Мълниезащита на електроенергийни съоръжения

Според класификацията, заложена в групата стандарти за мълниезащита БДС EN-62305, различните видове щети и съответните им загуби, предизвикани от преки и непреки въздействия на мълнии върху електроенергийни обекти, могат да се идентифицират като:

- Загуба на човешки живот или поразяване на добитък в резултат от крачно и допирно напрежение.

- Загуба на човешки живот в резултат на възникнал пожар и други физически щети.

- Преки икономически загуби от повреда на сгради и оборудване в резултат от пожар, необратим пробив на изолацията, термични и електродинамични ефекти от протичане тока на мълнията.

- Загуба на услуга (прекъсване на електрозахранването) в резултат от кратковременно изключване или в резултат на трайни физически щети.

- Загуба на услуга в резултат от отказ на системи за управление и защита при въздействие на електромагнитен импулс.

Съответно, мерките за мълниезащита съставляват комплекс, предназначен да осигури свеждане до минимум на всеки един тип загуби.

Особености на мълниезащитата

Различните елементи на електроенергийните системи имат различна степен на чувствителност към въздействието на мълнията.

Основна особеност на електроенергийните обекти е наличието на дълги подземни или въздушни електропроводни линии, изложени на директно или индиректно попадение на мълния с голяма вероятност, особено по отношение на въздушните линии. Защита, която да отвежда токовете на мълния по цялото протежение на линиите по такъв начин, че да елиминира изцяло въздействието им, е практически неосъществима. Въздушните електропроводни линии обаче, сами по себе си са най-малко уязвими при попадение на мълния. Пробивите в изолацията на въздушни линии обикновено се самовъзстановяват непосредствено след изключване на линията. Така основният дял на рисковете от щети от въздействие на мълния представляват пренапреженията, внасяни по електропроводните линии, в по-чувствителните елементи на електроенергийните обекти.

Относително най-чувствителни към импулсни пренапрежения са електрическите машини и системите с ниски напрежения, особено електронните. При тези съоръжения съществува реална опасност превишаването на максимално допустимите импулсни пренапрежения да доведе до трайна и необратима повреда. Ето защо при мълниезащитата на електроенергийни обекти, освен защита от пряко попадение на мълния чрез улавянето и отвеждането й към земята, задължително присъства и второ ниво на мълниезащита - ограничаване на пренапреженията до нива, безопасни за използваното оборудване. Също така може да се говори и за трето ниво на защита - защита на инсталациите за ниско напрежение и веригите за управление и защита в електроенергийните обекти от пренапрежения по изходящите линии и от електромагнитни импулси. Доколкото защитата от това трето ниво се изпълнява по точно същия начин, както при всички други битови, обществени и промишлени обекти, тя не е обект на разглеждане в тази статия.

Мълниеносната дейност има стохастичен характер, а процесите, свързани с въздействието на мълнията върху елементите на електроенергийните системи, са сложни за точно математическо описание. Поради това при описанието на явленията и при оразмеряването на мълниезащитата неизменно присъстват вероятностен елемент и обобщени емпирични формули. Общо казано, съществуват два подхода към проектирането на мълниезащита на електроенергийни съоръжения:

Прилагане на типови решения. Те са разработени на база на статистическа информация, измервания и теоретични изследвания. За прилагането на тези решения е необходимо да се вземат предвид конструктивните особености на системата и параметрите на нейните елементи, съпротивлението на почвата в различните й участъци, географската статистика за мълниеносната дейност и други фактори. Такива типови решения присъстват както в каталозите на производители на оборудване, така и в българската нормативна уредба. Наредба 3 за устройството на електрическите уредби и електропроводните линии съдържа изчерпателен комплекс от изисквания за проектиране на заземителни инсталации, мълниезащита и защита от пренапрежение на всички видове електропроводни линии и електрически уредби, които се изграждат у нас.

Анализ на конкретния обект. Анализът трябва да включва определяне на вероятността от попадения на мълнии, идентифициране на чувствителното оборудване, амплитудата и формата на пренапреженията във функция от времето в точките на присъединяване на такова оборудване, разработване на математически модел на електрическото поле в зоната на заземителите и др.

При внимателно прилагане на типовите решения на производителите на оборудване и/или нормативните изисквания и съобразяване с конкретните условия на обекта, първият подход обезпечава достатъчно надеждна защита. При втория подход могат да бъдат реализирани икономии на капиталовложения, но той предполага използването на сложен математически апарат и разработване на софтуерни модели. Ето защо прилагането му обикновено е в сферата на дейност на научни институти и изследователски лаборатории към фирмите производители на оборудване, както и при разработването на уникални проекти.

Характеристики на мълнията

Физиката на възникване и разпространение на мълниите е добре известна. Тук ще припомним само някои основни факти, имащи пряко отношение към темата.

Поведението на мълнията по време на разряда през поразения обект към земя може да бъде описано като източник на ток, чиято амплитуда зависи от големината на електростатичното поле и не зависи от съпротивлението на проводниците и почвата. Разрядът протича във вид на единичен импулс или серия от импулси.

В резултат от статистически проучвания се е стигнало до приемането на стандартизирани амплитуди 100 kА (с вероятност 5% да бъдат превишени) и 200 kА (с вероятност 1% да бъдат превишени). Стандартизираната форма на импулса на мълнията, използвана при тестове и разчети, е единичен триъгълен импулс с времетраене на предния фронт 2 ms и време за затихване до 50% от амплитудата - 50 ms.

Ефект от директно попадение върху проводник на въздушна линия

Вероятността за попадение на мълния върху проводник на въздушна линия (ВЛ) зависи основно от средната височина на окачване (т. е. от номиналното напрежение на линията) и от интензивността на мълниеносната дейност за дадения регион. За линии средно и високо напрежение тази вероятност съставлява няколко десетки попадения на 100 km линия годишно при интензивност от 60 часа годишно, каквато е средната за България.

При попадение на мълния върху фазов проводник токът на мълнията се разпространява в двете посоки (т. е. разделя се на две) - фиг.1а. Тогава максималното напрежение, на което е подложен проводникът е u(t)=1/2Z .i(t), където Z е вълновото съпротивление на линията, приблизително равно на корен квадратен на отношението индуктивност/капацитет към земя на линията, и е от порядъка на 300-500 W. Формата на импулса на пренапрежението повтаря формата на импулса на тока на мълнията. Импулсът се разпространява по линията със скорост от порядъка на скоростта на светлината. При достигане до изолаторна верига, в зависимост от големината на тока на мълнията, респективно големината на пренапрежението, определено по горната формула и изолационната якост на изолатора, която пък е в зависимост от номиналното напрежение на линията, може да настъпи пробив на изолацията към земя.

Токът, при който се получава пробив на изолацията за линия с дадено номинално напрежение, се нарича “критичен ток”. Критичният ток за линии 400 kV е от порядъка на 8.5 А. Това е стойност, която се надвишава при около 90% от падащите мълнии. Практически 100% от мълниите имат ток, по-голям от критичните токове за линии с номинално напрежение 110 kV или по-ниско. След пробива вълната се разпространява нататък, като амплитудата й спада до големината на остатъчното напрежение в мястото на пробива, но има много стръмен фронт - т. нар. срязана вълна.

Пробивът на изолацията при протичането на тока на мълнията може да доведе (в около 70% от случаите при линии 20 и 110 kV и до почти 100% за линии 220 kV и повече) до възникване на стабилна дъга, захранвана от работното напрежение на линията. В такъв случай се получава пълно земно съединение, което се изключва от защитата на линията.

Ефект от попадение на мълния върху стълб на въздушна линия

От общия брой попадения на мълнии по дължината на една ВЛ, незащитена с мълниезащитно въже, около 55% попадат върху стълбовете, а 45% - върху фазов проводник.

При попадане върху стълб, токът, протичащ към земята, създава пад на напрежение U=Ri+Ldi/dt, където R e импулсното съпротивление на заземлението на стълба, а L - индуктивното му съпротивление - фиг.1б.

Когато това напрежение надмине изолационната якост на изолаторна верига, се получава т. нар. обратен пробив, при който част от тока, вместо към земята, се разпространява в двете посоки по фазните проводници, предизвиквайки вълна на пренапрежение.

Ефект от попадение на мълния върху мълниезащитни въжета

Защитата от пряко попадение на мълния на въздушни линии с напрежение 110 kV и повече значително се подобрява при използване на мълниезащитни въжета, заземени посредством конструкцията на стълбовете. Оптималният ъгъл на защита между въжето и най-външния проводник на линията (фиг. 2) е между 20 и 30 градуса, в зависимост от геометрията на стълбовете. При използване на едно мълниезащитно въже разпределението на вероятностите за попадение на мълния върху него и стълб е около 65:35, а при две мълниезащитни въжета - 80:20.

При попадане на мълния върху мълниезащитен проводник, по него се разпространява вълна в двете посоки от точката на попадение по същия начин, както това става при попадение върху фазов проводник. При достигането на вълната до стълб, падът на напрежение U=1/2Ri+1/2Ldi/dt, възникнал при протичането на тока на мълния към земя може да предизвика обратен пробив - фиг. 1в. Предвид изолационните характеристики на изолаторите за различни нива на напрежение, вероятността за възникване на обратен пробив при линии 220 kV и повече е много малка. Обратно - при линии 20 kV практически всяко попадение води до пробив. Поради това употребата на мълниезащитни въжета при линии средно напрежение е нискоефективна и се прилага в редки случаи.

Линии 110 kV се защитават с мълниезащитно въже, но ниското съпротивление на заземление на стълбовете има решаващо значение за намаляване пада на напрежение върху стълба, а оттам - върху ефективността на мълниезащитата. Мълниезащитните въжета на линии 110 и 220 kV задължително се заземяват на всеки стълб, докато българската нормативна уредба (Наредба 3) допуска за линии 400 kV заземяване на въжето само веднъж на всяко опъвателно поле и окачването му на изолатори с паралелно монтирани разрядници на останалите стълбове.

Зоната на защита на едно въже и дори на линия с две въжета не е пълна. Мълнии с малка интензивност могат да достигнат фазен проводник, "провирайки се" под въжето. Въпреки това, при правилно подбран ъгъл на защита и провес на мълниезащитния проводник, такива мълнии имат толкова малък ток, че не се стига до обратен пробив. Същото се отнася и до мълнии, попадащи в земята в непосредствена близост до линията, защитена с мълниезащитно въже.

Ефект от попадение на мълния в близост до електропроводна линия

При попадане на мълния в земята токът на разряда, който изтича към земята, предизвиква електромагнитно поле с много голям градиент, което бързо затихва. В резултат в линията - било въздушна или подземна, се индуцира вълна на пренапрежение, сходна на тази, която се получава при пряко попадение.

Докато пробивите в изолацията на въздушните линии обикновено се самовъзстановяват, то пренапрежения в кабелите над максималното им импулсно напрежение водят или до незабавен пробив и невъзстановима повреда, или до драстично влошаване качествата на изолацията, скъсяващо живота на кабела.

Защита на закрити и открити уредби от директно попадение на мълния

Мълниезащитата на сгради, в които се помещават електроенергийни съоръжения, се осъществява по обичайния за всички сгради начин - посредством прътови или мрежови мълниеприемници. Изгражда се една заземителна уредба, която служи както за целите на мълниезащитата, така и за заземяване на неутралата и за изравняване на потенциалите. Защитата от крачни и допирни напрежения вътре в сградата се постига сравнително лесно, като се прилага всеобхватно изравняване на потенциалите на елементите от строителната конструкция и корпусите на съоръженията.

Мълниезащитата на електроенергийни съоръжения, разположени на открито (електроенергийни подстанции, фотоволтаични уредби), се осъществява чрез прътови мълниеприемници. В уредби с напрежение 220 kV и по-високо, прътовете се разполагат върху порталите, които служат и като токоотводи. При уредби 110 kV прътовете могат да се монтират на порталите само ако специфичното съпротивление на почвата е до 1000 W/m. В противен случай падът на напрежение в заземлението на конструкцията при протичане на тока на мълнията може да достигне стойности, по-високи от пробивното напрежение на изолаторите на фазните проводници и да се получи обратен пробив. По същите причини мълниеприемни прътове не се монтират върху конструкциите на съоръжения с напрежение под 110 kV. В такива случаи мълниезащитата се изпълнява чрез отделностоящи прътове.

По правило се изгражда една обща заземителна система, която служи едновременно за целите на мълниезащитата, за заземяване на неутралата и за изравняване на потенциалите. Когато обаче не може да се осигури отвеждане на токовете на мълнията в точка, достатъчно отдалечена от заземлението на трансформатор или реактор (най-чувствителните към пренапрежение елементи на една открита уредба), в тези устройства могат да се внесат опасно високи пренапрежения. В такива случаи се прибягва до заземяване на мълниеприемника към отделен, изолиран заземител.

Заземителните уредби на открито разположените електроенергийни съоръжения се изпълняват във вид на подземно разположена хоризонтална мрежа и свързани към нея вертикални заземители. Оразмерителните условия са осигуряване на съпротивление под максимално допустимото и максимално равномерно разпределение на електрическото поле. Критерий за това е постигане на максимални крачни и допирни напрежения под допустимите стойности. При това, за уредби високо напрежение със заземена неутрала, оразмерителният ток е този на земно съединение, а не токът на мълнията, а изискванията за максимално допустимо съпротивление на заземяване на неутралата също са по-високи от нормативните изисквания за мълниезащитно заземление.

При свързването на токоотводите на мълниезащитата към заземителната уредба се предприемат мерки за разпределянето на тока на мълнията по повече от един лъч на заземителната уредба и по разположени в близост вертикални заземители с цел максимално изравняване на градиента на електромагнитното поле около заземителя. Така се постига както намаляване на потенциално опасните крачни напрежения, така и намаляване на пренапреженията, внасяни в чувствителното оборудване. При отделностоящи мълниеотводи се спазва минимално изолационно разстояние до тоководещи части с цел предотвратяване на разряд между мълниеприемник/токоотвод и тоководещите части на електрическата уредба.

Защита на въздушни линии от пряко попадение на мълния

Както стана дума по-горе, мълниезащитното въже е безусловно ефективно и задължително за линии с напрежение 220 kV и повече, и препоръчително и практически често използвано за линии 110 kV.

При разпространението си по проводника, благодарение основно на възникващия корона-ефект, вълната на пренапрежението затихва, като се намаляват както амплитудата й, така и стръмността на предния фронт. Затова вълните на атмосферни пренапрежения, породени в места, достатъчно отдалечени от подстанцията, не представляват опасност за оборудването. За безопасни се считат разстояния, по-големи от 2 km за линии 110 kV и 4 km за линии 400 kV. Ролята на мълниезащитното въже в участъците на линията извън тези периметри е основно в намаляване на случаите на пробив на въздушната изолация и последващо сработване на защитите на линиите.

Вътре в зоните на подходите към подстанцията обаче, въжето има роля също и в пряката защита на оборудването от пренапрежения. Затова изискванията към мълниезащитата в зоната на подходите са особено високи. Мълниезащитните въжета се заземяват на всеки стълб, независимо от вида на линията, а заземителните съпротивления на стълбовете трябва да бъдат малки. Линии 110 kV, за които се допуска в определени случаи (терени с високо земно съпротивление, ниска мълниеносна дейност в района) да не бъдат изцяло защитени с мълниезащитно въже, също се снабдяват с такова в зоната на подхода. Начинът на заземяване на мълниезащитното въже в участъците от линиите извън подходите бе коментиран по-горе.

Пряката защита на въздушни линии с напрежение 20 kV и по-ниско, включително електропреносни линии ниско напрежение, се ограничава до заземяване на стоманорешетъчните и железобетонните стълбове и арматурата. При наличие на PEN проводник (мрежи със заземена наутрала), той се заземява на всеки стълб. Същите мерки се прилагат и за въздушни кабелни линии ниско напрежение. Неутралният проводник се заземява чрез скоби, перфориращи изолацията на кабела.

Следва да се отбележи, че наличието на сгради, дървета и други високи обекти в местата, където обикновено се срещат въздушни линии ниско напрежение, рискът от попадение на мълния е значително редуциран.

По-нататъшно ограничаване на разпространението на вълни на пренапрежение по линиите може да се постигне с инсталирането на устройства за ограничаване на пренапреженията паралелно на изолаторите или вместо изолатори. По този начин, при достатъчно гъсто разполагане на защити от пренапрежение, може да се постигне и пълна защита, но това е икономически неоправдано. На практика такива устройства могат да се поставят на отделни стълбове, където в резултат от експлоатацията е установено, че се случват чести попадения на мълнии.

Автоматично повторно включване (АПВ)

Както бе споменато, в повечето случаи пробивът в изолацията на ВЛ в резултат от попадение на мълния води до възникване на трайна дъга и последващо сработване на релейната защита на линията. Но също така, най-често след изключването, изолацията незабавно се самовъзстановява. Това прави използването на АПВ изключително ефикасно средство за избягване на продължителна загуба на електрозахранване в резултат от попадение на мълния върху линия, особено за линии 20 kV, където практически няма възможност за избягване на пробив в изолацията. По статистически данни АПВ на линии 20 kV е успешно в около 95% от случаите, а на 400 kV - в около 75% от случаите.

Защита на подземни кабелни линии

Подземните кабелни линии са подложени на значителен риск от индиректно попадение на мълния, особено в открити райони.

Защитата на самите кабели, както и редуцирането на пренапреженията, предавани от тях към електрооборудването, се осъществява посредством заземяване на екраните им. Незаземен екран не допринася практически с нищо за мълниезащитата. Екран, заземен само в една точка, допринася донякъде за елиминиране на електростатичното влияние, но не спира пренапреженията, индуктирани във фазовите проводници по електромагнитен път. Единствено екрани, заземени от двете страни, осигуряват ефикасна защита на кабела от индуктираните пренапрежения.

Основната причина екраните на някои кабели да се заземяват само в една точка е, че по този начин се избягва протичането на токове, индуктирани в нормален режим от фазовите проводници в екрана. Тези токове увеличават нагряването на кабела и съответно се намалява токопреносната му способност. Друга причина би могла да бъде избягването на пренасяне на потенциал на една заземителна уредба към друга. В такива случаи изходът е свързване към земя на незаземения край на екрана през разрядник, който не провежда ток в нормално състояние, а пробива само в случай на възникване на пренапрежение. Също така е добра практика отделните заземителни уредби да бъдат свързвани помежду си с цел изравняване на потенциалите.

Наредба 3 обаче директно изисква за кабелни линии с напрежение над 1000 V броните, металните обвивки, екраните на кабелите, както и металните конструкции, по които са положени, да се заземяват от двата края. Токопреносната способност на кабела следва да се избира в съответствие с тези условия. При по-дълги кабели се прилагат различни техники за намаляване на токовете, протичащи в екраните в нормален режим - транспозиция на кабелите, транспозиция на екраните и т. н.

Изтеглянето на кабел в стоманена тръба, заземена от двата края, има много добър защитен ефект. Тази техника е удачно да се използва при въздушни подходи на кабели в електрическите уредби.

Защита от пренапрежения по изходящите линии

За целта се използват два основни типа устройства - разрядници и вентилни отводи.

Разрядниците са най-старият тип защита от пренапрежение. Техният принцип на действие се основава на възникване на разряд в искрова междина между два електрода при покачване на напрежението между тях над определен праг. Наред с ниската си цена и лесно обслужване, разрядниците с искрова междина имат и някои сериозни недостатъци:

- прагът на сработване е в доста широки граници, като при това зависи и от атмосферните условия;

- наблюдава се дисперсия до 40%;

- прагът на сработване и времето за сработване намаляват с намаляване амплитудата и стръмността на фронта на вълната на пренапрежение, подлагайки по този начин защитаваното оборудване на по-голямо вредно въздействие;

- срязаната вълна, която се разпространява след разрядника, има много стръмен фронт, което увеличава риска за повреда на защитаваното оборудване;

- дъгата, която възниква при сработване на разрядника, най-често се развива в устойчива дъга, подхранвана от работното напрежение и довежда до сработване на релейната защита; в резултат, в най-добрия случай се стига до успешно АПВ.

Най-използваните и с най-добри качества устройства са вентилните отводи. Те представляват колонки от последователно съединени варистори от цинков окис. Тяхното съпротивление силно зависи от приложеното напрежение - няколко MW при работно напрежение до няколко W при напрежения, надвишаващи нивото на защита на вентилния отвод.

Благодарение на мерките за първична защита - монтиране на мълниезащитни въжета и заземяване на стълбове, при което токът на мълнията се разпределя по различни пътища към земята, както и на естественото затихване на вълната по протежение на линията, вълната на пренапрежението, достигаща електрическите уредби, е значително по-слаба, отколкото пълната вълна в точката на попадане на мълнията. Статистически, максималните амплитуди на пренапрежението и тока на мълнията имат следните порядъци на входа на електрическата уредба:

20 кV: <150 кV, <1 kA

110 kV: ~600 kV, ~2.6 kA

220 kV: ~1000 kV, ~5.7 kA

400 kV: ~2000 kV, ~15 kA

Стандартът БДС EN 60099-4 определя стандартни тестови импулси за комутационни и атмосферни пренапрежения за вентилните условия. Тестовият импулс за атмосферно пренапрежение има триъгълна форма с времетраене на предния фронт 8 ms и време за затихване до 50% от амплитудата - 20 ms. Стандартът разделя вентилните отводи на 5 категории (Line discharge class) с различна максимална енергия, която може да се освободи в отвода в режим на провеждане. Максималният импулсен ток, провеждан през отводи от класове 1-3, е определен от стандарта на 10 kА, а този за класове 4 и 5 - 20 kА.

Препоръчителните класове вентилни отводи за различни нива на напрежение са, както следва:

Ј110 kV: Клас 1

220 kV: Клас 1-2

400 kV: Клас 3

750 kV: Клас 4-5

Нивото на защита на вентилния отвод е равно на големината на остатъчно напрежение в режим на провеждане. Съвременните устройства обезпечават ниво на защита до около (2,0ё2,2)Ц2Uн. Съществен елемент от избора на вентилен отвод е обезпечаване на ниво на защита, по-високо от максимално допустимото издържано импулсно напрежение на защитаваната апаратура, с коефициент на сигурност не по-малък от 1,25 (координация на изолацията).

Допустимо е използване на два вентилни отвода един след друг за снижаване на пренапрежението на клемите на защитаваното съоръжение под допустимата граница - например един на входа на линията в уредбата или на последния стълб преди входа и един - непосредствено пред силовия трансформатор.

Освен коментираните по-горе характеристики, при избора на вентилен отвод следва да се има предвид и номиналното му напрежение. Вентилният отвод трябва да може да издържа максималното напрежение на линията в работен и авариен режим. Последното се оценява на първо място в зависимост от начина на заземяване на неутралата и времетраенето на земно съединение. Така например, при ефективно заземена неутрала и времетраене на земното съединение до 1 s се препоръчва Un.воі0,8Un.линия, а при компенсирана неутрала и времетраене на земното съединение до 2 часа - Un.воі1,25Un.линия. При по-прецизен избор следва да се вземат предвид също така и други източници на продължително повишаване на напрежението с промишлена честота: напрежението в края на дълга ненатоварена линия, максимално напрежение на изводите на генератор и други, при които може да се наложи избор на вентилен отвод с по-високо номинално напрежение.

От изключително значение е намаляването до минимум на разстоянието между точките на присъединяване към линията на вентилния отвод и на защитаваното съоръжение.

Отдалечаването на вентилния отвод от защитаваното съоръжение (по дължината на ошиновката) драстично увеличава пренапрежението върху клемите на съоръжението. Това се дължи на процесите на отражение на вълната, които протичат при импулсните пренапрежения.

В точка, където става промяна на вълновото съпротивление от Zлиния към безкрайност (отворена линия), се получава пълно отражение на вълната без промяна на полярността й. Случаят с достигане на вълна до трансформатор или реактор е близък до този граничен случай, тъй като вълновите съпротивления на тези съоръжения са много по-големи от тези на линиите.

В точка, където вълновото съпротивление се променя към нула, става пълно отражение с промяна на полярността на вълната. Случаят с достигане на вълната до клемите на вече задействан вентилен отвод е близък до този, тъй като неговото съпротивление е малко.

Така, въпреки че минавайки през точката на присъединяване на вентилния отвод, амплитудата на първоначалната вълна се намалява до стойността на остатъчното напрежение на отвода, при клемите на защитаваното устройство първоначалната и отразената вълна се сумират и стойността на напрежението се удвоява. При това процесът на нарастване на напрежението на клемите на устройството не е мигновен, а протича със скоростта на нарастване на фронта на вълната (стръмността). Ако фронтът е достатъчно полегат, а вентилният отвод - достатъчно близо, преди напрежението да стигне до удвоената стойност на остатъчното напрежение, отразената вълна ще е стигнала до отвода, ще се е отразила обратно от него, но с обратен знак и ще се е върнала на клемите на устройството, като по този начин ще намали стойността на напрежението там.

Математически изразено, ако времето Т за нарастване на напрежението от 0 до Uост е равно или по-малко от удвоеното време t за пропътуване на вълната от клемите на вентилния отвод до клемите на защитаваното устройство, напрежението на тези клеми ще достигне 2 Uост.

При T>2t, напрежението на изводите на защитаваното устройство е Uустр = Uост(1+2t/T)=Uост(1+2D/Tu), където D e разстоянието между клемите на вентилния отвод и защитаваното устройство, а u е скоростта на светлината. От тази формула, при дадени защитно ниво на вентилния отвод и максимално допустимо импулсно напрежение на защитаваното устройство, както и при стандартна стръмност на фронта на вълната (T), може да се изчисли максимално допустимото за случая разстояние D.

При опроводяването на вентилните отводи трябва да се минимизира падът на напрежение в съединителните проводници между отвода и защитаваното съоръжение откъм страната на фазата и откъм страната на заземлението, защото този пад се добавя върху остатъчното напрежение. Правилното свързване е свързване на защитаваното устройство и вентилния отвод чрез отклонения от обща точка на фазния проводник на линията.

По правило (както е предписано в наредба 3) с вентилни отводи се защитават:

- намотките НН на трансформатори с напрежение 20/0,4 kV, от които се захранват въздушни линии НН;

- намотките 20 kV на трансформатори с напрежение 20/0,4 kV, които са присъединени към въздушни линии директно или посредством кабелни преходи;

- намотките СрН (6 kV, 10 kV и 20 kV) на трансформатори ВН/СрН (двунамотъчни или тринамотъчни), от които се захранват въздушни, кабелни или смесени мрежи, както и закрити уредби на подстанции;

- намотките на трансформатори (автотрансформатори) с номинално напрежение, по-високо от 20 kV;

- намотките на трансформатори, към които са присъединени генератори;

- шунтовите реактори;

- електрическите двигатели, присъединени директно към ВЛ; за защита на изолацията между навивките на двигателите могат да се присъединят кондензатори в паралел на вентилните отводи с капацитет 2,0 mF на фаза;

- по продължение на ВЛ 110 kV и по-високо при доказване необходимостта чрез конкретно изследване на базата на аварийната статистика;

- на прехода "въздушна линия - кабел" към ЗРУ или КРУ;

- на неизползвани намотки на трансформатори и автотрансформатори и съобразно заводските предписания.

Следва да се отбележи, че самите трансформатори са много добри филтри на пренапрежения, като пропускат не повече от 10% от амплитудата от едното ниво на напрежение към другото.