Перенапряжения в системах электроснабжения

Перенапряжения в системах электроснабжения

Общие положения

В процессе эксплуатации электроустановок появляются напряжения, опасные для изоляции. Появление таких напряжений связано с перенапряжениями.

Под перенапряжением понимают любые повышения напряжения до величины, опасной для изоляции электроустановок, рассчитанной на рабочее напряжение.

Для обеспечения надежной работы электроустановок возможно применение изоляции, удовлетворяющей всем видам перенапряжений, однако это приводит к неоправданному удорожанию электроустановок. В связи с этим при проектировании и эксплуатации электроустановок необходимо предусмотреть ряд мер, позволяющих защитить их от перенапряжений. Для этого необходимо знать природу и возможные уровни перенапряжений.

В зависимости от причины возникновения перенапряжения можно разделить на внутренние и внешние.

К внутренним перенапряжениям относятся режимные, коммутационные и дуговые.

Режимные перенапряжения возникают в результате изменения режима работы электроустановки, например, при резких изменениях нагрузки, отключении токов короткого замыкания и др., что сопровождается выделением энергии, запасенной в электроустановке. Величина этой энергии определяет кратность перенапряжения, определяемую отношением амплитуд перенапряжения к рабочему напряжению.

Коммутационные перенапряжения возникают при нормальной эксплуатации линий в случае включения разомкнутой на конце линии, отключении работающих вхолостую трансформаторов, асинхронных электродвигателей, линий большой емкости.

Дуговые перенапряжения могут возникнуть в сетях напряжением выше 1 кВ при однофазных замыканиях на землю через перемежающуюся дугу в сетях с изолированной нейтралью; при резонансных явлениях. Величина их превышает в 4–4,5 раза номинальное напряжение. Наибольшую кратность по отношению к номинальному напряжению имеют перенапряжения, вызванные однофазными замыканиями на землю через дугу, для ограничения которых применяют компенсацию емкостного тока замыкания на землю с помощью дугогасящих реакторов.

Компенсация емкостного тока замыкания должна применяться в следующих случаях: в сетях напряжением 35 кВ при токах замыкания на землю более 10 А; в сетях напряжением 15 – 20 кВ при токах более 15 А; в сетях напряжением 6 – 10 кВ при токах замыкания на землю соответственно 30 и 20 А.

Остальные причины возникновения перенапряжений определяют относительно небольшую кратность и при соответствующем выборе изоляции не представляют опасности для электроустановок. Поэтому электрооборудование напряжением до 220 кВ не требует специальных мер по ограничению внутренних перенапряжений.

Опасной категорией перенапряжений являются внешние воздействия на электрическую систему, обусловленные разрядами молнии, это так называемые грозовые перенапряжения. В отличие от коммутационных они не зависят от величины рабочего напряжения электроустановки. Различают два вида внешних перенапряжений – индуктированные и прямого удара молнии.

Прямой удар молнии проявляется в непосредственном контакте канала молнии с объектом и сопровождается протеканием через него тока молнии. Помимо этого встречаются вторичные проявления молнии, при которых происходит наведение потенциалов на металлические элементы конструкций, в незамкнутых металлических контурах за счет близких разрядов молнии и создания опасного искрения внутри защищаемого объекта.

Прямые и близкие удары молнии создают опасность искрения за счет заноса высокого потенциала в защищаемое здание или сооружение с протяженными металлическими конструкциями (эстакадами, кабелями, трубопроводами).

Процесс образования грозового разряда обусловлен накоплением электрических зарядов в грозовом облаке, образованием канала молнии и протеканием грозового разряда после образования канала. Образование же электрических зарядов связано со сложным процессом термодинамических и аэродинамических явлений, вызывающих восходящие воздушные потоки, в которых конденсируются молекулы воздуха и пара, образуя водяные капли с поляризацией электрических зарядов.

Молния представляет собой электрический разряд в атмосфере между облаком и землей. Нижняя часть облака обычно несет отрицательные заряды и образует с землей своеобразный конденсатор (рис. 11.1, а).

Индуктированные перенапряжения на проводах электропередачи возникают при ударе молнии в землю или при ударе в защитный трос или землю. На рис. 11.1, б, в показан процесс накопления зарядов и образования волн индуктированного перенапряжения в проводах линии при ударе в защитный трос. Амплитуда таких перенапряжений составляет 400 – 500 кВ, что представляется опасным для изоляции электроустановок и линий напряжением до 35 кВ на металлических и железобетонных опорах. Уровень изоляции таких линий можно повысить, увеличив число подвесных изоляторов в гирлянде. Отдельно стоящие металлические опоры напряжением 35 кВ и места с ослабленной изоляцией линий с деревянными опорами защищают трубчатыми разрядниками.

Перенапряжения, обусловленные прямым ударом молнии, достигают нескольких миллионов вольт и оказываются опасными для линий всех рабочих напряжений. При прямом ударе весь заряд через пораженный участок стекает в землю и величина перенапряжения зависит от сопротивления сте-канию тока.

Рис. 11.1 Распределение зарядов при стержневом (а) и тросовом (б) молниеотводе и распространение волны перенапряжения вдоль провода (в)

Измерения показывают, что токи молнии изменяются в пределах от 10 до 250 кА. Скорость изменения тока молнии (крутизна кривой) различна. При расчетах максимальная амплитуда тока прямого удара молнии принимается 200 кА при крутизне фронта волны тока 50 кА/мкс.

Защита электроустановок, производственных, жилых и общественных зданий и сооружений осуществляется комплексом защитных устройств и мероприятий, предназначенных для обеспечения безопасности людей, предохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от всевозможных взрывов, загораний и разрушений, возникающих при разрядах молнии. Этот комплекс защитных устройств и мероприятий получил название мол-ниезащита.

Следует иметь в виду, что перекрытие изоляции воздушных линий сопровождается срабатыванием зашиты и отключением. Однако длительность отключения и повторного включения столь мала, что не отражается на работе электроустановок. Повторное включение производится устройствами АПВ.

Отклонения напряжения

Одним из важнейших показателей качества электроэнергии является действующее зна

Перенапряжения в системах электроснабжения

Общие положения

В процессе эксплуатации электроустановок появляются напряжения, опасные для изоляции. Появление таких напряжений связано с перенапряжениями.

Под перенапряжением понимают любые повышения напряжения до величины, опасной для изоляции электроустановок, рассчитанной на рабочее напряжение.

Для обеспечения надежной работы электроустановок возможно применение изоляции, удовлетворяющей всем видам перенапряжений, однако это приводит к неоправданному удорожанию электроустановок. В связи с этим при проектировании и эксплуатации электроустановок необходимо предусмотреть ряд мер, позволяющих защитить их от перенапряжений. Для этого необходимо знать природу и возможные уровни перенапряжений.

В зависимости от причины возникновения перенапряжения можно разделить на внутренние и внешние.

К внутренним перенапряжениям относятся режимные, коммутационные и дуговые.

Режимные перенапряжения возникают в результате изменения режима работы электроустановки, например, при резких изменениях нагрузки, отключении токов короткого замыкания и др., что сопровождается выделением энергии, запасенной в электроустановке. Величина этой энергии определяет кратность перенапряжения, определяемую отношением амплитуд перенапряжения к рабочему напряжению.

Коммутационные перенапряжения возникают при нормальной эксплуатации линий в случае включения разомкнутой на конце линии, отключении работающих вхолостую трансформаторов, асинхронных электродвигателей, линий большой емкости.

Дуговые перенапряжения могут возникнуть в сетях напряжением выше 1 кВ при однофазных замыканиях на землю через перемежающуюся дугу в сетях с изолированной нейтралью; при резонансных явлениях. Величина их превышает в 4–4,5 раза номинальное напряжение. Наибольшую кратность по отношению к номинальному напряжению имеют перенапряжения, вызванные однофазными замыканиями на землю через дугу, для ограничения которых применяют компенсацию емкостного тока замыкания на землю с помощью дугогасящих реакторов.

Компенсация емкостного тока замыкания должна применяться в следующих случаях: в сетях напряжением 35 кВ при токах замыкания на землю более 10 А; в сетях напряжением 15 – 20 кВ при токах более 15 А; в сетях напряжением 6 – 10 кВ при токах замыкания на землю соответственно 30 и 20 А.

Остальные причины возникновения перенапряжений определяют относительно небольшую кратность и при соответствующем выборе изоляции не представляют опасности для электроустановок. Поэтому электрооборудование напряжением до 220 кВ не требует специальных мер по ограничению внутренних перенапряжений.

Опасной категорией перенапряжений являются внешние воздействия на электрическую систему, обусловленные разрядами молнии, это так называемые грозовые перенапряжения. В отличие от коммутационных они не зависят от величины рабочего напряжения электроустановки. Различают два вида внешних перенапряжений – индуктированные и прямого удара молнии.

Прямой удар молнии проявляется в непосредственном контакте канала молнии с объектом и сопровождается протеканием через него тока молнии. Помимо этого встречаются вторичные проявления молнии, при которых происходит наведение потенциалов на металлические элементы конструкций, в незамкнутых металлических контурах за счет близких разрядов молнии и создания опасного искрения внутри защищаемого объекта.

Прямые и близкие удары молнии создают опасность искрения за счет заноса высокого потенциала в защищаемое здание или сооружение с протяженными металлическими конструкциями (эстакадами, кабелями, трубопроводами).

Процесс образования грозового разряда обусловлен накоплением электрических зарядов в грозовом облаке, образованием канала молнии и протеканием грозового разряда после образования канала. Образование же электрических зарядов связано со сложным процессом термодинамических и аэродинамических явлений, вызывающих восходящие воздушные потоки, в которых конденсируются молекулы воздуха и пара, образуя водяные капли с поляризацией электрических зарядов.

Молния представляет собой электрический разряд в атмосфере между облаком и землей. Нижняя часть облака обычно несет отрицательные заряды и образует с землей своеобразный конденсатор (рис. 11.1, а).

Индуктированные перенапряжения на проводах электропередачи возникают при ударе молнии в землю или при ударе в защитный трос или землю. На рис. 11.1, б, в показан процесс накопления зарядов и образования волн индуктированного перенапряжения в проводах линии при ударе в защитный трос. Амплитуда таких перенапряжений составляет 400 – 500 кВ, что представляется опасным для изоляции электроустановок и линий напряжением до 35 кВ на металлических и железобетонных опорах. Уровень изоляции таких линий можно повысить, увеличив число подвесных изоляторов в гирлянде. Отдельно стоящие металлические опоры напряжением 35 кВ и места с ослабленной изоляцией линий с деревянными опорами защищают трубчатыми разрядниками.

Перенапряжения, обусловленные прямым ударом молнии, достигают нескольких миллионов вольт и оказываются опасными для линий всех рабочих напряжений. При прямом ударе весь заряд через пораженный участок стекает в землю и величина перенапряжения зависит от сопротивления сте-канию тока.

Рис. 11.1 Распределение зарядов при стержневом (а) и тросовом (б) молниеотводе и распространение волны перенапряжения вдоль провода (в)

Измерения показывают, что токи молнии изменяются в пределах от 10 до 250 кА. Скорость изменения тока молнии (крутизна кривой) различна. При расчетах максимальная амплитуда тока прямого удара молнии принимается 200 кА при крутизне фронта волны тока 50 кА/мкс.

Защита электроустановок, производственных, жилых и общественных зданий и сооружений осуществляется комплексом защитных устройств и мероприятий, предназначенных для обеспечения безопасности людей, предохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от всевозможных взрывов, загораний и разрушений, возникающих при разрядах молнии. Этот комплекс защитных устройств и мероприятий получил название мол-ниезащита.

Следует иметь в виду, что перекрытие изоляции воздушных линий сопровождается срабатыванием зашиты и отключением. Однако длительность отключения и повторного включения столь мала, что не отражается на работе электроустановок. Повторное включение производится устройствами АПВ.