Prenapon u električnim mrežama

Prenapon je napon koji prelazi amplitudu najvišeg radnog napona (Unom) na izolaciji elemenata električne mreže. Ovisno o mjestu primjene razlikuju se fazni, međufazni, unutarnji namoti i međukontaktni prenapon. Potonji se javljaju kada se napon primjenjuje između otvorenih kontakata istih faza sklopnih uređaja (prekidači, rastavljači).

Razlikuju se sljedeće karakteristike prenapona:

• najveća vrijednost Umax ili višestrukost K = Umax / Unom;

• trajanje izloženosti;

• zakrivljeni oblik;

• širina opsega mrežnih elemenata.

Ove karakteristike su podložne statističkoj disperziji jer ovise o mnogim čimbenicima.

Prilikom proučavanja izvedivosti mjera zaštite od prenapona i izbora izolacije potrebno je uzeti u obzir statističke karakteristike oštećenja (matematičko očekivanje i odstupanje) uslijed zastoja i hitnih popravaka opreme elektroenergetskog sustava, kao i zbog kvara opreme. , odbacivanje proizvoda i poremećaj tehnološkog procesa među potrošačima električne energije.

Glavne vrste prenapona u visokonaponskim mrežama prikazane su na slici 1.

Riža. 1. Glavne vrste prenapona u visokonaponskim mrežama

Unutarnji prenapon uzrokovan fluktuacijama elektromagnetske energije pohranjene u elementima električnog kruga ili koju mu dovode generatori. Ovisno o uvjetima nastanka i mogućem trajanju izloženosti izolaciji, razlikuju se stacionarni, kvazistacionarni i sklopni prenaponi.

Sklopni prenaponi — nastaju tijekom iznenadnih promjena u parametrima strujnog kruga ili mreže (planirano i hitno uključivanje vodova, transformatora itd.), kao i kao rezultat zemljospoja i između faza. Prilikom uključivanja ili isključivanja elemenata električne mreže (linijski vodiči ili namoti transformatora i prigušnica) (prekid prijenosa energije) dolazi do oscilatornih prijelaza koji mogu dovesti do značajnih prenapona. Kada dođe do korone, gubici imaju prigušujući učinak na prve vrhove ovih prenapona.

Prekid kapacitivnih struja električnih krugova može biti popraćen ponovljenim stvaranjem luka u prekidaču i ponovljenim prijelaznim pojavama i prenaponima i okidanjem malih induktivnih struja pri praznom hodu transformatora — prisilnim prekidom luka u prekidaču i oscilatornim prijelazom energije polja magnetskog transformatora u energiji električnog polja njegovih paralelnih snaga. S lučnim zemljospojem u mreži s izoliranim neutralom također se opažaju višestruki udari luka i pojava odgovarajućih lučnih udara.

Glavni razlog za pojavu kvazistacionarnih prenapona je kapacitivni učinak uzrokovan, na primjer, jednostranim dalekovodom napajanim generatorima.

Asimetrični načini rada koji se javljaju, na primjer, kada je jedna faza kratko spojena na masu, prekid žice, jedne ili dvije faze prekidača, mogu uzrokovati daljnje povećanje napona osnovne frekvencije ili uzrokovati prenapone na nekim višim harmonicima — višestrukim frekvencijama EMF … generatora.

Svaki element sustava s nelinearnim karakteristikama, na primjer transformator sa zasićenom magnetskom jezgrom, također može biti izvor viših ili nižih harmonika i odgovarajućih ferorezonantnih prenapona. Ako postoji izvor mehaničke energije koji povremeno mijenja parametar kruga (induktivitet generatora) u vremenu s prirodnom frekvencijom električnog kruga, može doći do parametarske rezonancije.

U nekim slučajevima, također je potrebno uzeti u obzir mogućnost unutarnjih prenapona koji se javljaju s povećanim višestrukošću kada je nametnuto nekoliko komutacija ili drugi nepovoljni čimbenici.

Za ograničavanje sklopnih prenapona u mrežama 330-750 kV, gdje se trošak izolacije pokazuje posebno značajnim, moćan restriktori ventila odnosno reaktorima. U mrežama s nižim naponskim razredima odvodnici se ne koriste za ograničavanje unutarnjih prenapona, a karakteristike gromobranskih odvodnika su odabrane tako da ne okidaju pod unutarnjim prenaponima.

Udari munje odnose se na vanjske udare i javljaju se kada su izloženi vanjskim emf-ima. Najveći udari groma nastaju pri izravnom udaru groma u vod i trafostanicu. Zbog elektromagnetske indukcije, obližnji udar munje stvara inducirani udar, koji obično rezultira daljnjim povećanjem izolacijskog napona. Dosezanje trafostanice ili električnog stroja, širenje od točke poraza Elektromagnetski valovi, mogu izazvati opasne prenapone na njihovoj izolaciji.

Da bi se osigurao pouzdan rad mreže, potrebno je implementirati njenu učinkovitu i ekonomičnu zaštitu od munje. Zaštita od izravnog udara groma provodi se pomoću visokog vertikalnog gromobrana i gromobranske užadi iznad vodiča nadzemnih vodova iznad 110 kV.

Zaštita od prenapona koji dolaze iz voda provodi se ventilskim i cijevnim odvodnicima trafostanica s poboljšanom gromobranskom zaštitom na prilazima trafostanicama na vodovima svih naponskih razreda.Potrebno je osigurati posebno pouzdanu zaštitu od groma rotacijskih strojeva uz pomoć posebnih odvodnika, kondenzatora, reaktora, kabelskih uložaka i poboljšane zaštite od groma za pristup nadzemnom vodu.

Korištenje uzemljenja neutralnog dijela mreže pomoću zavojnice za gašenje luka, automatsko ponovno uključivanje i skraćivanje vodova, pažljivo sprječavanje izolacije, zaustavljanja i uzemljenja uvelike povećavaju pouzdanost vodova.

Treba napomenuti da dielektrična čvrstoća izolacije opada s povećanjem trajanja izloženosti naponu. U tom pogledu unutarnji i vanjski prenaponi iste amplitude predstavljaju različitu opasnost za izolaciju. Stoga se razina izolacije ne može okarakterizirati jednom vrijednošću podnosivog napona.

Odabir potrebne razine izolacije, tj. izbor ispitnih napona, tzv. izolacijska koordinacija, nemoguć je bez temeljite analize prenapona koji se javljaju u sustavu.

Problem koordinacije izolacije jedan je od glavnih problema. Ova situacija je zbog činjenice da je upotreba jednog ili drugog nazivnog napona u konačnici određena omjerom između cijene izolacije i cijene vodljivih elemenata u sustavu.

Problem koordinacije izolacije uključuje kao osnovni zadatak — postavljanje razina izolacije sustava... Koordinacija izolacije mora se temeljiti na specificiranim amplitudama i valnim oblicima primijenjenih prenapona.

Trenutno se koordinacija izolacije u sustavu do 220 kV radi za atmosferske prenapone, a iznad 220 kV koordinacija se mora raditi uzimajući u obzir unutarnje prenapone.

Bit koordinacije izolacije kod atmosferskih udara je koordinacija (usklađivanje) impulsnih karakteristika izolacije sa karakteristikama ventila, kao glavnog uređaja za ograničavanje atmosferskih udara. Prema studiji, usvojen je standardni val ispitnog napona.

Kod usklađivanja unutarnjih prenapona, zbog veće raznolikosti oblika razvoja unutarnjih prenapona, nemoguće je fokusirati se na korištenje jednog zaštitnog uređaja. Neophodnu sažetost mora osigurati mrežna shema: prigušnice, uporaba prekidača bez ponovnog paljenja, uporaba posebnih iskrišta.

Za unutarnje prenapone, normalizacija valnih oblika ispitivanja izolacije još nije provedena do nedavno. Puno je materijala već prikupljeno i odgovarajuća normalizacija ispitnih valova vjerojatno će se provesti u bliskoj budućnosti.