Přepětí v elektrických sítích

Přepětí je napětí, které přesahuje amplitudu nejvyššího provozního napětí (Unom) na izolaci prvků elektrické sítě. Podle místa aplikace se rozlišují fázové, mezifázové, vnitřní vinutí a mezikontaktní přepětí. K poslednímu jmenovanému dochází, když je napětí přivedeno mezi otevřené kontakty stejných fází spínacích zařízení (spínače, odpojovače).

Rozlišují se následující charakteristiky přepětí:

• maximální hodnota Umax nebo násobek K = Umax / Unom;

• trvání expozice;

• zakřivený tvar;

• šířka rozsahu síťových prvků.

Tyto charakteristiky podléhají statistickému rozptylu, protože závisí na mnoha faktorech.

Při studiu proveditelnosti opatření přepěťové ochrany a výběru izolace je nutné vzít v úvahu statistické charakteristiky poškození (matematické očekávání a odchylky) v důsledku prostojů a nouzových oprav zařízení energetické soustavy, jakož i v důsledku poruchy zařízení. , odmítnutí produktu a narušení technologického procesu mezi spotřebiteli elektřiny.

Hlavní typy přepětí ve vysokonapěťových sítích jsou znázorněny na obrázku 1.

Rýže. 1. Hlavní typy přepětí v sítích vysokého napětí

Vnitřní přepětí způsobené kolísáním elektromagnetické energie uložené v prvcích elektrického obvodu nebo do něj dodávané generátory. Podle podmínek vzniku a možné doby trvání izolace se rozlišují stacionární, kvazistacionární a spínací přepětí.

Spínací přepětí — vznikají při náhlých změnách parametrů obvodu nebo sítě (plánované a nouzové spínání vedení, transformátorů atd.), dále v důsledku zemních poruch a mezi fázemi. Při zapínání nebo vypínání prvků elektrické sítě (vodiče vedení nebo vinutí transformátorů a tlumivek) (přerušení přenosu energie) dochází k oscilačním přechodovým dějům, které mohou vést ke značným přepětím. Při výskytu korony mají ztráty tlumící účinek na první vrcholy těchto přepětí.

Přerušení kapacitních proudů elektrických obvodů může být doprovázeno opakovaným obloukem v jističi a opakovanými přechodovými jevy a přepětími a vypínáním malých indukčních proudů při volnoběžných otáčkách transformátorů — nucené přerušení oblouku v jističi a oscilační přechod energie magnetického pole transformátoru v energii elektrického pole jeho paralelních výkonů. Se zemním obloukem v síti s izolovaným neutrálem jsou také pozorovány vícenásobné obloukové rázy a výskyt odpovídajících obloukových rázů.

Hlavním důvodem vzniku kvazistacionárních přepětí je kapacitní efekt způsobený např. jednokoncovým přenosovým vedením napájeným z generátorů.

Asymetrické režimy vedení, ke kterým dochází například, když je jedna fáze zkratována k zemi, přerušení vodiče, jedna nebo dvě fáze jističe, mohou způsobit další zvýšení napětí základní frekvence nebo způsobit přepětí při některých vyšších harmonických — násobek frekvence generátoru EMF ….

Zdrojem vyšších nebo nižších harmonických a odpovídajících ferorezonančních přepětí může být také jakýkoli prvek systému s nelineární charakteristikou, například transformátor s nasyceným magnetickým jádrem. Pokud existuje zdroj mechanické energie, který periodicky mění parametr obvodu (indukčnost generátoru) v čase s vlastní frekvencí elektrického obvodu, může dojít k parametrické rezonanci.

V některých případech je také nutné počítat s možností výskytu vnitřních přepětí se zvýšenou multiplicitou při více komutacích nebo jiných nepříznivých faktorech.

Omezit spínací přepětí v sítích 330-750 kV, kde se náklady na izolaci ukazují jako zvláště významné, výkonné ventilové omezovače nebo reaktory. V sítích s nižšími napěťovými třídami se svodiče nepoužívají k omezení vnitřních přepětí a charakteristiky bleskojistů jsou voleny tak, aby při vnitřních přepětích nevypínaly.

Bleskové rázy se vztahují k externím rázům a vyskytují se při vystavení vnějšímu emf. K největším bleskovým rázům dochází při přímém úderu blesku do vedení a rozvodny. Vlivem elektromagnetické indukce vytvoří blízký úder blesku indukované přepětí, které má obvykle za následek další zvýšení izolačního napětí. Dosažení rozvodny nebo elektrického stroje, šíření z místa porážky elektromagnetické vlny, může způsobit nebezpečné přepětí na jejich izolaci.

Pro zajištění spolehlivého provozu sítě je nutné realizovat její účinnou a hospodárnou ochranu před bleskem. Ochrana před přímým úderem blesku se provádí pomocí vysokého svislého hromosvodu a kabelů ochrany před bleskem nad svody venkovních vedení nad 110 kV.

Ochrana proti přepětí z vedení je prováděna ventilovými a potrubními svodidly rozvoden se zlepšenou ochranou před bleskem na přístupech k rozvodnám na vedeních všech napěťových tříd.U točivých strojů je nutné zajistit zejména spolehlivou ochranu před bleskem pomocí speciálních svodičů, kondenzátorů, tlumivek, kabelových vložek a vylepšené ochrany před bleskem pro nájezd trolejového vedení.

Spolehlivost vedení značně zvyšuje použití uzemnění neutrální části sítě pomocí zhášecí cívky, automatické opětovné zapínání a zkracování vedení, pečlivé zamezení izolace, dorazy a uzemnění.

Je třeba poznamenat, že dielektrická pevnost izolace klesá s rostoucí dobou vystavení napětí. V tomto ohledu představují vnitřní a vnější přepětí stejné amplitudy různé nebezpečí pro izolaci. Úroveň izolace tedy nemůže být charakterizována jedinou hodnotou výdržného napětí.

Volba požadované úrovně izolace, tzn. výběr zkušebních napětí, tzv. koordinace izolace, není možný bez důkladné analýzy přepětí vyskytujících se v systému.

Problém koordinace izolace je jedním z hlavních problémů. Tato situace je způsobena skutečností, že použití jednoho nebo druhého jmenovitého napětí je nakonec určeno poměrem mezi náklady na izolaci a náklady na vodivé prvky v systému.

Problém koordinace izolace obsahuje jako základní úkol — nastavení úrovní izolace systému… Koordinace izolace musí vycházet ze specifikovaných amplitud a průběhů použitých přepětí.

V současné době se koordinace izolace v systému do 220 kV provádí pro atmosférická přepětí a nad 220 kV musí být koordinace provedena s ohledem na vnitřní přepětí.

Podstatou koordinace izolace při atmosférických přepětích je koordinace (spárování) impulsních charakteristik izolace s charakteristikami ventilů, jako hlavního zařízení pro omezování atmosférických přepětí. Podle studie je přijata standardní vlna zkušebního napětí.

Při koordinaci vnitřních přepětí se vzhledem k větší rozmanitosti forem rozvoje vnitřních přepětí nelze zaměřit na použití jednoho ochranného zařízení. Potřebnou stručnost musí zajistit schéma sítě: bočníkové tlumivky, použití spínačů bez opětovného zapálení, použití speciálních jiskřišť.

U vnitřních přepětí nebyla donedávna ještě normalizace průběhů izolačních testů provedena. Již bylo nashromážděno mnoho materiálu a v blízké budoucnosti bude pravděpodobně provedena odpovídající normalizace zkušebních vln.