Överspänning i elnät

Överspänning är en spänning som överstiger amplituden för den högsta driftspänningen (Unom) på isoleringen av elementen i det elektriska nätverket. Beroende på applikationsplatsen särskiljs fas, interfas, interna lindningar och interkontaktöverspänning. Det senare uppstår när spänning appliceras mellan öppna kontakter i samma faser av omkopplingsanordningar (brytare, frånskiljare).

Följande överspänningsegenskaper urskiljs:

• maximalt värde Umax eller multiplicitet K = Umax / Unom;

• exponeringens varaktighet;

• krökt form;

• omfångsbredden på nätverkselementen.

Dessa egenskaper är föremål för statistisk spridning eftersom de beror på många faktorer.

När man studerar genomförbarheten av överspänningsskyddsåtgärder och valet av isolering är det nödvändigt att ta hänsyn till de statistiska egenskaperna för skador (matematisk förväntan och avvikelse) på grund av driftstopp och nödreparationer av kraftsystemutrustning, såväl som på grund av utrustningsfel , förkastande av produkten och störningar av den tekniska processen bland elkonsumenter.

Huvudtyperna av överspänning i högspänningsnät visas i figur 1.

Ris. 1. Huvudtyperna av överspänning i högspänningsnät

Intern överspänning orsakad av fluktuationer i den elektromagnetiska energin som lagras i elementen i den elektriska kretsen eller tillförs den av generatorer. Beroende på förekomstförhållandena och den möjliga varaktigheten av exponering för isolering, särskiljs stationära, kvasistationära och switchande överspänningar.

Omkopplingsöverspänningar — uppstår vid plötsliga förändringar i krets- eller nätverksparametrar (planerad och nödkoppling av ledningar, transformatorer etc.), samt som ett resultat av jordfel och mellan faser. När elementen i det elektriska nätverket (ledningsledare eller lindningar av transformatorer och reaktorer) slås på eller av (avbrott i överföringen av energi), uppstår oscillerande transienter, vilket kan leda till betydande överspänningar. När corona inträffar har förlusterna en dämpande effekt på de första topparna av dessa överspänningar.

Avbrott av kapacitiva strömmar i elektriska kretsar kan åtföljas av upprepad ljusbåge i strömbrytaren och upprepade transienter och överspänningar och utlösning av små induktiva strömmar vid tomgång hos transformatorerna - påtvingat avbrott av ljusbågen i strömbrytaren och oscillerande övergång av energin av det magnetiska transformatorfältet i den elektriska fältenergin för dess parallella krafter. Med ljusbågande jordfel i ett nätverk med en isolerad neutral flera bågslag och förekomsten av motsvarande bågsvängningar observeras också.

Den främsta orsaken till förekomsten av kvasistationära överspänningar är den kapacitiva effekten som till exempel orsakas av en enändad transmissionsledning som matas av generatorer.

Asymmetriska linjelägen som uppstår, till exempel när en fas är kortsluten till jord, ett trådbrott, en eller två faser av strömbrytaren, kan göra att grundfrekvensspänningen ökar ytterligare eller orsaka överspänningar vid några högre övertoner - multipel av frekvensen av EMF …-generatorn.

Alla element i systemet med icke-linjära egenskaper, till exempel en transformator med en mättad magnetisk kärna, kan också vara en källa till högre eller lägre övertoner och motsvarande ferroresonanta överspänningar. Om det finns en källa till mekanisk energi som periodiskt ändrar kretsparametern (generatorinduktansen) i takt med den elektriska kretsens naturliga frekvens, kan parametrisk resonans uppstå.

I vissa fall är det också nödvändigt att ta hänsyn till möjligheten att interna överspänningar uppstår med ökad multiplicitet när flera kommutationer eller andra ogynnsamma faktorer påförs.

För att begränsa kopplingsöverspänningar i nätverk 330-750 kV, där kostnaden för isolering visar sig vara särskilt betydande, kraftfull ventilspärrar eller reaktorer. I nät med lägre spänningsklasser används inte avledare för att begränsa interna överspänningar, och åskavledarens egenskaper är valda så att de inte löser ut under interna överspänningar.

Blixtstötar hänvisar till externa överspänningar och uppstår när de utsätts för externa emk. De största blixtstötarna uppstår när ett direkt blixtnedslag inträffar på ledningen och transformatorstationen. På grund av elektromagnetisk induktion skapar ett närliggande blixtnedslag en inducerad överspänning, vilket vanligtvis resulterar i en ytterligare ökning av isolationsspänningen. Att nå en transformatorstation eller elektrisk maskin, sprida sig från nederlaget elektromagnetiska vågor, kan orsaka farliga överspänningar på deras isolering.

För att säkerställa tillförlitlig drift av nätverket är det nödvändigt att implementera dess effektiva och ekonomiska åskskydd. Skydd mot direkta blixtnedslag utförs med hjälp av en hög vertikal blixtledare och åskskyddskablar ovanför ledare i luftledningar över 110 kV.

Skydd mot överspänningar som kommer från ledningen utförs av ventil- och röravledare på transformatorstationer med förbättrat åskskydd vid inflygningar till transformatorstationer på ledningar av alla spänningsklasser.Det är nödvändigt att tillhandahålla särskilt tillförlitligt åskskydd för roterande maskiner med hjälp av speciella avledare, kondensatorer, reaktorer, kabelinsatser och förbättrat åskskydd för luftledningsinvägningen.

Användningen av jordning av den neutrala delen av nätverket med hjälp av en bågundertryckande spole, automatisk återstängning och förkortning av ledningarna, noggrant förhindrande av isolering, stopp och jordning ökar ledningarnas tillförlitlighet avsevärt.

Det bör noteras att den dielektriska hållfastheten hos isoleringen minskar med ökande varaktighet av exponering för spänning. I detta avseende utgör interna och externa överspänningar med samma amplitud en annan fara för isoleringen. Således kan isoleringsnivån inte karakteriseras av ett enda spänningsvärde.

Val av erforderlig nivå av isolering, d.v.s. val av testspänningar, den så kallade isolationskoordinationen, är omöjlig utan en noggrann analys av överspänningar som uppstår i systemet.

Problemet med isoleringskoordinering är ett av huvudproblemen. Denna situation beror på det faktum att användningen av en eller annan nominell spänning i slutändan bestäms av förhållandet mellan kostnaden för isolering och kostnaden för ledande element i systemet.

Isolationskoordinationsproblemet inkluderar som en grundläggande uppgift — att ställa in systemets isolationsnivåer... Isolationskoordineringen måste baseras på de specificerade amplituder och vågformer för de applicerade överspänningarna.

För närvarande görs isolationskoordinering i systemet upp till 220 kV för atmosfäriska överspänningar, och över 220 kV måste koordinering göras med hänsyn till interna överspänningar.

Kärnan i isoleringskoordination i atmosfäriska överspänningar är koordineringen (matchningen) av isoleringens impulsegenskaper med egenskaperna hos ventiler, som huvudanordningen för att begränsa atmosfäriska överspänningar. Enligt studien antas standardvågen för testspänningen.

Vid koordinering av interna överspänningar, på grund av den större variationen av former av utveckling av interna överspänningar, är det omöjligt att fokusera på användningen av en enda skyddsanordning. Den nödvändiga kortheten måste tillhandahållas av nätverksschemat: shuntreaktorer, användning av switchar utan återtändning, användning av speciella gnistgap.

För interna överspänningar har normaliseringen av isolationstestvågformer ännu inte genomförts förrän nyligen. Mycket material har redan ackumulerats och en motsvarande normalisering av testvågorna kommer sannolikt att genomföras inom en snar framtid.