Elektrik şebekelerinde aşırı gerilim

Aşırı gerilim, elektrik şebekesinin elemanlarının yalıtımı üzerindeki en yüksek çalışma geriliminin (Unom) genliğini aşan bir gerilimdir. Uygulama yerine göre faz, faz arası, dahili sargılar ve kontaklar arası aşırı gerilim ayırt edilir. İkincisi, anahtarlama cihazlarının (anahtarlar, ayırıcılar) aynı fazlarının açık kontakları arasına voltaj uygulandığında meydana gelir.

Aşağıdaki aşırı gerilim özellikleri ayırt edilir:

• maksimum değer Umax veya çokluk K = Umax / Unom;

• maruz kalma süresi;

• Kavisli şekil;

• ağ elemanlarının kapsam genişliği.

Bu özellikler, birçok faktöre bağlı oldukları için istatistiksel dağılıma tabidir.

Aşırı gerilim koruma önlemlerinin fizibilitesini ve yalıtım seçimini incelerken, güç sistemi ekipmanının arıza süresi ve acil durum onarımlarının yanı sıra ekipman arızasından kaynaklanan hasarın istatistiksel özelliklerini (matematiksel beklenti ve sapma) dikkate almak gerekir. , elektrik tüketicileri arasında ürünün reddi ve teknolojik sürecin aksaması.

Yüksek gerilim şebekelerindeki ana aşırı gerilim türleri Şekil 1'de gösterilmektedir.

Pirinç. 1. Yüksek gerilim şebekelerindeki ana aşırı gerilim türleri

Elektrik devresinin elemanlarında depolanan veya jeneratörler tarafından sağlanan elektromanyetik enerjideki dalgalanmaların neden olduğu dahili aşırı gerilim. Oluşma koşullarına ve olası yalıtıma maruz kalma süresine bağlı olarak, sabit, yarı sabit ve anahtarlama aşırı gerilimleri ayırt edilir.

Anahtarlama aşırı gerilimleri — devre veya ağ parametrelerindeki ani değişiklikler (hatların, trafoların vb. planlı ve acil anahtarlanması) sırasında ve ayrıca toprak arızalarının bir sonucu olarak ve fazlar arasında meydana gelir. Elektrik şebekesinin elemanları (hat iletkenleri veya transformatörlerin ve reaktörlerin sargıları) açılıp kapatıldığında (enerji iletiminin kesilmesi), önemli aşırı gerilimlere yol açabilecek salınımlı geçişler meydana gelir. Korona oluştuğunda, kayıpların bu aşırı gerilimlerin ilk tepe noktaları üzerinde bir sönümleme etkisi vardır.

Elektrik devrelerinin kapasitif akımlarının kesilmesine, devre kesicide tekrarlanan ark oluşumu ve tekrarlanan geçişler ve aşırı gerilimler ve transformatörlerin rölanti hızında küçük endüktif akımların tetiklenmesi eşlik edebilir - devre kesicideki arkın zorunlu olarak kesilmesi ve enerjinin salınımlı geçişi paralel güçlerinin elektrik alan enerjisindeki manyetik trafo alanının. Ark yapan toprak arızaları ile izole edilmiş bir nötre sahip bir ağda çoklu ark çarpmaları ve karşılık gelen ark dalgalanmalarının oluşumu da gözlemlenir.

Yarı-durağan aşırı gerilimlerin oluşmasının ana nedeni, örneğin jeneratörler tarafından beslenen tek uçlu bir iletim hattının neden olduğu kapasitif etkidir.

Asimetrik hat modları, örneğin bir faz toprağa kısa devre yaptığında, bir kablo koptuğunda, devre kesicinin bir veya iki fazında meydana gelen asimetrik hat modları, temel frekans voltajının daha da artmasına veya bazı daha yüksek harmoniklerde - frekansın katları - aşırı voltajlara neden olabilir. EMF'nin … jeneratörü.

Sistemin lineer olmayan özelliklere sahip herhangi bir elemanı, örneğin doymuş manyetik çekirdeğe sahip bir transformatör, daha yüksek veya daha düşük harmoniklerin ve karşılık gelen ferrorezonans aşırı gerilimlerin kaynağı olabilir. Elektrik devresinin doğal frekansı ile zaman içinde devre parametresini (jeneratör endüktansı) periyodik olarak değiştiren bir mekanik enerji kaynağı varsa, parametrik rezonans oluşabilir.

Bazı durumlarda, birkaç komütasyon veya diğer olumsuz faktörler uygulandığında artan çoklukla ortaya çıkan dahili aşırı gerilim olasılığını da hesaba katmak gerekir.

Yalıtım maliyetinin özellikle önemli olduğu 330-750 kV şebekelerde anahtarlama aşırı gerilimlerini sınırlamak için, güçlü valf kısıtlayıcılar veya reaktörler. Daha düşük gerilim sınıflarına sahip şebekelerde, dahili aşırı gerilimleri sınırlamak için parafudrlar kullanılmaz ve parafudrların özellikleri, dahili aşırı gerilimler altında açma yapmayacak şekilde seçilir.

Yıldırım dalgalanmaları, harici dalgalanmalara atıfta bulunur ve harici emflere maruz kaldığında ortaya çıkar. En büyük yıldırım dalgalanmaları, hat ve trafo merkezinde doğrudan bir yıldırım çarpması meydana geldiğinde meydana gelir. Elektromanyetik indüksiyon nedeniyle, yakındaki bir yıldırım çarpması, genellikle yalıtım voltajında ​​daha fazla artışa neden olan indüklenmiş bir dalgalanma oluşturur. Bir trafo merkezine veya elektrikli makineye ulaşma, yenilgi noktasından yayılma elektromanyetik dalgalar, izolasyonlarında tehlikeli aşırı gerilimlere neden olabilir.

Ağın güvenilir şekilde çalışmasını sağlamak için, etkili ve ekonomik yıldırım korumasının uygulanması gerekir. Doğrudan yıldırım çarpmalarına karşı koruma, 110 kV'un üzerindeki havai hatların iletkenlerinin üzerinde yüksek dikey bir paratoner ve yıldırımdan korunma kabloları yardımıyla gerçekleştirilir.

Hattan gelen dalgalanmalara karşı koruma, tüm gerilim sınıflarındaki hatlardaki trafo merkezlerine yaklaşımlarda iyileştirilmiş yıldırım korumasına sahip trafo merkezlerinin vana ve boru tutucuları tarafından gerçekleştirilir.Havai hat yaklaşımı için özel tutucular, kapasitörler, reaktörler, kablo ekleri ve iyileştirilmiş yıldırım koruması yardımıyla dönen makinelerde özellikle güvenilir yıldırım koruması sağlamak gerekir.

Şebekenin nötr kısmının bir ark bastırma bobini vasıtasıyla topraklanması, hatların otomatik tekrar kapatılması ve kısaltılması, yalıtımın dikkatli bir şekilde önlenmesi, durmaları ve topraklama hatların güvenilirliğini büyük ölçüde artırır.

İzolasyonun dielektrik dayanımının, gerilime maruz kalma süresinin artmasıyla azaldığı belirtilmelidir. Bu bakımdan aynı genlikteki iç ve dış aşırı gerilimler yalıtım için farklı tehlike arz eder. Bu nedenle yalıtım seviyesi, tek bir dayanma gerilimi değeri ile karakterize edilemez.

Gerekli yalıtım seviyesinin seçimi, örn. Yalıtım koordinasyonu olarak adlandırılan test gerilimlerinin seçimi, sistemde meydana gelen aşırı gerilimlerin kapsamlı bir analizi olmadan imkansızdır.

Yalıtım koordinasyonu sorunu ana sorunlardan biridir. Bu durum, belirli bir nominal voltajın kullanılmasının nihayetinde sistemdeki yalıtım maliyeti ile iletken elemanların maliyeti arasındaki oran tarafından belirlenmesi gerçeğinden kaynaklanmaktadır.

İzolasyon koordinasyon problemi, temel bir görev olarak — sistem izolasyon seviyelerinin ayarlanmasını içerir… İzolasyon koordinasyonu, uygulanan aşırı gerilimlerin belirtilen genliklerine ve dalga biçimlerine dayanmalıdır.

Halihazırda, atmosferik aşırı gerilimler için 220 kV'a kadar sistemde izolasyon koordinasyonu yapılmakta olup, 220 kV üzeri iç gerilimler dikkate alınarak koordinasyon yapılmalıdır.

Atmosferik dalgalanmalarda yalıtım koordinasyonunun özü, atmosferik dalgalanmaları sınırlamak için ana cihaz olarak yalıtımın darbe özelliklerinin valflerin özellikleriyle koordinasyonudur (uyumluluğu). Çalışmaya göre, test voltajının standart dalgası benimsenmiştir.

Dahili aşırı gerilimleri koordine ederken, dahili aşırı gerilimlerin gelişme biçimlerinin çeşitliliği nedeniyle, tek bir koruyucu cihazın kullanımına odaklanmak imkansızdır. Şebeke şeması tarafından gerekli kısalık sağlanmalıdır: şönt reaktörler, yeniden ateşleme olmadan anahtarların kullanımı, özel kıvılcım boşluklarının kullanımı.

Dahili aşırı gerilimler için, yalıtım testi dalga biçimlerinin normalleştirilmesi yakın zamana kadar gerçekleştirilmemiştir. Halihazırda çok sayıda malzeme birikmiştir ve test dalgalarının buna karşılık gelen bir normalleştirmesinin yakın gelecekte gerçekleştirilmesi muhtemeldir.