Prepätie v elektrických sieťach

Prepätie je napätie, ktoré presahuje amplitúdu najvyššieho prevádzkového napätia (Unom) na izolácii prvkov elektrickej siete. V závislosti od miesta aplikácie sa rozlišujú fázové, medzifázové, vnútorné vinutia a medzikontaktné prepätia. Posledné nastávajú, keď je napätie medzi otvorenými kontaktmi rovnakých fáz spínacích zariadení (spínače, odpojovače).

Rozlišujú sa nasledujúce charakteristiky prepätia:

• maximálna hodnota Umax alebo násobok K = Umax / Unom;

• trvanie expozície;

• zakrivený tvar;

• šírka rozsahu sieťových prvkov.

Tieto charakteristiky podliehajú štatistickému rozptylu, pretože závisia od mnohých faktorov.

Pri štúdiu uskutočniteľnosti opatrení na ochranu proti prepätiu a výberu izolácie je potrebné vziať do úvahy štatistické charakteristiky poškodenia (matematické očakávania a odchýlky) v dôsledku prestojov a núdzových opráv zariadení elektrizačnej sústavy, ako aj v dôsledku zlyhania zariadenia. , odmietnutie produktu a narušenie technologického procesu medzi spotrebiteľmi elektriny.

Hlavné typy prepätia vo vysokonapäťových sieťach sú znázornené na obrázku 1.

Ryža. 1. Hlavné typy prepätia vo vysokonapäťových sieťach

Vnútorné prepätie spôsobené kolísaním elektromagnetickej energie uloženej v prvkoch elektrického obvodu alebo dodávanej do neho generátormi. V závislosti od podmienok výskytu a možného trvania pôsobenia izolácie sa rozlišujú stacionárne, kvázistacionárne a spínacie prepätia.

Spínacie prepätia — vznikajú pri náhlych zmenách parametrov obvodu alebo siete (plánované a núdzové spínanie vedení, transformátorov a pod.), ako aj v dôsledku zemných porúch a medzi fázami. Pri zapínaní alebo vypínaní prvkov elektrickej siete (vodiče vedenia alebo vinutia transformátorov a reaktorov) (prerušenie prenosu energie) dochádza k oscilačným prechodným javom, ktoré môžu viesť k výrazným prepätiam. Pri výskyte koróny majú straty tlmiaci účinok na prvé vrcholy týchto prepätí.

Prerušenie kapacitných prúdov elektrických obvodov môže byť sprevádzané opakovaným iskrením v ističi a opakovanými prechodmi a prepätiami a vypínaním malých indukčných prúdov pri voľnobežných otáčkach transformátorov — nútené prerušenie oblúka v ističi a oscilačný prechod energie magnetického poľa transformátora v energii elektrického poľa jeho paralelných výkonov. So zemným oblúkom v sieti s izolovaným neutrálom sú tiež pozorované viacnásobné oblúkové údery a výskyt zodpovedajúcich oblúkových prepätí.

Hlavným dôvodom vzniku kvázistacionárnych prepätí je kapacitný efekt spôsobený napríklad jednokoncovým prenosovým vedením napájaným z generátorov.

Asymetrické režimy vedenia vyskytujúce sa napríklad vtedy, keď je jedna fáza skratovaná k zemi, prerušenie vodiča, jedna alebo dve fázy ističa, môžu spôsobiť ďalšie zvýšenie napätia základnej frekvencie alebo spôsobiť prepätia pri niektorých vyšších harmonických – násobok frekvencie generátora EMF ….

Zdrojom vyšších alebo nižších harmonických a zodpovedajúcich ferorezonančných prepätí môže byť aj akýkoľvek prvok systému s nelineárnymi charakteristikami, napríklad transformátor s nasýteným magnetickým jadrom. Ak existuje zdroj mechanickej energie, ktorý periodicky mení parameter obvodu (indukčnosť generátora) v čase s vlastnou frekvenciou elektrického obvodu, môže dôjsť k parametrickej rezonancii.

V niektorých prípadoch je potrebné vziať do úvahy aj možnosť výskytu vnútorných prepätí so zvýšenou multiplicitou pri viacerých komutáciách alebo iných nepriaznivých faktoroch.

Obmedziť spínacie prepätia v sieťach 330-750 kV, kde sa náklady na izoláciu ukazujú ako obzvlášť významné, výkonné ventilové obmedzovače alebo reaktory. V sieťach s nižšími napäťovými triedami sa zvodiče nepoužívajú na obmedzenie vnútorných prepätí a charakteristiky bleskozvodov sú volené tak, aby pri vnútorných prepätiach nevypínali.

Bleskové prepätia sa vzťahujú na vonkajšie prepätia a vyskytujú sa pri vystavení vonkajším emf. Najväčšie bleskové rázy vznikajú pri priamom údere blesku do vedenia a rozvodne. V dôsledku elektromagnetickej indukcie vytvára blízky úder blesku indukované prepätie, ktoré zvyčajne vedie k ďalšiemu zvýšeniu izolačného napätia. Dosiahnutie rozvodne alebo elektrického stroja, šírenie z bodu porážky elektromagnetické vlny, môže spôsobiť nebezpečné prepätia na ich izolácii.

Na zabezpečenie spoľahlivej prevádzky siete je potrebné realizovať jej účinnú a hospodárnu ochranu pred bleskom. Ochrana pred priamym úderom blesku sa vykonáva pomocou vysokého zvislého bleskozvodu a káblov ochrany pred bleskom nad vodičmi nadzemných vedení nad 110 kV.

Ochrana pred prepätiami z vedenia je realizovaná ventilovými a potrubnými zvodičmi rozvodní so zlepšenou ochranou pred bleskom na prístupoch k rozvodniam na vedeniach všetkých napäťových tried.Zvlášť spoľahlivú ochranu pred bleskom točivých strojov je potrebné zabezpečiť pomocou špeciálnych zvodičov, kondenzátorov, tlmiviek, káblových vložiek a vylepšenej ochrany pred bleskom pre nadzemné vedenie.

Použitie uzemnenia neutrálnej časti siete pomocou cievky na potlačenie oblúka, automatické opätovné zatváranie a skracovanie vedení, starostlivé zamedzenie izolácie, dorazy a uzemnenie značne zvyšujú spoľahlivosť vedení.

Treba poznamenať, že dielektrická pevnosť izolácie klesá so zvyšujúcim sa trvaním vystavenia napätiu. V tomto ohľade vnútorné a vonkajšie prepätia rovnakej amplitúdy predstavujú odlišné nebezpečenstvo pre izoláciu. Úroveň izolácie teda nemôže byť charakterizovaná jedinou hodnotou výdržného napätia.

Výber požadovanej úrovne izolácie, t.j. výber testovacích napätí, takzvaná koordinácia izolácie, nie je možná bez dôkladnej analýzy prepätí vyskytujúcich sa v systéme.

Problém koordinácie izolácie je jedným z hlavných problémov. Táto situácia je spôsobená skutočnosťou, že použitie jedného alebo druhého menovitého napätia je v konečnom dôsledku určené pomerom medzi nákladmi na izoláciu a nákladmi na vodivé prvky v systéme.

Problém koordinácie izolácie obsahuje ako základnú úlohu — nastavenie úrovní izolácie systému... Koordinácia izolácie musí vychádzať zo špecifikovaných amplitúd a priebehov použitých prepätí.

V súčasnosti sa koordinácia izolácie v systéme do 220 kV robí pre atmosférické prepätia a nad 220 kV sa koordinácia musí robiť s prihliadnutím na vnútorné prepätia.

Podstatou koordinácie izolácie pri atmosférických prepätiach je koordinácia (zosúladenie) impulzných charakteristík izolácie s charakteristikami ventilov, ako hlavného zariadenia na obmedzenie atmosférických prepätí. Podľa štúdie je prijatá štandardná vlna testovacieho napätia.

Pri koordinácii vnútorných prepätí sa vzhľadom na väčšiu rozmanitosť foriem rozvoja vnútorných prepätí nemožno zamerať na použitie jedného ochranného zariadenia. Potrebnú stručnosť musí zabezpečiť sieťová schéma: bočné reaktory, použitie spínačov bez opätovného zapálenia, použitie špeciálnych iskrisk.

Pre vnútorné prepätia sa normalizácia priebehov testov izolácie donedávna ešte neuskutočnila. Nahromadilo sa už veľa materiálu a v blízkej budúcnosti sa pravdepodobne uskutoční zodpovedajúca normalizácia testovacích vĺn.