Overspanning in elektrische netwerken

Overspanning is een spanning die de amplitude van de hoogste bedrijfsspanning (Unom) op de isolatie van de elementen van het elektrische netwerk overschrijdt. Afhankelijk van de plaats van toepassing worden fase, tussenfase, interne wikkelingen en overspanning tussen contacten onderscheiden. Deze laatste treden op wanneer er spanning wordt aangelegd tussen open contacten van dezelfde fasen van schakelapparaten (schakelaars, scheiders).

De volgende overspanningskarakteristieken worden onderscheiden:

• maximale waarde Umax of multipliciteit K = Umax / Unom;

• duur van blootstelling;

• gebogen vorm;

• de reikwijdte van de netwerkelementen.

Deze kenmerken zijn onderhevig aan statistische spreiding omdat ze van veel factoren afhangen.

Bij het bestuderen van de haalbaarheid van overspanningsbeveiligingsmaatregelen en de keuze van isolatie, moet rekening worden gehouden met de statistische kenmerken van schade (wiskundige verwachting en afwijking) als gevolg van uitvaltijd en noodreparaties van apparatuur van het stroomsysteem, evenals als gevolg van uitval van apparatuur , afwijzing van het product en verstoring van het technologische proces bij elektriciteitsverbruikers.

De belangrijkste vormen van overspanning in hoogspanningsnetten zijn weergegeven in figuur 1.

Rijst. 1. De belangrijkste soorten overspanning in hoogspanningsnetten

Interne overspanning veroorzaakt door schommelingen in de elektromagnetische energie die is opgeslagen in de elementen van het elektrische circuit of eraan wordt geleverd door generatoren. Afhankelijk van de omstandigheden van het optreden en de mogelijke duur van blootstelling aan isolatie, worden stationaire, quasi-stationaire en schakelende overspanningen onderscheiden.

Schakeloverspanningen — treden op tijdens plotselinge veranderingen in circuit- of netwerkparameters (geplande en noodschakeling van lijnen, transformatoren, enz.), evenals als gevolg van aardfouten en tussen fasen. Wanneer de elementen van het elektrische netwerk (lijngeleiders of wikkelingen van transformatoren en reactoren) worden in- of uitgeschakeld (onderbreking van de overdracht van energie), treden oscillerende transiënten op, die kunnen leiden tot aanzienlijke overspanningen. Bij het optreden van corona hebben de verliezen een dempend effect op de eerste pieken van deze overspanningen.

Onderbreking van capacitieve stromen van elektrische circuits kan gepaard gaan met herhaalde boogvorming in de stroomonderbreker en herhaalde transiënten en overspanningen en trippen van kleine inductiestromen bij stationair toerental van de transformatoren - gedwongen onderbreking van de boog in de stroomonderbreker en oscillerende overgang van de energie van het magnetische transformatorveld in de elektrische veldenergie van zijn parallelle krachten. Met vonkende aardfouten in een netwerk met een geïsoleerde nulleider er worden ook meerdere boogontladingen en het optreden van overeenkomstige boogspanningen waargenomen.

De belangrijkste reden voor het optreden van quasi-stationaire overspanningen is het capacitieve effect dat bijvoorbeeld wordt veroorzaakt door een enkelzijdige transmissielijn die wordt gevoed door generatoren.

Asymmetrische lijnmodi die bijvoorbeeld optreden wanneer een fase is kortgesloten naar aarde, een draadbreuk, een of twee fasen van de stroomonderbreker, kunnen ervoor zorgen dat de fundamentele frequentiespanning verder toeneemt of overspanning veroorzaakt bij sommige hogere harmonischen - een veelvoud van de frequentie van de EMF … generator.

Elk element van het systeem met niet-lineaire eigenschappen, bijvoorbeeld een transformator met een verzadigde magnetische kern, kan ook een bron zijn van hogere of lagere harmonischen en bijbehorende ferroresonante overspanningen. Als er een bron van mechanische energie is die periodiek de circuitparameter (generatorinductantie) verandert in de tijd met de natuurlijke frequentie van het elektrische circuit, kan parametrische resonantie optreden.

In sommige gevallen moet ook rekening worden gehouden met de mogelijkheid dat interne overspanningen optreden met een verhoogde multipliciteit wanneer verschillende commutaties of andere ongunstige factoren worden opgelegd.

Om schakeloverspanningen in netwerken 330-750 kV te beperken, waar de isolatiekosten bijzonder aanzienlijk blijken te zijn, krachtig klep begrenzers of reactoren. In netwerken met lagere spanningsklassen worden afleiders niet gebruikt om interne overspanningen te beperken en zijn de kenmerken van bliksemafleiders zo gekozen dat ze niet struikelen onder interne overspanningen.

Blikseminslagen verwijzen naar externe spanningspieken en treden op bij blootstelling aan externe emf's. De grootste bliksemschichten treden op wanneer een directe blikseminslag plaatsvindt op de lijn en het onderstation. Als gevolg van elektromagnetische inductie veroorzaakt een blikseminslag in de buurt een geïnduceerde stroomstoot, wat meestal resulteert in een verdere toename van de isolatiespanning. Een onderstation of elektrische machine bereiken, zich verspreidend vanaf het punt van de nederlaag elektromagnetische golven, kunnen gevaarlijke overspanningen op hun isolatie veroorzaken.

Om een ​​betrouwbare werking van het netwerk te garanderen, is het noodzakelijk om de effectieve en economische bliksembeveiliging te implementeren. Bescherming tegen directe blikseminslag wordt uitgevoerd met behulp van een hoge verticale bliksemafleider en bliksembeveiligingskabels boven de geleiders van bovengrondse leidingen boven 110 kV.

Bescherming tegen spanningspieken afkomstig van de lijn wordt uitgevoerd door klep- en buisafleiders van onderstations met verbeterde bliksembeveiliging op benaderingen van onderstations op lijnen van alle spanningsklassen.Het is noodzakelijk om een ​​bijzonder betrouwbare bliksembeveiliging van roterende machines te bieden met behulp van speciale afleiders, condensatoren, reactoren, kabelinvoeringen en verbeterde bliksembeveiliging voor de bovenleiding.

Het gebruik van aarding van het neutrale deel van het netwerk door middel van een vlamboogonderdrukkingsspoel, het automatisch hersluiten en inkorten van de leidingen, het zorgvuldig voorkomen van isolatie, stoppen en aarden verhogen de betrouwbaarheid van de leidingen enorm.

Opgemerkt moet worden dat de diëlektrische sterkte van de isolatie afneemt naarmate de duur van de blootstelling aan spanning toeneemt. In dit opzicht vormen interne en externe overspanningen van dezelfde amplitude een verschillend gevaar voor de isolatie. Het isolatieniveau kan dus niet worden gekenmerkt door een enkele weerstandsspanningswaarde.

Selectie van het vereiste isolatieniveau, d.w.z. selectie van testspanningen, de zogenaamde isolatiecoördinatie, is onmogelijk zonder een grondige analyse van overspanningen die in het systeem optreden.

Het probleem van isolatiecoördinatie is een van de belangrijkste problemen. Deze situatie is te wijten aan het feit dat het gebruik van een of andere nominale spanning uiteindelijk wordt bepaald door de verhouding tussen de kosten van isolatie en de kosten van geleidende elementen in het systeem.

Het isolatiecoördinatieprobleem omvat als een basistaak — het instellen van de systeemisolatieniveaus... De isolatiecoördinatie moet gebaseerd zijn op de gespecificeerde amplitudes en golfvormen van de toegepaste overspanningen.

Momenteel wordt isolatiecoördinatie in het systeem tot 220 kV gedaan voor atmosferische overspanningen, en boven 220 kV moet coördinatie worden gedaan rekening houdend met interne overspanningen.

De essentie van isolatiecoördinatie bij atmosferische pieken is de coördinatie (matching) van de impulskarakteristieken van de isolatie met de kenmerken van kleppen, als het belangrijkste apparaat om atmosferische pieken te beperken. Volgens de studie wordt de standaardgolf van de testspanning overgenomen.

Bij het coördineren van interne overspanningen is het, vanwege de grotere verscheidenheid aan vormen van ontwikkeling van interne overspanningen, onmogelijk om zich te concentreren op het gebruik van een enkel beveiligingsapparaat. Het netwerkschema moet de nodige beknoptheid bieden: shuntreactoren, gebruik van schakelaars zonder herontsteking, gebruik van speciale vonkbruggen.

Voor interne overspanningen is de normalisatie van isolatietestgolfvormen tot voor kort nog niet uitgevoerd. Er is al veel materiaal verzameld en een overeenkomstige normalisatie van de testgolven zal waarschijnlijk in de nabije toekomst worden uitgevoerd.