Prenapetost v električnih omrežjih

Prenapetost je napetost, ki presega amplitudo najvišje delovne napetosti (Unom) na izolaciji elementov električnega omrežja. Glede na mesto uporabe ločimo fazno, medfazno, notranja navitja in medkontaktno prenapetost. Slednji nastanejo, ko se med odprtimi kontakti istih faz stikalnih naprav (stikala, ločilniki) dovaja napetost.

Razlikujemo naslednje prenapetostne značilnosti:

• največja vrednost Umax ali večkratnost K = Umax / Unom;

• trajanje izpostavljenosti;

• ukrivljena oblika;

• širina obsega omrežnih elementov.

Te značilnosti so predmet statistične disperzije, ker so odvisne od številnih dejavnikov.

Pri proučevanju izvedljivosti ukrepov prenapetostne zaščite in izbiri izolacije je treba upoštevati statistične značilnosti poškodb (matematično pričakovanje in odstopanje) zaradi izpadov in nujnih popravil opreme elektroenergetskega sistema, pa tudi zaradi okvare opreme. , zavrnitev izdelka in motnje tehnološkega procesa med porabniki električne energije.

Glavne vrste prenapetosti v visokonapetostnih omrežjih so prikazane na sliki 1.

riž. 1. Glavne vrste prenapetosti v visokonapetostnih omrežjih

Notranja prenapetost, ki jo povzročajo nihanja elektromagnetne energije, ki je shranjena v elementih električnega tokokroga ali jo dovajajo generatorji. Glede na pogoje nastanka in možno trajanje izpostavljenosti izolaciji ločimo stacionarne, kvazistacionarne in preklopne prenapetosti.

Preklopne prenapetosti — pojavijo se med nenadnimi spremembami parametrov vezja ali omrežja (načrtovano in zasilno preklapljanje linij, transformatorjev itd.), Pa tudi kot posledica zemeljskih napak in med fazami. Pri vklapljanju ali izklapljanju elementov električnega omrežja (linijski vodniki ali navitja transformatorjev in reaktorjev) (prekinitev prenosa energije) prihaja do oscilacijskih prehodov, ki lahko vodijo do znatnih prenapetosti. Ko pride do korone, imajo izgube blažilni učinek na prve vrhove teh prenapetosti.

Prekinitev kapacitivnih tokov električnih tokokrogov lahko spremljajo ponavljajoči se obloki v odklopniku in ponavljajoči se prehodi in prenapetosti ter sprožitev majhnih induktivnih tokov pri prostem teku transformatorjev — prisilna prekinitev obloka v odklopniku in nihajni prehod energije polja magnetnega transformatorja v energiji električnega polja njegovih vzporednih moči. Z obločnimi zemeljskimi napakami v omrežju z izolirano nevtralnostjo opaženi so tudi večkratni udarci obloka in pojav ustreznih valov obloka.

Glavni razlog za pojav kvazistacionarnih prenapetosti je kapacitivni učinek, ki ga povzroči na primer enostranski daljnovod, ki ga napajajo generatorji.

Asimetrični načini napeljave, ki se pojavijo, na primer, ko je ena faza v kratkem stiku z maso, prekinitev žice, ena ali dve fazi odklopnika, lahko povzroči nadaljnje povečanje napetosti osnovne frekvence ali povzroči prenapetosti pri nekaterih višjih harmonikih — večkratnik frekvence generatorja EMF ….

Vsak element sistema z nelinearnimi karakteristikami, na primer transformator z nasičenim magnetnim jedrom, je lahko tudi vir višjih ali nižjih harmonikov in ustreznih feroresonančnih prenapetosti. Če obstaja vir mehanske energije, ki periodično spreminja parameter vezja (induktivnost generatorja) v času z lastno frekvenco električnega vezja, lahko pride do parametrične resonance.

V nekaterih primerih je treba upoštevati tudi možnost notranjih prenapetosti, ki se pojavljajo s povečano večkratnostjo, ko je naloženih več komutacij ali drugih neugodnih dejavnikov.

Za omejitev preklopnih prenapetosti v omrežjih 330-750 kV, kjer se stroški izolacije izkažejo za še posebej velike, močna omejevalniki ventilov ali reaktorji. V omrežjih z nižjimi napetostnimi razredi se odvodniki ne uporabljajo za omejevanje notranjih prenapetosti, karakteristike odvodnikov strele pa so izbrane tako, da ne sprožijo ob notranjih prenapetostih.

Utripi strele se nanašajo na zunanje prenapetosti in se pojavijo, ko so izpostavljeni zunanjim emfom. Največji udari strele se pojavijo, ko pride do neposrednega udara strele v daljnovod in transformatorsko postajo. Zaradi elektromagnetne indukcije bližnji udar strele povzroči induciran sunek, ki običajno povzroči nadaljnje povečanje izolacijske napetosti. Doseganje transformatorske postaje ali električnega stroja, širjenje od točke poraza elektromagnetni valovi, lahko povzročijo nevarne prenapetosti na njihovi izolaciji.

Za zagotovitev zanesljivega delovanja omrežja je potrebno izvesti njegovo učinkovito in ekonomično zaščito pred strelo. Zaščita pred direktnim udarom strele se izvaja s pomočjo visokega vertikalnega strelovoda in strelovodnih kablov nad vodniki nadzemnih vodov nad 110 kV.

Zaščita pred prenapetostmi, ki prihajajo iz voda, se izvaja z ventilskimi in cevnimi odvodniki RTP z izboljšano zaščito pred strelo na pristopih k RTP na vodih vseh napetostnih razredov.Zagotoviti je treba posebej zanesljivo zaščito pred strelo rotacijskih strojev s posebnimi odvodniki, kondenzatorji, reaktorji, kabelskimi vložki in izboljšano zaščito pred strelo za približevanje nadzemnega voda.

Uporaba ozemljitve nevtralnega dela omrežja s pomočjo obločne tuljave, samodejnega ponovnega vklopa in krajšanja vodov, skrbnega preprečevanja izolacije, zaustavitve in ozemljitve močno povečajo zanesljivost vodov.

Upoštevati je treba, da se dielektrična trdnost izolacije zmanjšuje s povečanjem trajanja izpostavljenosti napetosti. V tem pogledu notranje in zunanje prenapetosti enake amplitude predstavljajo različno nevarnost za izolacijo. Tako stopnje izolacije ni mogoče označiti z eno samo vrednostjo vzdržljive napetosti.

Izbira zahtevane stopnje izolacije, tj. izbira testnih napetosti, tako imenovana izolacijska koordinacija, je nemogoča brez temeljite analize prenapetosti, ki se pojavljajo v sistemu.

Problem koordinacije izolacije je eden glavnih problemov. To stanje je posledica dejstva, da je uporaba ene ali druge nazivne napetosti na koncu določena z razmerjem med stroški izolacije in stroški prevodnih elementov v sistemu.

Problem koordinacije izolacije vključuje kot osnovno nalogo — nastavitev ravni izolacije sistema ... Koordinacija izolacije mora temeljiti na določenih amplitudah in valovnih oblikah uporabljenih prenapetosti.

Trenutno se koordinacija izolacije v sistemu do 220 kV izvaja za atmosferske prenapetosti, nad 220 kV pa mora biti usklajena z upoštevanjem notranjih prenapetosti.

Bistvo usklajevanja izolacije pri atmosferskih sunkih je usklajevanje (usklajevanje) impulznih karakteristik izolacije z lastnostmi ventilov, kot glavne naprave za omejevanje atmosferskih sunkov. Glede na študijo je sprejet standardni val preskusne napetosti.

Pri usklajevanju notranjih prenapetosti se zaradi večje raznolikosti oblik razvoja notranjih prenapetosti ni mogoče osredotočiti na uporabo ene same zaščitne naprave. Potrebno kratkost mora zagotoviti omrežna shema: ranžirni reaktorji, uporaba stikal brez ponovnega vžiga, uporaba posebnih iskrišč.

Za notranje prenapetosti normalizacija valovnih oblik preskusa izolacije še ni bila izvedena do nedavnega. Veliko gradiva se je že nabralo in ustrezna normalizacija testnih valov bo verjetno izvedena v bližnji prihodnosti.