Классификация, механизм и сравнительный анализ перенапряжений энергосистем

📋Оглавление

Внешние перенапряжения: перенапряжения,-вызванные молнией

Внутренние перенапряжения:-генерируемые системой переходные процессы

• Временные перенапряжения
• Коммутационные перенапряжения
• Резонансные перенапряжения

Сводная сравнительная таблица

Внешние перенапряжения: перенапряжения,-вызванные молнией

 

Также известен какатмосферные перенапряжения, они возникают в результате разрядов молнии и подразделяются на три подтипа:

• 1.1 Прямые удары молнии

Когда молния попадает непосредственно в провод воздушной линии или открытое оборудование, возникающее в результате перенапряжение может достигатьмиллионы вольтв микросекундах. Этот сильный стресс может вызвать:

Перекрытие между фазами или на землю

Постоянное повреждение изоляции

Плавление проводника или разрушение оборудования

• 1.2 Обратные флэшоверы (контратаки)

Когда молния ударяет в опору электропередачи или заземляющую конструкцию, потенциал опоры быстро возрастает. Если сопротивление заземления слишком велико, повышение потенциала может превысить уровень изоляции иразряд обратно в токоведущие проводники- вызывает эффект, почти такой же серьезный, как и прямой удар.

• 1.3 Наведенные грозовые перенапряжения

Даже без прямого попадания ближайший удар молнии может вызвать переходные напряжения в линиях электропередачи и связи черезсвязь с электромагнитным полем. Эти индуцированные выбросы меньше по величине, но гораздо более часты и все же могут повредить чувствительные электронные системы управления.

 

⚡Характеристики грозового перенапряжения:

Атрибут	Ценить
Продолжительность	Десятки микросекунд (импульсная форма сигнала)
Амплитуда	Up to >1 миллион вольт
Частота	Зависит от местной грозовой активности (кераунический уровень)
Диапазон воздействия	Наиболее важно для систем напряжением менее или равным 220 кВ.

🛡️ Общие меры защиты:

Провода верхнего экрана (заземляющие провода)

Системы заземления с низким-импедансом

Ограничители перенапряженияна входах в линии и терминалах оборудования

Экранированные кабели для ответственных фидеров

Внутренние перенапряжения:-генерируемые системой переходные процессы

 

В отличие от молнии,внутренние перенапряженияпроисходят из-за изменений в собственном рабочем состоянии энергосистемы -, таких как операции переключения, неисправности или условия резонанса.

• 2.1 Временные перенапряжения (силовые-частотные перенапряжения)

Это устойчивое повышение напряжения-частоты мощности, которое длится отнесколько циклов до нескольких секунд. Обычно они возникают во время:

Эффект Ферранти- На длинных, слабонагруженных линиях передачи распределенная емкость линии приводит к тому, что напряжение на принимающем-конце превышает напряжение на передающем-конце. Это особенно актуально для длинных кабельных фидеров в городских распределительных сетях.

Однофазные-фазы-на-замыкания на землю- В незаземленных или резонансно-заземленных системах напряжение на здоровых фазах может возрасти в √3 раза (≈1,73×) от нормального фазного напряжения во время замыкания на землю.

Отказ от нагрузки- При внезапном отключении большой нагрузки автоматические регуляторы напряжения генератора могут проскочить до стабилизации, что приведет к кратковременному повышению напряжения.

Характеристика:Умеренные кратные перенапряжения (обычно<1.5× rated) but long duration - which can cause thermal stress on equipment.

• 2.2 Коммутационные перенапряжения

Это быстро-затухающие переходные перенапряжения, вызванныеоперации автоматического выключателя или переключателя. Общие сценарии включают в себя:

Подача напряжения на линии без-нагрузки- При включении выключателя для подачи питания на длинную линию передачи или кабель.

Операции повторного включения- Автоматическое повторное включение после кратковременного повреждения.

Обесточивание-трансформаторов или реакторов- Прерывание малых индуктивных токов.

Дуговые-перенапряжения на заземление- Периодические дуговые замыкания в незаземленных системах (часто встречаются в распределительных сетях 6–35 кВ).

Характеристика:Случайное возникновение, затухание в течение миллисекунд, но может достигать2,5–3,5× номинальное напряжениев наихудших-случаях.

• 2.3 Резонансные перенапряжения

Резонансные перенапряжения возникают, когдаиндуктивные и емкостные реактивные сопротивленияв сети становятся сбалансированными на частоте сети или близкой к ней (или частоте гармоник). Они особенно опасны, поскольку могут выдерживать высокое напряжение в течение длительного времени.

Подтип	Механизм	Общие места
Линейный резонанс	Постоянные параметры L и C	Длинные кабели, батареи конденсаторов
Феррорезонанс	Индукторы с насыщающимся железным-сердечником (например, трансформаторы)	Незаземленные нейтрали трансформатора, цепи ТН
Параметрический резонанс	Параметры, изменяющиеся-во времени	Вращающиеся машины, специальные приводы

⚠️ Почему феррорезонанс заслуживает особого внимания:

В системах распределения среднего-напряжения феррорезонанс может возникать, когда на трансформатор подается питание через кабель с высокой емкостью или когда однофазное переключение-оставляет трансформатор подключенным только через одну или две фазы. Результатом может быть:

Устойчивое перенапряжение до 3× номинального значения

Сильный шум и вибрация

Термическое повреждение сердечников и обмоток трансформатора.

Стратегии защиты включают в себя:резисторы заземления нейтрали, демпфирующие цепи и управляемые коммутационные устройства.

Сводная сравнительная таблица

 

Тип перенапряжения	Основная причина	Типичная продолжительность	Диапазон амплитуд	Доминирующий риск для
⚡ Молния	Прямые/индуцированные удары	Микросекунды (импульс)	Up to >1 МВ	Меньше или равно системам 220 кВ
⏳ Временный	Замыкания на землю, сброс нагрузки, эффект Ферранти	Циклы в секунды	1,1–1,5× номинальный	Длинные кабельные фидеры, линии сверхвысокого напряжения
🔘 Переключение	Операции выключателя, повторное включение	Миллисекунды	2,5–3,5× номинальный	Больше или равно системам 300 кВ (но также сетям среднего напряжения)
🌀 Резонансный	LC-резонанс (линейный/ферро/параметрический)	Устойчивое (стационарное-состояние)	До 3× рейтинга	Незаземленные системы среднего напряжения, нейтраль трансформатора