Пренапрежение в електрическите мрежи

Пренапрежение е напрежение, което надвишава амплитудата на най -високото работно напрежение (Unom) върху изолацията на елементите на електрическата мрежа. В зависимост от мястото на приложение се разграничават фазови, междуфазни, вътрешно намотки и междуконтактно пренапрежение. Последните възникват, когато напрежението се прилага между отворени контакти на същите фази на превключващи устройства (превключватели, разединители).

Разграничават се следните характеристики на пренапрежение:

• максимална стойност Umax или кратност K = Umax / Unom;

• продължителност на експозиция;

• извита форма;

• широчината на обхвата на мрежовите елементи.

Тези характеристики са обект на статистическо разпръскване, тъй като зависят от много фактори.

При проучването за осъществимост на мерките за защита от пренапрежение и избора на изолация е необходимо да се вземат предвид статистическите характеристики на щетите (математическо очакване и отклонение) поради престой и извънредни ремонти на оборудването на електроенергийната система, както и поради повреда на оборудването , отхвърляне на продукта и нарушаване на технологичния процес сред потребителите на електроенергия.

Основните видове пренапрежение в мрежи с високо напрежение са показани на фигура 1.

Ориз. 1. Основните видове пренапрежение в мрежи с високо напрежение

Вътрешно пренапрежение причинени от колебания в електромагнитната енергия, съхранявана в елементите на електрическата верига или доставяна към нея от генератори. В зависимост от условията на възникване и възможната продължителност на излагане на изолация се разграничават стационарни, квазистационарни и превключващи пренапрежения.

Превключване на пренапрежения — възникват при внезапни промени в параметрите на веригата или мрежата (планирано и аварийно превключване на линии, трансформатори и др.), както и в резултат на земни повреди и между фазите. Когато елементите на електрическата мрежа (линейни проводници или намотки на трансформатори и реактори) са включени или изключени (прекъсване на предаването на енергия), възникват колебателни преходни процеси, които могат да доведат до значителни пренапрежения. Когато се появи корона, загубите имат амортизиращ ефект върху първите пикове на тези пренапрежения.

Прекъсването на капацитивните токове на електрическите вериги може да бъде придружено от многократно запалване на дъгата в прекъсвача и повтарящи се преходни процеси и пренапрежения и изключване на малки индуктивни токове на празен ход на трансформаторите — принудително прекъсване на дъгата в прекъсвача и осцилаторен преход на енергията на магнитното поле на трансформатора в енергията на електрическото поле на неговите паралелни мощности. С дъгови земни повреди в мрежа с изолиран неутрален също така се наблюдават множество удари на дъгата и появата на съответни дъгови пренапрежения.

Основната причина за възникването на квазистационарни пренапрежения е капацитивният ефект, причинен например от едностранна преносна линия, захранвана от генератори.

Асиметрични линейни режими, възникващи, например, когато една фаза е късо съединена с маса, прекъсване на проводника, една или две фази на прекъсвача, могат да доведат до допълнително увеличаване на напрежението на основната честота или да причинят пренапрежения при някои по -високи хармоници — кратно на честотата на ЕРС … генератор.

Всеки елемент от системата с нелинейни характеристики, например трансформатор с наситена магнитна сърцевина, също може да бъде източник на по -високи или по -ниски хармоници и съответни ферорезонансни пренапрежения. Ако има източник на механична енергия, който периодично променя параметъра на веригата (индуктивност на генератора) във времето с естествената честота на електрическата верига, може да възникне параметричен резонанс.

В някои случаи е необходимо също така да се вземе предвид възможността за възникване на вътрешни пренапрежения с повишена кратност, когато се налагат няколко комутации или други неблагоприятни фактори.

За ограничаване на комутационните пренапрежения в мрежи 330-750 kV, където цената на изолацията се оказва особено значителна, мощна клапанни ограничители или реактори. В мрежи с по -ниски класове на напрежение, ограничителите не се използват за ограничаване на вътрешните пренапрежения, а характеристиките на мълниеотводите се избират така, че да не се спъват при вътрешни пренапрежения.

Пренапрежение на мълния се отнасят до външни пренапрежения и възникват, когато са изложени на външни ЕДС. Най -големите пренапрежения на мълния възникват при директен удар на мълния към линията и подстанцията. Поради електромагнитна индукция, близкият удар на мълния създава индуцирано пренапрежение, което обикновено води до допълнително увеличаване на напрежението в изолацията. Достигане до подстанция или електрическа машина, разпространение от мястото на поражението електромагнитни вълни, може да причини опасни пренапрежения върху изолацията им.

За да се осигури надеждна работа на мрежата, е необходимо да се приложи нейната ефективна и икономична мълниезащита. Защитата срещу директни удари на мълния се осъществява с помощта на висок вертикален гръмоотвод и мълниезащитни кабели над проводниците на въздушни линии над 110 kV.

Защитата срещу вълни, идващи от линията, се осъществява от вентилни и тръбни ограничители на подстанции с подобрена мълниезащита на подходи към подстанции на линии от всички класове напрежение. Необходимо е да се осигури особено надеждна мълниезащита на въртящи се машини с помощта на специални ограничители, кондензатори, реактори, кабелни вложки и подобрена мълниезащита за подхода на ВЛ.

Използването на заземяване на неутралната част на мрежата чрез намотка за потискане на дъгата, автоматично повторно затваряне и съкращаване на линиите, внимателно предотвратяване на изолацията, ограничители и заземяване значително повишават надеждността на линиите.

Трябва да се отбележи, че диелектричната якост на изолацията намалява с увеличаване на продължителността на излагане на напрежение. В тази връзка вътрешните и външните пренапрежения с еднаква амплитуда представляват различна опасност за изолацията. По този начин нивото на изолация не може да се характеризира с една стойност на издържащо напрежение.

Избор на необходимото ниво на изолация, т.е. подбор на изпитвателни напрежения, т.нар координация на изолацията, е невъзможно без задълбочен анализ на пренапреженията, възникващи в системата.

Проблемът с координацията на изолацията е един от основните проблеми. Тази ситуация се дължи на факта, че използването на едно или друго номинално напрежение в крайна сметка се определя от съотношението между разходите за изолация и разходите за проводими елементи в системата.

Проблемът с координацията на изолацията включва като основна задача — задаване на нива на изолация на системата… Координацията на изолацията трябва да се основава на посочените амплитуди и форми на вълните на приложените пренапрежения.

Понастоящем координацията на изолацията в системата до 220 kV се извършва за атмосферни пренапрежения, а над 220 kV координацията трябва да се извършва, като се вземат предвид вътрешните пренапрежения.

Същността на координацията на изолацията при атмосферни пренапрежения е координирането (съпоставянето) на импулсните характеристики на изолацията с характеристиките на клапаните, като основно устройство за ограничаване на атмосферните пренапрежения. Според изследването се приема стандартната вълна на тестовото напрежение.

При координиране на вътрешните пренапрежения, поради по -голямото разнообразие от форми на развитие на вътрешни пренапрежения, е невъзможно да се съсредоточи върху използването на едно защитно устройство. Необходимата краткост трябва да бъде осигурена от схемата на мрежата: шунтиращи реактори, използване на ключове без повторно запалване, използване на специални искрови пропуски.

За вътрешни пренапрежения доскоро нормализирането на вълните за изпитване на изолация все още не е извършено. Вече е натрупан много материал и съответно нормализиране на тестовите вълни вероятно ще бъде извършено в близко бъдеще.