Общая характеристика перенапряжений

Перенапряжением называют всякое превышение напряжением амплитуды наибольшего рабочего напряжения. Длительность перенапряжения может составлять от единиц микросекунд до нескольких часов. Воздействие перенапряжения на изоляцию может привести к ее пробою.

К основным характеристикам перенапряжения (которые, как правило, являются случайными величинами) относят следующие:

— кратность перенапряжения, равная отношению максимального значения перенапряжения к амплитуде наибольшего допустимого рабочего напряжения;

— время нарастания перенапряжения;

— число импульсов в перенапряжении;

— широта охвата сети;

Наибольшее рабочее напряжение (линейное) определяется соотношением , где значение коэффициента k_p принимают равным следующим значениям.

По месту приложения напряжения различают:

— внутрифазные перенапряжения например, между витками катушки трансформатора, между нейтралью и землей);

— между контактами коммутационных аппаратов.

По причинам возникновения перенапряжения подразделяются на следующие:

В высоковольтных цепях главным источником внешних перенапряжений являются разряды молнии. Наиболее опасны прямые удары молнии в оборудование (ПУМ), при которых даже на заземленных сооружениях возникают большие потенциалы.

Индуктированные перенапряжения возникают вследствие индуктивной и емкостной связи канала молнии с токоведущими и заземленными частями электрической сети. Величина индуктированных перенапряжений меньше, чем при прямых ударах молнии, и они опасны только для сетей до 35 кВ при ударе молнии вблизи линии.

Импульсы перенапряжений распространяются на значительные расстояния от места возникновения. Набегающие волны могут представлять опасность для электрооборудования подстанций, электрическая прочность которого ниже, чем у линейной изоляции.

Коммутационные перенапряжения возникают при переходных процессах и быстрых изменениях режима работы сети (при работе коммутационных аппаратов, при коротких замыканиях и при прочих резких изменениях режима) за счет энергии, запасенной в емкостных и индуктивных элементах.

Наиболее часто такие перенапряжения имеют место при коммутациях линий, индуктивных элементов, конденсаторных батарей.

12.2. Общая характеристика защитных мероприятий

Все мероприятия по защите от перенапряжений делятся на две группы:

— превентивные меры снижения перенапряжений;

— защита оборудования с помощью защитных средств.

Коммутационные средства защиты от перенапряжений срабатывают и соединяют защищаемую цепь с заземлением в случае, когда перенапряжение в точке их установки превышает некоторую критическую величину. К этим средствам относят разрядники, шунтирующие реакторы с искровым соединением и нелинейные ограничители перенапряжений.

Заземление разрядников, молниеотводов и тросов способствует уменьшению вероятности перекрытия изоляции при грозовых разрядах..

Основной характеристикой заземляющего устройства является его сопротивление, определяемое как отношение потенциала на зажиме заземлителя к току, стекающему через заземлитель.

Потенциал определяется по отношению к удаленной точке земли. Сопротивление заземлителя зависит от конструкции и размеров, удельного сопротивления земли, а также от величины и формы стекающего с него тока. Различают сопротивления на частоте 50 Гц и на грозовых импульсах, эти сопротивления могут значительно различаться.

Импульсное сопротивление заземлителя определяют при протекании импульсного тока, по форме совпадающего со стандартным грозовым импульсом.

Сопротивление заземлителя на частоте 50 Гц и импульсное сопротивление связывают друг с другом импульсным коэффициентом заземлителя : .

Рис. 12.3. Образование заряженных областей в грозовом облаке

Перед разрядом молнии потенциал центральной части отрицательного заряда составляет 50..100 МВ и средняя напряженность поля под облаком невелика, всего 100..200 В/см, однако вблизи центра заряда напряженность поля достигает 20..24 кВ/см, что достаточно для начала ионизации. Развитие наземного разряда молнии, как правило, начинается от облака, ответвления канала при этом направлены вниз. Восходящие молнии наблюдаются только на очень высоких объектах или в горной местности.

Главный разряд отводит на землю заряд из канала лидера и его чехла за время от 20 до 200 мкс. Время нарастания тока в канале главного разряда составляет 5..10 мкс. Таких главных разрядов в одном ударе молнии несколько, в среднем два или три, а общая длительность удара молнии составляет десятые доли секунды ( в среднем 0.3 с). Последующие главные разряды имеют длительность фронта порядка 1 мкс.

В промежутках между главными разрядами могут протекать слабо меняющиеся во времени токи величиной в сотни ампер, на которые, тем не менее, приходится основная доля перемещаемого молнией заряда.

Степень опасности удара молнии определяется прежде всего максимальным значением тока I_м в канале. Величина падения напряжения на индуктивных элементах и величины индуктированных перенапряжений зависят от скорости нарастания тока молнии на фронте волны. Это наиболее важные параметры тока; кроме того, интеграл определяет нагрев металлических частей, а оплавление металлических частей дугой зависит от величины перенесенного заряда.

Обнаружено, что амплитуда тока главного разряда практически не зависит от сопротивления заземления в месте удара, так что молнию можно считать источником тока.

В приближенных расчетах используют усредненные распределения I_м и a без учета их различия в первом и последующем импульсах:

— вероятность того, что амплитуда тока в ударе молнии превысит заданное значение I_м в килоамперах (этот подход практически удобнее, чем обычное определение вероятности как доли всех реализаций при значениях случайной величины, меньших заданной);

— вероятность превышения крутизной тока заданного значения a, кА/мкс.

Между амплитудой и крутизной тока существует слабая положительная связь, однако при расчетах их обычно полагают статистически независимыми случайными величинами. В горных районах при тех же вероятностях величины I_м и a примерно вдвое меньше.

Для линий электропередачи используют удельный показатель , равный числу прямых ударов молнии на 100 км длины за 100 грозочасов. Считается, что линия собирает разряды с расстояния 3 h_ср в обе стороны:

.

Средняя высота подвеса провода h_ср, м, определяется через высоту подвеса троса или верхнего провода на опоре h_оп, м, и стрелу провеса провода f, м, следующим образом:

.

Если линия имеет длину l, км, и расположена в местности с числом грозочасов в год T_Г, то ожидаемое число прямых ударов молнии в линию за год можно оценить по следующей формуле:

.

РЕЗЮМЕ

На изоляцию электрооборудования воздействуют перенапряжения, появляющиеся в результате коммутационных процессов в сети, незапланированного режима сети или из-за разрядов молнии. Эти перенапряжения могут привести к повреждению изоляции.

Очень существенную роль в защите от перенапряжений играют заземления, поведение которых при грозовых перенапряжениях характеризуется величиной импульсного сопротивления.

Источником грозовых перенапряжений служат разряды молнии, характеризуемые числом часов с грозой в году, количеством разрядов молнии на 1 км 2 за 100 грозовых часов и статистическими характеристиками тока в канале молнии и крутизны тока в канале молнии.

Контрольные вопросы

1. Что называют перенапряжением?

2. Приведите классификацию перенапряжений.

3. Какие существуют средства для защиты от перенапряжений?

5. Каковы характеристики грозовой деятельности и разрядов молнии, используемые при разработке защитных мероприятий?

Источник

Перенапряжения в электрических сетях

Различают следующие характеристики перенапряжений:

максимальное значение Umax или кратность K = Umax/Uном;

широту охвата элементов сети.

Эти характеристики подвержены статистическому разбросу, так как зависят от множества факторов.

При технико-экономическом обосновании мер защиты от перенапряжений и выборе изоляции необходимо учитывать и статистические характеристики ущерба (математическое ожидание и дисперсию) вследствие простоя и внеочередного ремонта оборудования энергосистемы, а также вследствие порчи оборудования, брака продукции, нарушения технологического процесса у потребителей электроэнергии.

Основные виды перенапряжений в сетях высокого напряжения приведены на рисунке 1.

Рис. 1. Основные виды перенапряжений в сетях высокого напряжения

Внутренние перенапряжения вызываются колебаниями электромагнитной энергии, запасенной в элементах электрической цепи или поступающей в нее от генераторов. В зависимости от условий возникновения и возможной длительности воздействия на изоляцию различают стационарные, квазистационарные и коммутационные перенапряжения.

Главной причиной возникновения квазистационарных перенапряжений является емкостный эффект, обусловленный, например, односторонне питаемой от генераторов линией передач.

В некоторых случаях необходимо учитывать также возможность возникновения внутренних перенапряжений повышенной кратности при наложении нескольких коммутаций или других неблагоприятных факторов.

Для ограничения коммутационных перенапряжений в сетях 330-750 кВ, где стоимость изоляции оказывается особенно существенной, применяют мощные вентильные разрядники или реакторы. В сетях более низких классов напряжения для ограничения внутренних перенапряжений разрядники не применяются, а характеристики грозозащитных разрядников выбирают так, чтобы они не срабатывали при внутренних перенапряжениях.

Для обеспечения надежной работы сети необходимо осуществить ее эффективную и экономичную грозозащиту. Защита от прямых ударов молнии осуществляется с помощью высоких вертикальных стержневых молниеотводов и грозозащитных тросов над проводами ВЛ свыше 110 кВ.

Защита от волн, приходящих с линии, осуществляется вентильными и трубчатыми разрядниками на подстанциях усиленной грозозащитой подходов к подстанциям линий всех классов напряжений. Необходимо обеспечивать особо надежную грозозащиту вращающихся машин с помощью специальных разрядников, конденсаторов, реакторов, кабельных вставок и усиленной грозозащитой подхода воздушной линии.

Применение заземления нейтрали сети через дугогасящую катушку, АПВ и резервирования линий, тщательная профилактика изоляции, разрядников и заземления значительно повышают надежность работы линий.

Необходимо отметить, что электрическая прочность изоляции уменьшается при увеличении длительности воздействия напряжения. В связи с этим одинаковые по амплитуде внутренние и внешние перенапряжения представляют неодинаковую опасность для изоляции. Таким образом, уровень изоляции нельзя характеризовать одной величиной выдерживаемого напряжения.

Проблема координации изоляции является одной из главных проблем. Такое положение связано с тем, что использование того или иного номинального напряжения определяется, в конечном счете, соотношением между затратами на изоляцию и на токопроводящие элементы в системе.

В настоящее время координация изоляции в системе до 220 кВ проводится по атмосферным перенапряжениям, а свыше 220 кВ координация должна проводится с учетом внутренних перенапряжений.

Сущность координации изоляции по атмосферным перенапряжениям заключается в координации (согласовании) импульсных характеристик изоляции с характеристиками вентильных разрядников, как основного аппарата по ограничению атмосферных перенапряжений. В соответствии с исследованиями принята стандартная волна испытательного напряжения.

При координации по внутренним перенапряжениям, в силу большего многообразия форм развития внутренних перенапряжений, нельзя ориентироваться на применение одного защитного устройства. Необходимая, краткость должна обеспечиваться схемой сети: шунтирующих реакторов, применением выключателей без повторных зажиганий, применением специальных разрядников.

Для внутренних перенапряжений до последнего времени еще не была проведена нормализация волн для испытания изоляции. В настоящее время накоплен большой материал, и соответствующая нормализация испытательных волн будет вероятно проведена в ближайшем будущем.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Что такое перенапряжение? Виды перенапряжений и их опасность

Перенапряжение – это скачкообразное увеличение уровня напряженности в любой точке ЛЭП или электроустановки. Это явление опасно для состояния изоляции электрооборудования и, следовательно, представляет угрозу для оборудования и здоровья людей.

Качественные характеристики перенапряжений в электросети

По силе их классифицируют

Интересное видео об импульсном перенапряжении:

Классификация по месту возникновения перенапряжения

Кроме того, внутренние перенапряжения классифицируют на:

Рассмотрим каждую разновидность в отдельности.

Для данной разновидности атмосферных явлений характерна высокая величина номинала напряжения, которая может достигать нескольких десятков тысяч вольт за период времени до 1мсек.

Ещё одно видео о защите от перенапряжений:

Причинами возникновения коммутационных перенапряжений являются

3. Электростатические перенапряжения возникают в основном в сухих средах при скапливании электростатического разряда, которые формируют электростатическое поле.

4. Переходные перенапряжения возникают под влиянием напряжений промышленной частоты.

Такие явления возникают вследствие внутренних повреждений из-за дефектов фаза/корпус, обрыва нейтрального проводника и пр. частота таких процессов равна частоте сети.

Источник

Что такое перенапряжение в сети?

Перенапряжение электрической сети представляет серьезную угрозу для любого электрооборудования, включая бытовую технику. Проблема заключается в том, что ввиду природы этого эффекта полностью исключить его проявление невозможно. В связи с этим было разработано несколько решений для защиты электрооборудования, позволяющих минимизировать негативные последствия повышения напряжения. Подробная информация по этой теме представлена ниже.

Что такое перенапряжение в сети и в чем его опасность?

Под данным термином подразумевается повышение напряжения в электросетях или линиях электропередач сверх установленной нормы. Она ограничена 5,0% и 10,0% (допустимое и предельно допустимое отклонение, соответственно). В ГОСТ 13109 91, где описаны нормы, которым должно соответствовать качество электроэнергии дается более детальное определение этому эффекту. Нормативный документ дает описания двум вариантам проявления высокого напряжения:

Перенапряжения опасны тем, что могут не только вывести из строя подключенные к сети приборы, а и разрушить изоляцию электрооборудования. В последнем случае создается угроза для человеческой жизни и повышается риск возникновения аварийной ситуации. Повреждение изоляции электроустановок довольно часто становится причиной пожара.

Пожар, вызванный перенапряжением

В связи с этим, при выборе изоляции необходимо руководствоваться соответствующими нормами, подробную информацию об этом можно найти на страницах нашего сайта.

Разновидности и классификация перенапряжений в сети

В зависимости от факторов, вызвавших повышение уровня напряжения, отклонения принято разделять на следующие виды перенапряжений:

Рассмотрим отдельно различные виды внешних и внутренних перенапряжений, начнем с первых.

Грозовое

Данный вид перенапряжения вызывают грозовые разряды, пришедшиеся на ЛЭП. В результате наблюдаются резкие броски напряжения в линии, при этом норма может быть превышена на порядок и более. Время длительности грозовых импульсов редко приближается к 10,0 мс. Несмотря на столь короткое время величина электрического разряда настолько высока, что подключенное к сети электрооборудование выходит из строя вне зависимости от уровня изоляции.

Ресивер, сгоревший под воздействием импульсных токов

К данному виду также относятся индуктированные перенапряжения, они возникают в том случае, когда разряды молнии приходятся на землю возле ЛЭП. Это вызывает резкий рост интенсивности электромагнитных полей, и, как следствие, образование импульсных токов.

Техногенное

В большинстве случаев данный фактор связан с КЗ между сторонним источником электричества и ВЛ. Характерный пример такой аварии – обрыв контактного провода городского электротранспорта и последующее его попадание на ВЛ, осуществляющей питание жилых домов или других объектов. Результатом этого будет выход из строя электрооборудования, подключенного к сети, где произошла авария.

Существуют и другие техногенные факторы, к таковым даже можно отнести ЭМИ, вызванный ядерным взрывом.

Теперь перейдем к краткому описанию внутренних разновидностей перенапряжения.

Коммутационное

Под данным термином подразумеваются переходные процессы, вызванные резкими изменениями в режимах работы энергосистемы. Такой эффект может вызвать срабатывание коммутационных аппаратов, увеличение индуктивных нагрузок и т.д. Основные причины будут рассмотрены отдельно.

Для данного вида отклонений свойственна высокая частота импульсов напряжения, что касается амплитуды, то она может измеряться в киловольтах. На характер процессов влияют как параметры электросети, так и скорость работы коммутационного оборудования.

Электростатическое

Возникает по причине накопления электростатики в сухой среде. Данный процесс приводит к образованию сильного электростатического поля, разряд которого кратковременно повышает напряжение электросети. Спрогнозировать проявление данного эффекта не представляется возможным.

Импульсное

Помимо грозовых разрядов и коммутационных процессов броски напряжения могут быть вызваны электромагнитными помехами, а также другими причинами, относящимися к квазистационарным.

Квазистационарное

Длительность данного вида отклонений может варьироваться от нескольких миллисекунд до часа и более, это зависит от причин, вызвавших перенапряжение. Данного тип перенапряжения может быть: резонансным, параметрическим, режимным и феррорезонансным. Краткое описание этих подвидов, а также вызывающих их причин будет приведено в следующем разделе.

Основные причины

Поскольку внешние факторы воздействия были уже рассмотрены, сразу перейдем к внутренним причинам, вызывающим повышение напряжения, начнем по порядку. Коммутационные факторы:

Пример типового коммутационного отклонения напряжения отмечен синим цветом на представленном ниже графике.

Квазистационарные отклонения могут быть вызваны следующими факторами:

В том случае, когда линия работает в неполнофазном режиме и к ней подключен трансформатор, у которого заземленная нейтраль, имеется большая вероятность образования резонансного контура. Взаимодействие произойдет между индуктивностью трансформаторной установки и межфазной емкостью также станет причиной высокой кратности перенапряжения.

При неполнофазном режиме работы системы эффект феррорезонанса возможен в контурах, где имеется индуктивность образованная соединенными последовательно трансформаторами.

Устройства для защиты от перенапряжения в сети

Организация защиты электросетей многоквартирных домов от воздействия внешних факторов как природных, так и техногенных возлагается на компании, предоставляющие услуги электроснабжения. Молниезащита, а также другие устройства защиты входят в обязательное оборудование подстанций любого уровня.

Совсем по иному обстоят дела в тех случаях, когда частные дома запитаны от ВЛ. В такой ситуации организовать защиту от больших внешних токов, возникающих от грозовых разрядов, нужно самостоятельно. Для этой цели используются специальные устройства – ограничители перенапряжений. Схема их подключения представлена ниже.

Пример подключения ОПН

Обратим внимание, что ОПН были созданы для защиты от коммутационных и грозовых импульсов, обеспечить защиту от других негативных факторов, вызывающих повышение фазного напряжения они не в состоянии.

Для ограничения влияния коммутационных и квазистационарных процессов понадобится комплексная защита. Ее можно организовать на базе реле напряжения и стабилизатора для всего дома. Реле должно соответствовать суммарной мощности нагрузки и устанавливаться на вводе. Диапазон срабатывания (нижняя и верхняя граница) можно выставить самостоятельно с учетом особенностей линии.

Реле напряжение в электрощитке

Когда напряжение на вводе выйдет за установленный порог, реле сработает и отключит питание, после нормализации ситуации домашняя сеть будет снова подключена.

Для устранения помех и восстановления приемлемого качества электричества следует установить стабилизатор напряжения на весь дом или квартиру. При выборе устройства необходимо учитывать максимальную суммарную мощность нагрузки. Если в доме имеются приборы, для которых качество напряжения некритично (бойлер, электропечь и т.д.), то их можно подключить минуя стабилизатор.

Источник