direktna pogodaka munjom koje bi inače ciljale fazne vodiče prenosne linije. Odvajajući struju od munje sigurno u zemlju, štiti važne električne vodiče od potencijalnih oštećenja, omogućavajući nesmetan rad sistema prenosa struje. Važno je napomenuti da, iako je veoma efikasan protiv munje, zemljišni vodič nema uticaja na smanjenje prekidničkih talasa, koji su uzrokovani različitim električnim fenomenima unutar sistema snabdevanja strujom.

Kada se dogodi pogodak munjom na sredini zemljišnog vodiča, generišu se električni talasi koji se šire u suprotnim smerovima duž linije. Ovi talasi konačno stižu do susednih toranjeva za prenos, koji su dizajnirani da bezbedno usmeravaju električnu energiju u zemlju. Međutim, efikasnost zemljišnog vodiča zavisi od ključnog faktora: otpor između podnožja tornja i zemlje mora biti dovoljno nizak. Visoka vrednost otpora može sprečiti efikasno rasipanje struje od munje, smanjujući sposobnost zemljišnog vodiča da štiti prenosnu liniju i potencijalno dovodeći do električnih talasa i oštećenja opreme.

Ako nije nizak otpor između podnožja tornja i zemlje, i ako zemljišni vodič ili tornje bude pogoden munjom, munja će inducirati izuzetno visok potencijal. Ovaj visok potencijal može dovesti do prebacivanja iskre sa tornja na jedan ili više fazijskih vodiča. Takav fenomen se naziva povratna iskra.

Povratna iskra se javlja specifično kada proizvod struje kroz tornje i impedancije tornja premaši nivo izolacije prenosne linije. Da bi se smanjio ovaj rizik, jedan efikasan pristup jeste smanjenje otpora podnožja tornja. U regionima sa viskom otpornosti tla, često se koriste ubodene štapove i kontra-pozice.

Kontra-pozicija jeste vodič zakopan u zemlju, obično izrađen od galvaniziranog čelika. Za nadzemni terminal, kontra-pozicija funkcioniše kao specijalizovani zemljišni terminal. Njen zadatak jeste da smanji talasnu impedanciju zemljišne veze i poveća spajanje između zemljišnog vodiča i vodiča, time poboljšavajući ukupnu efikasnost zaštite od munje sistema.

U prenosnim linijama se koriste dva glavna tipa kontra-pozica: paralelna kontra-pozicija i radijalna kontra-pozicija.

Paralelna kontra-pozicija

Paralelna kontra-pozicija sastoji se od jednog ili više vodilaca postavljenih pod zemljom duž cele dužine prenosne linije. Ove linije kontra-pozicije su povezane sa nadzemnim zemljišnim vodičem na svakom tornju i stubu. Ova konfiguracija pomaže ravnomernom raspodeli električne struje tokom pogodaka munjom, smanjujući potencijal za nastanak visokih napona i minimizirajući verovatnoću povratne iskre.

Radijalna kontra-pozicija

Radijalna kontra-pozicija karakteriše se serijom žica koje se šire u radijalnom obrazcu od baze nogica tornja. Specifična količina i dužina ovih žica su pažljivo određene na osnovu dva ključna faktora: geografske lokacije tornja i prevladavajućih uslova tla. Ovi faktori igraju značajnu ulogu u optimizaciji efikasnosti kontra-pozicije u smanjenju otpora podnožja tornja i poboljšanju ukupne zaštite od munje prenosne linije.

Štit ili zaštitni ugao

Štit ili zaštitni ugao definiše se kao merenje ugla između vertikalne poravnate zemljišnog vodiča i fazijskog vodiča koji zahteva zaštitu. Konvencionalno, ovaj ugao se meri kao ugao formiran između vertikalne linije koja prolazi kroz zemljišni vodič i linije koja spaja zemljišni vodič sa najudaljenijim fazijskim vodičem. Ovaj ugao predstavlja ključni parametar u dizajnu i proceni sistema za zaštitu od munje nadzemnih prenosnih linija, jer direktno utiče na sposobnost zemljišnog vodiča da prehvati pogodake munjom i štiti fazijske vodiče od potencijalnih oštećenja.

Optimizacija štitnih i zemljišnih konfiguracija vodiča

Za optimalnu zaštitu od pogodaka munjom nadzemnih prenosnih linija, ključno je smanjiti zaštitni ugao. Uglovi u opsegu od 20° do 30° smatraju se veoma efikasni i sigurni za pružanje adekvatne zaštite fazijskim vodičima. Inženjeri obično izbegavaju postavljanje zaštitnog ugla iznad 40°, jer to značajno smanjuje efikasnost štita i povećava rizik od direktnih pogodaka munjom na vodiče.

U savremenim sistemima visokog napona, koji često imaju šire razmak između vodiča, dvovodična konfiguracija zemljišnog vodiča postala je standard. Ova konfiguracija pruža superiornu zaštitu u poređenju sa tradicionalnim sistemima sa jednim vodičem. Korišćenje dva zemljišna vodiča ne samo što povećava ukupnu pokrivenost i mogućnosti prehvaćanja pogodaka munjom, već donosi i nekoliko električnih prednosti. Na primer, talasna impedancija dvovodičnog zemljišnog sistema je niža, što omogućava efikasnije rasipanje talasa induciranih munjom. Takođe, prisustvo dva vodiča povećava efekat spajanja između zemljišnih vodiča i fazijskih vodiča. Ovaj poboljšani efekat spajanja pomaže boljoj balansiranosti električnih nabojki, dodatno smanjujući verovatnoću prekomernih napona i poboljšavajući ukupnu pouzdanost i otpornost infrastrukture za prenos visokog napona.