Supratensiune în rețelele electrice

Supratensiunea este o tensiune care depășește amplitudinea celei mai mari tensiuni de funcționare (Unom) pe izolarea elementelor rețelei electrice. În funcție de locul de aplicare, se disting faza, interfaza, înfășurările interne și supratensiunea între contacte. Acestea din urmă apar atunci când se aplică tensiune între contactele deschise ale acelorași faze ale dispozitivelor de comutare (întrerupătoare, deconectatoare).

Se disting următoarele caracteristici de supratensiune:

• valoarea maximă Umax sau multiplicitatea K = Umax / Unom;

• durata expunerii;

• formă curbată;

• lățimea domeniului de aplicare a elementelor de rețea.

Aceste caracteristici sunt supuse dispersării statistice deoarece depind de mulți factori.

Atunci când se studiază fezabilitatea măsurilor de protecție la supratensiune și alegerea izolației, este necesar să se țină cont de caracteristicile statistice ale daunelor (așteptări matematice și abateri) din cauza timpului de nefuncționare și a reparațiilor de urgență ale echipamentelor sistemului de alimentare, precum și din cauza defecțiunii echipamentului. , respingerea produsului și perturbarea procesului tehnologic în rândul consumatorilor de energie electrică.

Principalele tipuri de supratensiune în rețelele de înaltă tensiune sunt prezentate în Figura 1.

Orez. 1. Principalele tipuri de supratensiune în rețelele de înaltă tensiune

Supratensiune internă cauzată de fluctuațiile energiei electromagnetice stocate în elementele circuitului electric sau furnizate acestuia de generatoare. În funcție de condițiile de apariție și de durata posibilă de expunere la izolație, se disting supratensiunile staționare, cvasi-staționare și de comutare.

Supratensiunile de comutare — apar în timpul modificărilor bruște ale parametrilor circuitului sau rețelei (comutații planificate și de urgență ale liniilor, transformatoarelor etc.), precum și ca urmare a defecțiunilor la pământ și între faze. Atunci când elementele rețelei electrice (conductoare de linie sau înfășurări ale transformatoarelor și reactoarelor) sunt pornite sau oprite (întreruperea transmiterii energiei), apar tranzitorii oscilatorii, care pot duce la supratensiuni semnificative. Când apare corona, pierderile au un efect de amortizare asupra primelor vârfuri ale acestor supratensiuni.

Întreruperea curenților capacitivi ai circuitelor electrice poate fi însoțită de arcul repetat în întrerupător și de tranzitorii și supratensiuni repetate și declanșarea curenților inductivi mici la turația de mers în gol a transformatoarelor - întreruperea forțată a arcului în întrerupător și tranziția oscilativă a energiei a câmpului transformatorului magnetic în energia câmpului electric a puterilor sale paralele. Cu defecțiuni la pământ cu arc într-o rețea cu un neutru izolat Se observă, de asemenea, lovituri multiple de arc și apariția supratensiunilor de arc corespunzătoare.

Principalul motiv pentru apariția supratensiunilor cvasi-staționare este efectul capacitiv cauzat, de exemplu, de o linie de transport cu un singur capăt alimentată de generatoare.

Modurile de linie asimetrice care apar, de exemplu, atunci când o fază este scurtcircuitată la masă, o întrerupere a firului, una sau două faze ale întreruptorului, pot determina creșterea în continuare a tensiunii de frecvență fundamentală sau pot cauza supratensiuni la unele armonici mai mari - multiplu al frecvenței a generatorului EMF....

Orice element al sistemului cu caracteristici neliniare, de exemplu un transformator cu miez magnetic saturat, poate fi, de asemenea, o sursă de armonici mai mari sau mai mici și supratensiuni ferorezonante corespunzătoare. Dacă există o sursă de energie mecanică care modifică periodic parametrul circuitului (inductanța generatorului) în timp cu frecvența naturală a circuitului electric, poate apărea rezonanța parametrică.

În unele cazuri, este necesar să se țină cont și de posibilitatea ca supratensiuni interne să apară cu multiplicitate crescută atunci când sunt impuse mai multe comutații sau alți factori nefavorabili.

Pentru a limita supratensiunile de comutare în rețelele 330-750 kV, unde costul izolației se dovedește a fi deosebit de semnificativ, puternic restrictoare de supape sau reactoare. În rețelele cu clase mai mici de tensiune, descărcătoarele nu sunt folosite pentru a limita supratensiunile interne, iar caracteristicile descărcătoarelor sunt alese astfel încât să nu declanșeze sub supratensiuni interne.

Surplusurile de fulger se referă la supratensiuni externe și apar atunci când sunt expuse la femele externe. Cele mai mari supratensiuni de fulger apar atunci când are loc un fulger direct pe linie și substație. Datorită inducției electromagnetice, un fulger în apropiere creează o supratensiune indusă, care de obicei are ca rezultat o creștere suplimentară a tensiunii de izolație. Ajungerea la o substație sau o mașină electrică, răspândirea din punctul de înfrângere undele electromagnetice, pot provoca supratensiuni periculoase la izolarea acestora.

Pentru a asigura funcționarea fiabilă a rețelei, este necesar să se implementeze protecția eficientă și economică împotriva trăsnetului. Protecția împotriva loviturilor directe de trăsnet se realizează cu ajutorul unui paratrăsnet vertical înalt și al cablurilor de protecție împotriva trăsnetului deasupra conductoarelor liniilor aeriene de peste 110 kV.

Protecția împotriva supratensiunilor provenite de la linie se realizează prin descărcătoare de supape și conducte ale substațiilor cu protecție îmbunătățită împotriva trăsnetului la abordările de substații pe liniile de toate clasele de tensiune.Este necesar să se asigure o protecție deosebit de fiabilă împotriva trăsnetului mașinilor rotative cu ajutorul unor descărcători speciale, condensatoare, reactoare, inserții de cablu și protecție îmbunătățită împotriva trăsnetului pentru abordarea liniilor aeriene.

Utilizarea legăturii la pământ a părții neutre a rețelei prin intermediul unei bobine de suprimare a arcului, reînchiderea automată și scurtarea liniilor, prevenirea atentă a izolației, opririle și împământarea cresc foarte mult fiabilitatea liniilor.

Trebuie remarcat faptul că rigiditatea dielectrică a izolației scade odată cu creșterea duratei de expunere la tensiune. În acest sens, supratensiunile interne și externe de aceeași amplitudine prezintă un pericol diferit pentru izolație. Astfel, nivelul de izolație nu poate fi caracterizat printr-o singură valoare a tensiunii de rezistență.

Selectarea nivelului necesar de izolare, de ex. selectarea tensiunilor de testare, așa-numita coordonare a izolației, este imposibilă fără o analiză amănunțită a supratensiunilor care apar în sistem.

Problema coordonării izolației este una dintre problemele principale. Această situație se datorează faptului că utilizarea uneia sau alteia tensiuni nominale este determinată în cele din urmă de raportul dintre costul izolației și costul elementelor conductoare din sistem.

Problema de coordonare a izolației include ca sarcină de bază — stabilirea nivelurilor de izolare a sistemului... Coordonarea izolației trebuie să se bazeze pe amplitudinile și formele de undă specificate ale supratensiunilor aplicate.

În prezent, coordonarea izolației în sistem până la 220 kV se face pentru supratensiunile atmosferice, iar coordonarea peste 220 kV trebuie făcută ținând cont de supratensiunile interne.

Esența coordonării izolației în supratensiunile atmosferice este coordonarea (potrivirea) caracteristicilor de impuls ale izolației cu caracteristicile supapelor, ca principal dispozitiv de limitare a supratensiunilor atmosferice. Conform studiului, se adoptă valul standard al tensiunii de testare.

La coordonarea supratensiunilor interne, din cauza varietății mai mari de forme de dezvoltare a supratensiunilor interne, este imposibil să se concentreze asupra utilizării unui singur dispozitiv de protecție. Concizia necesară trebuie să fie asigurată de schema de rețea: reactoare de șunt, utilizarea întrerupătoarelor fără re-aprindere, utilizarea eclatoarelor speciale.

Pentru supratensiunile interne, normalizarea formelor de undă de testare a izolației nu a fost încă efectuată până de curând. S-a acumulat deja o mulțime de material și o normalizare corespunzătoare a undelor de testare este probabil să fie efectuată în viitorul apropiat.