VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

 Как известно перенапряжение – это импульсное превышение номинального рабочего напряжения сети или скачок напряжения (например, при ударе молнии). Перенапряжение, как правило, приводит к выходу из строя электрооборудования и приборов.

По причинам возникновения перенапряжения подразделяются на:

1. внешние – от разрядов молнии (атмосферные перенапряжения) и от воздействия внешних источников;

2. внутренние – возникающие при резонансных явлениях, при авариях и при коммутациях элементов электрической цепи.

Внутренние перенапряженияпо длительности и по причине возникновения делятся на квазистационарные и коммутационные.

• Квазистационарные перенапряжения в свою очередь подразделяются на режимные, резонансные, феррорезонансные и параметрические. Режимные перенапряжения возникают при несимметричных коротких замыканиях на землю, а также при разгоне генератора в случае резкого сброса нагрузки. Резонансные перенапряжения имеют место при возникновении резонансных эффектов в линиях (при одностороннем питании линии), в электрических цепях при наличии реакторов. Феррорезонансные перенапряжения возникают в цепях с катушками с насыщенным магнитопроводом, что может быть как на частоте 50 Гц, так и на высших гармониках и на субгармониках. Особенностью феррорезонанса является скачкообразный вход в режим резонанса (триггерный эффект).

• Коммутационные перенапряжения возникают при переходных процессах и быстрых изменениях режима работы сети (при работе коммутационных аппаратов, при коротких замыканиях и при прочих резких изменениях режима) за счет энергии, запасенной в емкостных и индуктивных элементах. Наиболее часто такие перенапряжения имеют место при коммутациях линий, индуктивных элементов, конденсаторных батарей. Остановимся на них поподробней.

Коммутационные перенапряжения возникают при включении ненагруженной линии, при которых на квазистационарное перенапряжение за счет емкостного эффекта накладываются затухающие колебания на емкости и индуктивности линии, частота которых зависит от длины линии. Амплитуда колебательной составляющей максимальна при угле включения 90^о или 270^о, и величина ее составляет порядка двух амплитуд установившегося режима. При совпадении частоты собственных колебаний линии с частотой сети амплитуда колебательной составляющей может достигнуть десятикратной величины вынужденной составляющей. Для снижения этого типа перенапряжений используют следующие меры:

1. Шунтирующие резисторы с двухступенчатым включением (сначала включаем резистор - сопротивлением 600…1200 Ом, а затем через 10…20 мс шунтируем этот резистор) (рис. 1).

Рисунок. 1 Схемы выключателя с шунтирующим резистором

2. Применение выключателей, позволяющих выбирать наиболее благоприятный момент включения;

3. Использование вентильных разрядников и ОПН для ограничения перенапряжений.

Значительные коммутационные перенапряжения могут возникать не только при включениях, но и при отключениях ненагруженных линий и конденсаторных батарей. Значительные перенапряжения при отключении емкостного элемента могут возникнуть из-за повторных пробоев между расходящимися контактами выключателя. Пробивное напряжение межконтактного промежутка гораздо быстрее растет у воздушных выключателей с их быстрым перемещением контактов и интенсивным дутьем, чем у масляных выключателей. При переходе тока через ноль дуга прекращается, а через полупериод из-за оставшегося на емкостном элементе напряжения восстанавливающееся напряжение на контактах составит двойную амплитуду сетевого напряжения, и если оно окажется больше пробивного напряжения, то возникает повторное включение цепи. Следующий обрыв тока произойдет при прохождении тока через нулевое значение и может опять произойти повторный пробой. Коммутация представляет собой серию чередующихся отключений и включений с пробоями на максимумах напряжений и раскачиванием процесса в отключаемой цепи.

Из-за больших значений возникающих перенапряжений подобного типа целесообразно применять выключатели, не дающие повторных зажиганий в процессе отключения ненагруженных линий и конденсаторных батарей.

К появлению перенапряжений приводит и отключение коротких замыканий, поскольку при этом из-за селективности защиты отключается только часть линии, а оставшаяся часть представляет собой линию, на которой восстанавливается напряжение после отключения ближнего к короткому замыканию выключателя. Наличие на линии устройства продольной компенсации приводит к увеличению перенапряжений, которые могут превысить трехкратное значение амплитуды напряжения источника питания линии.

Индуктированные перенапряжения возникают вследствие индуктивной и емкостной связи канала молнии с токоведущими и заземленными частями электрической сети. Величина индуктированных перенапряжений меньше, чем при прямых ударах молнии. Импульсы перенапряжений распространяются на значительные расстояния от места возникновения. Набегающие волны могут представлять опасность для электрооборудования подстанций, электрическая прочность которого ниже, чем у линейной изоляции.

Считается нормой напряжение в сети порядка 380 В. А реальная частота возникновения одиночных импульсных помех доходит амплитудой до 450 В, и составляет в среднем для промышленных предприятий 20 помех в час, для жилых домов 0,5 помех в час. Кроме одиночных импульсных помех по цепям питания возникают периодические импульсные помехи, связанные с работой люминесцентных ламп, преобразователей блоков питания и т.д. Вероятность повреждения аппаратуры по цепям питания многократно возрастает в условиях повышенной влажности или в условиях повышенной запыленности, что характерно для промышленных объектов. Повреждения блоков питания видеооборудования являются следствием воздействия импульсных помех по электросети. Причем следует отметить, что значительно чаще повреждаются импульсные блоки питания и реже – линейные.

Причины перенапряжений и провалов напряжения в сети питания обусловлены, прежде всего, низким качеством электросетей и невысокой культурой энергопотребления. Максимумы напряжения питающей сети, как правило, связаны с минимальной нагрузкой энергосистемы и наблюдаются в ночное время. Наибольшие колебания напряжения в электросети приходятся на начало и конец рабочего дня. Перенапряжения в электросети выводят из строя стандартные простые схемы защиты от импульсных помех (например, варисторы.) и импульсные блоки питания. Отдельно можно выделить две наиболее распространенные монтажные ошибки, приводящие к перенапряжениям:

• Перекос фаз сети электропитания из-за перегрузки одной фазы потребителями электроэнергии;

• Перегрузка нейтрали электросети из-за меньшего сечения проводника у нейтрали, чем у фазы.

Итак, из вышеизложенного материала можно сделать следующие выводы:

1. Емкостная генерация в линии электропередачи приводит к повышению напряжения на удаленном от генератора ненагруженном конце линии.

2. В сетях с изолированной нейтралью квазистационарные перенапряжения возникают при однофазных замыканиях на землю.

3. При коммутации ненагруженных линий, при отключении конденсаторных установок и ненагруженных трансформаторов возникают коммутационные перенапряжения большой величины.

4. Гашение электрической дуги приводит к возникновению в сети перенапряжений, определяемых скоростью спада тока при гашении дуги.

Список используемой литературы:

1. http//www.masterwire.ru/zashhita-ot-perenaryazheniya

2. http//www.energozashchita. ru/articles_4_full_9 html

3. Правила устройства электроустановок, 7-е изд. [Текст] – Новосибирск: Сиб.унив. изд-во, 2006. - 512 с.

4. http//electro.narod.ru / information/ overstrain.htm.

5. Электрооборудование электрических станций и подстанций: Учебник для сред. проф. образования / Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К., Чиркова Т.В /- 2-е изд., стер.- М.: издательский центр «Академия», 2005. - 448с.

Код для цитирования: Скопировать