Перенапряжения в распределительных сетях

При перенапряжениях к нагрузке посту-
пает больше энергии, чем ей требуется. В
зависимости от ее значения и характера последствия могут быть весьма серьезными.

Основными причинами перенапряжений являются: прямые удары молнии, импульсы
грозовых перенапряжений, набегающих с линий и коммутационные перенапряжения. Любая коммутация в системе электроснабжения вызывает переходный процесс, связанный с перенапряжением. Система состоит из совокупности индуктивностей и емкостей основного электротехнического оборудования. Подключение или отключение отдельных ее элементов ведет к установлению
нового режима. Переход от режима до коммутации к режиму после коммутации сопровождается изменениями токов в элементах системы и напряжений на них. В процессе перехода напряжение на емкостях оборудования относительно земли или между фазами может достигать величин значительно больших, чем номинальное.
Так, при пуске высоковольтного электро-
двигателя возможно возникновение перенапряжений с кратностью до 3,3 относительных единиц (о.е.) по отношению к амплитуде наибольшего рабочего напряжения, что
представляет опасность для изоляции. Перенапряжения в этом случае не зависят от
типа дугогасящей среды выключателя. Они
определяются только моментом включения
и разбросом замыкания контактов разных
фаз. Исключить эти перенапряжения регулировкой хода контактов выключателя не представляется возможным. При отключении маломасляным, вакуумным, элегазовым
или электромагнитным выключателем практически каждого двойного или двухфазного замыкания на землю в сети 6-10 кВ с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью на все присоединения, включенные на данную секцию, воздействуют перенапряжения с кратностью до
3,4 о.е. Перенапряжения могут вызывать многоместные повреждения изоляции. В результате из строя выходят сразу высоковольтные электродвигатели и кабели. В процессе включения нагрузки (трансформатора, электродвигателя, конденсаторной батареи) дугогасящая среда выключателя с позиции возникновения перенапряжений не играет никакой роли. Перенапряжения в этом случае обусловлены особенностями сети и коммутируемого присоединения, а
также моментом включения и разбросом в
замыкании контактов разных фаз выключателя.
Основными причинами перенапряжений
при отключении нагрузки, связанными с
особенностями дугогасящей среды и конструкцией выключателя, являются срез тока и эскалация напряжения. Возникает срез тока при отключении малых индуктивных токов,
таких как: неустановившиеся токи включения трансформаторов, пусковые токи электродвигателей, токи шунтирующих реакторов. Срез тока характерен для всех типов
выключателей. Причиной среза тока в выключателях с гашением дуги в газовой среде является интенсивное дутье. Оно вызывает
значительное охлаждение плазмы в дуговом
промежутке, что быстро уменьшает ее проводимости. Высокочастотные колебания, развивающиеся в контуре: емкость на шинах
– нелинейное сопротивление дуги, индуктивность и емкость присоединения, налагаются на ток 50 Гц. Это приводит к тому, что суммарный ток в дуговом промежутке пере-
ходит через ноль вызывая гашение со срезом. В вакуумных выключателях причиной среза тока является неустойчивость дуги при малых токах, так как она горит в парах
металла контактов.
При срезе тока в индуктивности нагрузки
накапливается энергия, которая затем освобождается на емкость присоединения и может вызывать перенапряжения. Кратность перенапряжений определяется индуктивностью нагрузки, емкостью присоединения и
величиной тока среза. На рис. 1 приведена
диаграмма относительных токов среза для
выключателей разного типа.
Вакуумные выключатели с хром-медными контактами вызывают наименьший ток среза. Элегазовые выключатели с гашением дуги вращением (rotary-arc type) или
автодутьём (self-pressurising type) имеют ток
среза практически такой же, как и вакуумные выключатели. Это связано с тем, что интенсивность дугогашения у них зависит
от величины протекающего тока. У компрессионных (puffer type) и комбинированных элегазовых выключателей с дополнительным поршнем токи среза выше, чем у
вакуумных выключателей. Ток среза элегазовых выключателей зависит от величины отключаемого тока, конструкции выключателя и емкости присоединения и может значительно превышать таковой для вакуумных.
Кроме величины тока, на перенапряжения при срезе, влияют индуктивность нагрузки (мощность) и емкость присоединения. При значительной длине присоединения воздушной или кабельной линии перенапряжений из-за среза тока в выключателе вообще не возникает.
Наличие активной нагрузки на вторичной
стороне отключаемого силового трансформатора также исключает возникновение перенапряжений по причине среза.

В настоящее время в сетях эксплуатируются тысячи маломасляных выключателей с токами среза гораздо больше, чем у вакуумных выключателей. Маломасляные выключатели способны создавать перенапряжения и причем более высокие, чем вакуумные. Эскалация напряжения также является
причиной перенапряжений при отключениях нагрузки. Это явление характерно только для вакуумных выключателей. Оно возникает при отключении пускового тока в процессе реверса или в заторможенных электродвигателях. Перенапряжения в этом случае могут достигать 6-7-кратных. Осциллограмма, иллюстрирующая подобный процесс, приведена на рис. 2. Анализ эксплуатационных данных позволяет установить,
что в настоящее время безотказность электрических систем промышленных предприятий не отвечает современным требованиям в полной мере. Перерывы электроснабжения
носят устойчивый характер. Доля перенапряжений в общей совокупности причин таких нарушений увеличивается. Это негативно влияет как на технологические, так и на экономические показатели потребителей
электроэнергии. Возрастает значение ущерба на предприятиях, снижается их производительность из-за вынужденных простоев и увеличения электрических потерь, вызванных нарушением технологических процессов.
Первопричинами нарушений электроснабжения, связанными с перенапряжениями, являются несовершенные способы и
средства обеспечения приемников энергией.
При этом увеличивается и вероятность возникновения аварийных режимов в распределительных сетях. Главным критерием безотказности электроснабжения является его непрерывность. Она может быть обеспечена
использованием средств защиты от перенапряжений, а именно применением нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН)- аппаратов современного поколения, пришедших на смену вентильным разрядникам

Конструктивно ОПН представляет собой
варистор, заключенный в высокопрочный
герметизированный корпус. При возникновении волн перенапряжения сопротивление варисторов в ОПН изменяется на несколько порядков с соответствующим возрастанием
тока при воздействии волны перенапряжения. Этим объясняется защитное действие ОПН, а высоколинейная вольтамперная характеристика варисторов позволяет реализовать низкий защитный уровень для всех
видов перенапряжений.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *