Overspenning i elektriske nettverk

Overspenning er en spenning som overstiger amplituden til den høyeste driftsspenningen (Unom) på isolasjonen til elementene i det elektriske nettverket. Avhengig av bruksstedet skilles fase, interfase, interne viklinger og inter-kontakt overspenning. Sistnevnte oppstår når spenning påføres mellom åpne kontakter i de samme fasene til svitsjeenheter (brytere, skillebrytere).

Følgende overspenningsegenskaper skilles ut:

• maksimal verdi Umax eller multiplisitet K = Umax / Unom;

• eksponeringens varighet;

• buet form;

• omfangsbredden til nettverkselementene.

Disse egenskapene er gjenstand for statistisk spredning fordi de avhenger av mange faktorer.

Når man studerer gjennomførbarheten av overspenningsverntiltak og valg av isolasjon, er det nødvendig å ta hensyn til de statistiske egenskapene til skade (matematisk forventning og avvik) på grunn av nedetid og nødreparasjoner av kraftsystemutstyr, samt på grunn av utstyrsfeil , avvisning av produktet og forstyrrelse av den teknologiske prosessen blant strømforbrukere.

Hovedtypene for overspenning i høyspentnett er vist i figur 1.

Ris. 1. Hovedtyper av overspenning i høyspentnett

Intern overspenning forårsaket av svingninger i den elektromagnetiske energien lagret i elementene i den elektriske kretsen eller levert til den av generatorer. Avhengig av forekomstforholdene og den mulige varigheten av eksponering for isolasjon, skilles stasjonære, kvasistasjonære og svitsjeoverspenninger.

Kobling av overspenninger — oppstår ved plutselige endringer i krets- eller nettverksparametere (planlagt og nødsvitsjing av linjer, transformatorer, etc.), samt som følge av jordfeil og mellom faser. Når elementene i det elektriske nettverket (linjeledere eller viklinger av transformatorer og reaktorer) slås på eller av (avbrudd i overføringen av energi), oppstår oscillerende transienter, som kan føre til betydelige overspenninger. Når korona oppstår har tapene en dempende effekt på de første toppene av disse overspenningene.

Avbrudd av kapasitive strømmer i elektriske kretser kan ledsages av gjentatt lysbue i effektbryteren og gjentatte transienter og overspenninger og utløsning av små induktive strømmer ved tomgangshastighet til transformatorene - tvungen avbrudd av lysbuen i effektbryteren og oscillerende overgang av energien av det magnetiske transformatorfeltet i den elektriske feltenergien til dens parallelle krefter. Med lysbue jordfeil i et nettverk med en isolert nøytral flere bueslag og forekomsten av tilsvarende buestøt observeres også.

Hovedårsaken til forekomsten av kvasi-stasjonære overspenninger er den kapasitive effekten forårsaket for eksempel av en ensidig overføringslinje matet av generatorer.

Asymmetriske linjemoduser som oppstår, for eksempel når en fase er kortsluttet til jord, et ledningsbrudd, en eller to faser av kretsbryteren, kan føre til at grunnfrekvensspenningen øker ytterligere eller forårsake overspenninger ved noen høyere harmoniske - multiplum av frekvensen av EMF …-generatoren.

Ethvert element i systemet med ikke-lineære egenskaper, for eksempel en transformator med en mettet magnetisk kjerne, kan også være en kilde til høyere eller lavere harmoniske og tilsvarende ferroresonante overspenninger. Hvis det er en kilde til mekanisk energi som periodisk endrer kretsparameteren (generatorinduktansen) i takt med den elektriske kretsens egenfrekvens, kan parametrisk resonans oppstå.

I noen tilfeller er det også nødvendig å ta hensyn til muligheten for at interne overspenninger oppstår med økt multiplisitet når flere kommuteringer eller andre ugunstige faktorer påføres.

For å begrense svitsjeoverspenninger i nettverk 330-750 kV, hvor kostnadene for isolasjon viser seg å være spesielt betydelige, kraftige ventilbegrensere eller reaktorer. I nett med lavere spenningsklasser brukes ikke avledere for å begrense interne overspenninger, og egenskapene til lynavledere er valgt slik at de ikke løsner under interne overspenninger.

Lynstøt refererer til ytre overspenninger og oppstår når de utsettes for ekstern emf. De største lynene oppstår når det oppstår et direkte lynnedslag på ledningen og nettstasjonen. På grunn av elektromagnetisk induksjon skaper et lynnedslag i nærheten en indusert bølge, som vanligvis resulterer i en ytterligere økning i isolasjonsspenningen. Å nå en transformatorstasjon eller elektrisk maskin, spre seg fra nederlaget elektromagnetiske bølger, kan forårsake farlige overspenninger på deres isolasjon.

For å sikre pålitelig drift av nettverket, er det nødvendig å implementere dets effektive og økonomiske lynbeskyttelse. Beskyttelse mot direkte lynnedslag utføres ved hjelp av en høy vertikal lynavleder og lynbeskyttelseskabler over lederne til luftledninger over 110 kV.

Beskyttelse mot overspenninger som kommer fra ledningen utføres av ventil- og røravledere på nettstasjoner med forbedret lynbeskyttelse ved tilnærminger til nettstasjoner på ledninger av alle spenningsklasser.Det er nødvendig å gi spesielt pålitelig lynbeskyttelse av roterende maskiner ved hjelp av spesielle avledere, kondensatorer, reaktorer, kabelinnsatser og forbedret lynbeskyttelse for luftledningstilnærmingen.

Bruk av jording av den nøytrale delen av nettverket ved hjelp av en bueundertrykkende spole, automatisk gjenlukking og forkorting av linjene, forsiktig forebygging av isolasjon, stopp og jording øker linjens pålitelighet betydelig.

Det skal bemerkes at den dielektriske styrken til isolasjonen avtar med økende varighet av eksponering for spenning. I denne forbindelse utgjør interne og eksterne overspenninger med samme amplitude en annen fare for isolasjonen. Dermed kan isolasjonsnivået ikke karakteriseres av en enkelt motstandsspenningsverdi.

Valg av nødvendig isolasjonsnivå, dvs. valg av testspenninger, den såkalte isolasjonskoordineringen, er umulig uten en grundig analyse av overspenninger som oppstår i systemet.

Problemet med isolasjonskoordinering er et av hovedproblemene. Denne situasjonen skyldes det faktum at bruken av en eller annen nominell spenning til slutt bestemmes av forholdet mellom kostnaden for isolasjon og kostnaden for ledende elementer i systemet.

Isolasjonskoordineringsproblemet inkluderer som en grunnleggende oppgave — å sette systemisolasjonsnivåene... Isolasjonskoordineringen må være basert på de spesifiserte amplitudene og bølgeformene til de påførte overspenningene.

Foreløpig gjøres isolasjonskoordinering i systemet opp til 220 kV for atmosfæriske overspenninger, og over 220 kV må koordinering gjøres under hensyntagen til interne overspenninger.

Essensen av isolasjonskoordinering i atmosfæriske overspenninger er koordineringen (matching) av impulsegenskapene til isolasjonen med egenskapene til ventiler, som hovedinnretningen for å begrense atmosfæriske overspenninger. I følge studien er standardbølgen til testspenningen vedtatt.

Ved koordinering av interne overspenninger, på grunn av det større mangfoldet av former for utvikling av interne overspenninger, er det umulig å fokusere på bruken av en enkelt beskyttelsesenhet. Den nødvendige kortheten må gis av nettverksordningen: shuntreaktorer, bruk av brytere uten gjentenning, bruk av spesielle gnistgap.

For interne overspenninger er normaliseringen av isolasjonstestbølgeformer ennå ikke utført før nylig. Mye materiale er allerede samlet og en tilsvarende normalisering av testbølgene vil sannsynligvis bli utført i nær fremtid.