Понимание перенапряжений в энергосистемах: Причины и последствия

В этой статье рассмотрим перенапряжения и их причины. Источники: генераторы, трансформаторы, линии передач. Причины — удары молнии, коммутация выключателей, заземление проводника. Перенапряжения могут быть невелики по амплитуде, но нарушают работу защиты и оборудования. Инженеры стремятся ограничить их влияние.

Эти переходные процессы или импульсы кратковременны (сотни микросекунд), но вызывают перенапряжения. Главные — от ударов молнии в линии передач. При ударе импульс бежит по линии, врываясь в систему с огромным напряжением, способным повредить любую защиту и приборы.

На рисунке — форма импульса молнии. Напряжение по оси X, время по Y. Виден крутой фронт волны (1–5 мкс) — фронт волны. Задний фронт (хвост) проходит медленнее.

Причины перенапряжений

Перенапряжения делятся на две категории:

А) Внутренние причины Б) Внешние причины

Внутренние не дают больших амплитуд. Опыт показывает: внутренние импульсы редко повышают напряжение выше двукратного номинала.

• Коммутационные перенапряжения: При коммутации. 1) Включение холостой линии к источнику. 2) Включение нагруженной линии. 3) Главная причина — вырезание тока (current chopping) в воздушных выключателях, создающее высоковольтные переходные процессы.
• Пробой изоляции: Заземление проводника. При заземлении в середине возникают отрицательные волны, идущие в обе стороны.
• Дуговое заземление: Прерывистые дуги при однофазном замыкании на землю в 3-ф системе, порождающие накапливающиеся переходные процессы. Опасно для изоляции. Предотвращается заземлением нейтали.
• Резонанс: Индуктивная реактивность становится равной емкостной. Импеданс = сопротивление, cos φ = 1. Вызывает высокие напряжения в линиях.
• Внешние причины: Только молния. «Электрический разряд между облаком и землей...» — подробно в следующей статье.