Vliv extrémních veder a turbulence vzduchu na izolaci a výpadky elektřiny

Vliv tepla na izolační materiály

Extrémní horko může výrazně ovlivnit vlastnosti izolačních materiálů i okolního vzduchu. Vysoké teploty snižují izolační odpor a dielektrickou pevnost – jinými slovy schopnost izolantu bránit průchodu proudu. Molekuly v materiálech při zahřátí více vibrují, což usnadňuje pohyb náboje a zvyšuje vodivost. Výsledkem je, že izolanty při vyšší teplotě častěji propouštějí elektrický proud nebo selhávají.

Studie ukazují, že průrazné napětí (flashover voltage) izolátorů klesá s rostoucí teplotou, neboť zahřátý izolant se stává vodivějším. To znamená, že vederům vystavené izolátory či kabely mohou při stejné elektrické zátěži dříve prodělat průraz (elektrický výboj), než kdyby byly chladné.

Vzduch jako izolační médium

Teplo nepůsobí jen na pevné izolanty, ale i na vzduch jakožto izolační médium. Horký vzduch je řidší (má nižší hustotu), a proto hůře izoluje vysoké napětí – ionizace a vznik výboje ve zředěném horkém vzduchu nastane při nižším elektrickém poli než v chladném hustém vzduchu. Dielektrická pevnost vzduchu s teplotou obecně klesá, takže za extrémního horka může dojít k přeskoku (výboji) mezi vodiči či mezi vodičem a zemí snáze než za běžných podmínek.

Tepelná roztažnost a prověšení vodičů

Extrémní teploty mohou způsobit rozpínání kovových částí elektrických vedení. Dlouhé dráty elektrických vedení se vlivem horka prověšují – zvětšuje se jejich délka a průvěs. Tím se snižuje vzdálenost od země nebo vegetace. Pokud se vodič přiblíží k větvi stromu či jiné uzemněné struktuře, může přeskočit jiskra (elektrický oblouk) a způsobit zkrat.

Právě takové prověšení vedení v horku a kontakt s porostem stálo u zrodu některých rozsáhlých blackoutů. Například při velkém výpadku v severní Americe v srpnu 2003 došlo k vypnutí linky poté, co se v horkém dni prověšené vodiče dotkly stromů a vyvolaly zkrat a následnou kaskádu výpadků.

Vliv turbulence vzduchu

Turbulence vzduchu, která zahrnuje náhlé poryvy větru, víření a nepravidelné proudění, může mechanicky namáhat elektrická zařízení. Prudké poryvy větru rozkmitávají vodiče a izolátory na sloupech, což může vést k jejich poškození nebo mikroskopickým prasklinám v izolačních materiálech. Vibrace a rázy mohou snížit účinnost izolace či narušit ochranné vrstvy kabelů, což opět snižuje izolační odpor zařízení.

Turbulentní vítr také víří prach, písek a další částice, které mohou ulpívat na povrchu izolátorů. Usazené nečistoty samy o sobě zhoršují izolační vlastnosti povrchu – vytvářejí vodivý film, zejména pokud jsou hygroskopické (nasávají vlhkost). Znečištění izolátoru prachem výrazně snižuje jeho dielektrickou pevnost a může vést k přeskoku.

Elektrostaticky nabité částice

Prachové částice unášené v turbulentním vzduchu mohou být elektrostaticky nabité a vytvářet kolem vodičů přídavné elektrické pole. Během písečné či prachové bouře naměřili vědci v oblacích prachu prostorové elektrické pole až několik kV/m. Takové nabité částice mohou iniciovat ionizaci vzduchu a výboj i bez přímého kontaktu.

Jinými slovy, turbulence plná prachu může vytvořit vodivou cestu mezi vodičem a zemí dříve, než by k tomu došlo čistě ve vzduchu. Kombinace extrémního horka (oslabená izolace) a turbulencí s prachem (znečištění a nabité částice) tedy výrazně zvyšuje riziko elektrických výbojů (koróny, jiskření či obloukových zkratů) na vedeních a v rozvodnách.