Overspænding i elektriske netværk

Overspænding er en spænding, der overstiger amplituden af ​​den højeste driftsspænding (Unom) på isoleringen af ​​elementerne i det elektriske netværk. Afhængigt af anvendelsesstedet skelnes der mellem fase, interfase, interne viklinger og inter-kontakt overspænding. Sidstnævnte opstår, når der påføres spænding mellem åbne kontakter af de samme faser af skifteenheder (afbrydere, adskillere).

Der skelnes mellem følgende overspændingskarakteristika:

• maksimal værdi Umax eller multiplicitet K = Umax / Unom;

• eksponeringens varighed;

• buet form;

• omfangsbredden af ​​netværkselementerne.

Disse karakteristika er genstand for statistisk spredning, fordi de afhænger af mange faktorer.

Når man studerer gennemførligheden af ​​overspændingsbeskyttelsesforanstaltninger og valget af isolering, er det nødvendigt at tage højde for de statistiske karakteristika for skader (matematisk forventning og afvigelse) på grund af nedetid og nødreparationer af elsystemudstyr såvel som på grund af udstyrsfejl , afvisning af produktet og forstyrrelse af den teknologiske proces blandt elforbrugere.

Hovedtyperne af overspænding i højspændingsnet er vist i figur 1.

Ris. 1. Hovedtyperne af overspænding i højspændingsnet

Intern overspænding forårsaget af fluktuationer i den elektromagnetiske energi, der er lagret i elementerne i det elektriske kredsløb eller leveret til det af generatorer. Afhængigt af forekomstbetingelserne og den mulige varighed af eksponering for isolering skelnes stationære, kvasistationære og skiftende overspændinger.

Skiftende overspændinger — opstår ved pludselige ændringer i kredsløbs- eller netværksparametre (planlagt og nødkobling af ledninger, transformere osv.), samt som følge af jordfejl og mellem faser. Når elementerne i det elektriske netværk (ledningsledere eller viklinger af transformere og reaktorer) tændes eller slukkes (afbrydelse af transmissionen af ​​energi), opstår der oscillerende transienter, som kan føre til betydelige overspændinger. Når der opstår corona, har tabene en dæmpende effekt på de første spidser af disse overspændinger.

Afbrydelse af kapacitive strømme i elektriske kredsløb kan ledsages af gentagne lysbuer i afbryderen og gentagne transienter og overspændinger og udløsning af små induktive strømme ved tomgangshastighed af transformatorerne - tvungen afbrydelse af lysbuen i afbryderen og oscillerende overgang af energien af det magnetiske transformatorfelt i den elektriske feltenergi af dens parallelle kræfter. Med lysbuejordsfejl i et netværk med en isoleret neutral flere bueslag og forekomsten af ​​tilsvarende buestød observeres også.

Hovedårsagen til forekomsten af ​​kvasi-stationære overspændinger er den kapacitive effekt forårsaget af for eksempel en enkelt-endet transmissionsledning, der forsynes af generatorer.

Asymmetriske linjetilstande, der for eksempel forekommer, når en fase er kortsluttet til jord, et ledningsbrud, en eller to faser af afbryderen, kan få grundfrekvensspændingen til at stige yderligere eller forårsage overspændinger ved nogle højere harmoniske - multiplum af frekvensen af EMF … generatoren.

Ethvert element i systemet med ikke-lineære karakteristika, for eksempel en transformer med en mættet magnetisk kerne, kan også være en kilde til højere eller lavere harmoniske og tilsvarende ferroresonante overspændinger. Hvis der er en kilde til mekanisk energi, der periodisk ændrer kredsløbsparameteren (generatorinduktansen) i takt med det elektriske kredsløbs egenfrekvens, kan parametrisk resonans forekomme.

I nogle tilfælde er det også nødvendigt at tage højde for muligheden for, at interne overspændinger opstår med øget multiplicitet, når der pålægges flere kommutationer eller andre ugunstige faktorer.

At begrænse koblingsoverspændinger i netværk 330-750 kV, hvor omkostningerne til isolering viser sig at være særligt betydelige, kraftige ventilbegrænsere eller reaktorer. I netværk med lavere spændingsklasser bruges afledere ikke til at begrænse interne overspændinger, og lynafledernes karakteristika er valgt, så de ikke udløses under interne overspændinger.

Lynspændinger refererer til eksterne overspændinger og opstår, når de udsættes for eksterne emfs. De største lynnedslag opstår, når der sker et direkte lynnedslag på ledningen og transformerstationen. På grund af elektromagnetisk induktion skaber et lynnedslag i nærheden en induceret bølge, som normalt resulterer i en yderligere stigning i isolationsspændingen. At nå en transformerstation eller elektrisk maskine, sprede sig fra nederlagets punkt elektromagnetiske bølger, kan forårsage farlige overspændinger på deres isolering.

For at sikre pålidelig drift af netværket er det nødvendigt at implementere dets effektive og økonomiske lynbeskyttelse. Beskyttelse mod direkte lynnedslag udføres ved hjælp af en høj lodret lynafleder og lynbeskyttelseskabler over lederne af luftledninger over 110 kV.

Beskyttelse mod overspændinger, der kommer fra ledningen, udføres af ventil- og rørafledere på transformerstationer med forbedret lynbeskyttelse ved indflyvninger til transformerstationer på ledninger af alle spændingsklasser.Det er nødvendigt at give særlig pålidelig lynbeskyttelse af roterende maskiner ved hjælp af specielle afledere, kondensatorer, reaktorer, kabelindsatser og forbedret lynbeskyttelse til luftledningstilgangen.

Brugen af ​​jording af den neutrale del af netværket ved hjælp af en buedæmpningsspole, automatisk genlukning og afkortning af ledningerne, omhyggelig forebyggelse af isolering, stop og jording øger ledningernes pålidelighed i høj grad.

Det skal bemærkes, at den dielektriske styrke af isoleringen falder med stigende varighed af udsættelse for spænding. I denne henseende udgør interne og eksterne overspændinger af samme amplitude en anden fare for isoleringen. Isolationsniveauet kan således ikke karakteriseres ved en enkelt modstå spændingsværdi.

Valg af det nødvendige isoleringsniveau, dvs. valg af testspændinger, den såkaldte isolationskoordinering, er umulig uden en grundig analyse af overspændinger, der forekommer i systemet.

Problemet med isoleringskoordinering er et af hovedproblemerne. Denne situation skyldes det faktum, at brugen af ​​en eller anden nominel spænding i sidste ende bestemmes af forholdet mellem omkostningerne ved isolering og omkostningerne ved ledende elementer i systemet.

Isolationskoordinationsproblemet omfatter som en grundlæggende opgave — indstilling af systemets isolationsniveauer... Isolationskoordineringen skal være baseret på de specificerede amplituder og bølgeformer af de påførte overspændinger.

I øjeblikket udføres isolationskoordinering i systemet op til 220 kV for atmosfæriske overspændinger, og over 220 kV koordinering skal ske under hensyntagen til interne overspændinger.

Essensen af ​​isoleringskoordination i atmosfæriske overspændinger er koordineringen (matchning) af isoleringens impulsegenskaber med egenskaberne for ventiler, som den vigtigste enhed til at begrænse atmosfæriske overspændinger. Ifølge undersøgelsen er standardbølgen af ​​testspændingen vedtaget.

Ved koordinering af interne overspændinger er det på grund af den større mangfoldighed af former for udvikling af interne overspændinger umuligt at fokusere på brugen af ​​en enkelt beskyttelsesanordning. Den nødvendige korthed skal tilvejebringes af netværksordningen: shuntreaktorer, brug af kontakter uden genantændelse, brug af specielle gnistgab.

For interne overspændinger er normaliseringen af ​​isolationstestbølgeformer endnu ikke blevet udført før for nylig. Der er allerede akkumuleret meget materiale, og en tilsvarende normalisering af testbølgerne vil sandsynligvis blive udført i den nærmeste fremtid.