גל ברק: הסבר קצר
גל ברק, במילים פשוטות, מתייחס להשפעה המיידית על ציוד חשמלי הנגרמת על ידי המתח והזרם האינטנסיביים הנוצרים במהלך פריקת ברק. המאפיין המרכזי שלו הוא 'פרץ מיידי של אנרגיה' - בדומה לקרע פתאומי של צינור מים בלחץ גבוה-, שבו כוח הפגיעה פוגע בצינור. באופן דומה, גל ברק מאיים על הבטיחות של ציוד חשמלי-במתח גבוה, והוא מהווה את אחת הסכנות הטבעיות הנפוצות ביותר בשדה החשמלי-המתח הגבוה.
ברק מייצג ביסודו נטרול של מטענים חשמליים בין עננים או בין עננים לאדמה. חיכוך בתוך שכבות ענן צובר מטענים חיוביים ושליליים משמעותיים. כאשר הפרש המטען מגיע לסף קריטי, הוא פורץ באוויר ויוצר תעלת פריקה, משחרר באופן מיידי אנרגיה עצומה ויוצר את גל הברק. מאפייני הליבה שלו כפולים: ראשית, מתח גבוה במיוחד (המגיע למיליוני או אפילו עשרות מיליוני וולט); שנית, משך זמן קצר ביותר (תהליך הזינוק נמשך רק כמה מיקרו-שניות עד עשרות מיקרו-שניות, שווה ערך לעשר-אלפית השנייה אחת). גל "קצר משך זמן, אנרגיה גבוהה" הוא הגורם המרכזי הגורם לנזק לציוד. גל ברק=מתח גבוה מיידי + זרם גבוה מיידי. הוא פולש לציוד חשמלי דרך מסלולים כמו מוליכים ומעטפי ציוד, מתפשר על מבני בידוד ועלול להפוך את הציוד לבלתי שמיש או לעורר תאונות.
II. תרחישי יישומים ראשיים
ההשפעה של עליות ברק מתרכזת בעיקר בסביבות חשמליות חיצוניות ובמתח גבוה-. בהתחשב במגע פוטנציאלי עם ציוד כגון GIS ושנאים, תרחישים אלה מסווגים לארבעה סוגים שונים:
1. קווי שידור במתח גבוה- חיצונית: זהו התרחיש הנפוץ ביותר לפגיעות ברק. כאשר ברק פוגע בקו, מתח הנחשול מתפשט במהירות לאורך המוליך, פולש ישירות לתחנות משנה ומאיים על ציוד ליבה כגון GIS, שנאים ומפסקי חשמל. תקלות קלות עלולות לגרום למעידה של ציוד, בעוד שמקרים חמורים עלולים להוביל להתמוטטות בידוד.
2. אזורי תחנות משנה חיצוניות: פסים, בולמי נחשולי מתח וציוד אחר המותקן בחוץ בתוך תחנות משנה, אם לא מוגנים בצורה מספקת, עלולים לסבול מכות ברק ישירות או מתחי נחשול. הדבר עלול לגרום נזק לרכיבים פנימיים, לשבש את פעולת תחנת המשנה כולה ולגרום להפסקות חשמל אזוריות.
3. חדרי חלוקה ומעגלי מתח נמוך-: נחשולי ברקים יכולים לחדור למעגלי מתח נמוך- באמצעות 'אינדוקציה'. לדוגמה, כאשר נפגעים קווים חיצוניים, מתחי נחשול עלולים להיגרם דרך כבלים לתוך חדרי החלוקה, לגרום נזק למיתוג, למפסקים, ואפילו להשפיע על ציוד חשמלי פנימי. לעתים קרובות מתעלמים מתרחיש זה אך טומן בחובו סיכון משמעותי.
4. בדיקה במפעל של ציוד-מתח גבוה: זה מייצג גישה פרואקטיבית להפחתת גל ברק. תקני התעשייה מחייבים ששנאים, GIS (Gas Insulated Switchgear) וציוד מתח גבוה-אחר יעברו 'בדיקות דחף ברק' לפני עזיבת המפעל. בדיקות אלו מדמות תנאי גל ברק אמיתיים כדי לוודא אם ביצועי הבידוד של הציוד עומדים במפרטים, ובכך למנוע מציוד שאינו תואם להיכנס לשירות.
III. נקודות עיקריות מעשיות
1. הגנת ברק מפורטת עבור ציוד GIS: למרות שציוד GIS כולל מבנה אטום עם תכונות בידוד מעולות, נחשולי ברק עדיין עשויים לחדור דרך יציאות קו נכנסות או המתחם. הגנת ליבה מתמקדת ב'מיגון סגור בשילוב עם הסחת זרם מדויקת'. ראשית, יש להתקין מעצורי מתח תחמוצת אבץ (המתאימים ביותר ליישומי מתח גבוה-) בהזנת GIS-בתותבים. מוליכים ההארקה שלהם חייבים להיות מחוברים בצורה מהימנה הן למתחם ה-GIS והן לרשת ההארקה הראשית של תחנת המשנה, מה שמבטיח שזרמי גל ברק יופנו במהירות אל מתחת לאדמה כדי למנוע התמוטטות בידוד תותבים. שנית, מארז ה-GIS דורש חיבור מקיף של שוויון פוטנציאל, המשלב את כל המארזים והתומכים במפרץ לתוך רשת ההארקה. זה מונע הבדלים פוטנציאליים בין מתחמים במהלך פגיעות ברק, מה שעלול לגרום לנזק מכת נגד לרכיבים פנימיים. לבסוף, במהלך בדיקות תקופתיות, התמקד באימות הביצועים המוליכים של בולמי הנחשולים והלחץ של גז בידוד פנימי (SF6) בתוך GIS. במקביל, בדוק את חיבורי הארקה לצורך התרופפות או קורוזיה כדי למנוע כשל בנתיבי פריקה. לפני השליחה, בדיקות דחף ברק ייעודיות חייבות לאמת את יכולת ההגנה הבידודית של המבנה הסגור.
2. שנאי פרטי הגנה מפני אימפולס ברק: רובוטריקים מהווים ציוד ליבה בתוך מערכות חשמל, הכוללים מבני בידוד פגיעים. דחפי ברק גורמים בקלות להתמוטטות בידוד מתפתל ולנזק הליבה. ההגנה מדגישה גישת 'הגנה מדורגת + הארקה מתואמת'. ראשית, יש להתקין בולמי נחשול מסוג -במסופי הכניסה של-מתח גבוה, עם מרווח חשמלי של לא יותר מ-5 מטרים מהשנאי כדי לקצר את מסלול ההתפשטות של גל דחף הברק ולמקסם את הנחתת האנרגיה. כמו כן, יש להתקין בולמי נחשול בצד המתח- הנמוך כדי למנוע חדירת גלי ברק לאחור דרך מעגל המתח הנמוך. שנית, מעטפת השנאי, הליבה ונקודת המתח הנייטרלית-הנמוכה חייבות להיות מוארקות באופן אחיד כדי ליצור מעגל הארקה שלם. יש לשמור על התנגדות הארקה מתחת ל-4Ω (ערכים נמוכים יותר הנדרשים עבור תחנות משנה גדולות) כדי להבטיח פריקה מהירה של זרמי נחשול ולמנוע נזק לציוד כתוצאה מפוטנציאל הארקה מוגבר. שלישית, במהלך בדיקות תקופתיות, בנוסף לבדיקת מצבם של מעכבי הנחשולים, יש לבדוק את התנגדות הבידוד ומקדם ההפסד הדיאלקטרי של פיתולי השנאי. יש להגביר את תדירות הבדיקות לפני עונת סופות הרעמים. במקביל, יש להשתמש באמצעי הגנה מברק חיצוניים כגון מוטות ברקים כדי למנוע פגיעה ישירה בגוף השנאי, ובכך לחזק את הגנות חיצוניות.
