Sobretensió a les xarxes elèctriques

La sobretensió és una tensió que supera l'amplitud de la tensió de funcionament més alta (Unom) sobre l'aïllament dels elements de la xarxa elèctrica. Segons el lloc d'aplicació, es distingeixen fase, interfase, bobinats interns i sobretensió entre contactes. Aquests últims es produeixen quan s'aplica tensió entre contactes oberts de les mateixes fases dels dispositius de commutació (interruptors, seccionadors).

Es distingeixen les següents característiques de sobretensió:

• valor màxim Umax o multiplicitat K = Umax / Unom;

• durada de l'exposició;

• forma corba;

• l'amplada de l'abast dels elements de la xarxa.

Aquestes característiques estan subjectes a dispersió estadística perquè depenen de molts factors.

Quan s'estudia la viabilitat de les mesures de protecció contra sobretensions i l'elecció de l'aïllament, cal tenir en compte les característiques estadístiques dels danys (expectativa matemàtica i desviació) a causa del temps d'inactivitat i reparacions d'emergència dels equips del sistema elèctric, així com per fallades de l'equip. , rebuig del producte i interrupció del procés tecnològic entre els consumidors d'electricitat.

A la figura 1 es mostren els principals tipus de sobretensió a les xarxes d'alta tensió.

Arròs. 1. Els principals tipus de sobretensió a les xarxes d'alta tensió

Sobretensió interna provocada per fluctuacions de l'energia electromagnètica emmagatzemada en els elements del circuit elèctric o subministrada per generadors. En funció de les condicions d'ocurrència i de la possible durada de l'exposició a l'aïllament, es distingeixen sobretensions estacionàries, quasi-estacionàries i de commutació.

Sobretensions de commutació: es produeixen durant canvis sobtats en els paràmetres del circuit o de la xarxa (conmutació planificada i d'emergència de línies, transformadors, etc.), així com com a conseqüència de fallades a terra i entre fases. Quan s'encenen o apaguen els elements de la xarxa elèctrica (conductors de línia o bobinats de transformadors i reactors) (interrupció de la transmissió d'energia), es produeixen transitoris oscil·latoris, que poden provocar sobretensions importants. Quan es produeix la corona, les pèrdues tenen un efecte amortidor en els primers pics d'aquestes sobretensions.

La interrupció dels corrents capacitius dels circuits elèctrics pot anar acompanyada d'arcs repetits a l'interruptor i de transitoris i sobretensions repetits i l'activació de petits corrents inductius a la velocitat de ralentí dels transformadors: interrupció forçada de l'arc en l'interruptor i transició oscil·latòria de l'energia. del camp del transformador magnètic en l'energia del camp elèctric de les seves potències paral·leles. Amb falles a terra en arc en una xarxa amb un neutre aïllat També s'observen múltiples cops d'arc i l'ocurrència de sobretensions d'arc corresponents.

El motiu principal de l'aparició de sobretensions quasi estacionàries és l'efecte capacitiu causat, per exemple, per una línia de transmissió d'un sol extrem alimentada per generadors.

Els modes de línia asimètrics que es produeixen, per exemple, quan una fase està en curtcircuit a terra, una ruptura de cable, una o dues fases de l'interruptor, poden fer que la tensió de freqüència fonamental augmenti encara més o provocar sobretensions en alguns harmònics més alts, múltiples de la freqüència. del generador EMF....

Qualsevol element del sistema amb característiques no lineals, per exemple un transformador amb un nucli magnètic saturat, també pot ser una font d'harmònics superiors o inferiors i les corresponents sobretensions ferroresonants. Si hi ha una font d'energia mecànica que canvia periòdicament el paràmetre del circuit (inductància del generador) en el temps amb la freqüència natural del circuit elèctric, es pot produir una ressonància paramètrica.

En alguns casos, també cal tenir en compte la possibilitat que es produeixin sobretensions internes amb multiplicitat augmentada quan s'imposen diverses commutacions o altres factors desfavorables.

Per limitar les sobretensions de commutació a les xarxes 330-750 kV, on el cost de l'aïllament resulta especialment important, potent restrictors de vàlvules o reactors. En xarxes amb classes de tensió més baixes, els parallamps no s'utilitzen per limitar les sobretensions internes, i les característiques dels parallamps s'escullen perquè no s'encenguin sota sobretensions internes.

Els llamps es refereixen a les sobretensions externes i es produeixen quan s'exposen a les fems externes. Els llamps més grans es produeixen quan es produeix un llamp directe a la línia i la subestació. A causa de la inducció electromagnètica, un llamp a prop crea una sobretensió induïda, que normalment provoca un augment més de la tensió d'aïllament. Arribar a una subestació o màquina elèctrica, estenent-se des del punt de la derrota ones electromagnètiques, poden provocar perilloses sobretensions en el seu aïllament.

Per garantir un funcionament fiable de la xarxa, cal implementar la seva protecció contra llamps efectiva i econòmica. La protecció contra els llamps directes es realitza amb l'ajuda d'un parallamps vertical alt i cables de protecció contra llamps per sobre dels conductors de línies aèries per sobre de 110 kV.

La protecció contra sobretensions procedents de la línia es duu a terme mitjançant paracarregadors de vàlvules i canonades de subestacions amb una protecció millorada contra els llamps en aproximacions a subestacions de línies de totes les classes de tensió.Cal proporcionar una protecció contra llamps especialment fiable de les màquines rotatives amb l'ajut de pararrayos especials, condensadors, reactors, insercions de cable i una protecció millorada contra els llamps per a l'aproximació de la línia aèria.

L'ús de la presa de terra de la part neutra de la xarxa mitjançant una bobina de supressió d'arc, el tancament automàtic i l'escurçament de les línies, la prevenció acurada d'aïllament, les parades i la presa de terra augmenten molt la fiabilitat de les línies.

Cal tenir en compte que la rigidesa dielèctrica de l'aïllament disminueix amb l'augment de la durada de l'exposició a la tensió. En aquest sentit, les sobretensions internes i externes de la mateixa amplitud presenten un perill diferent per a l'aïllament. Per tant, el nivell d'aïllament no es pot caracteritzar per un únic valor de tensió de resistència.

Selecció del nivell d'aïllament requerit, és a dir. La selecció de tensions de prova, l'anomenada coordinació d'aïllament, és impossible sense una anàlisi exhaustiva de les sobretensions que es produeixen al sistema.

El problema de la coordinació de l'aïllament és un dels principals problemes. Aquesta situació es deu al fet que l'ús d'una o altra tensió nominal està determinada en última instància per la relació entre el cost de l'aïllament i el cost dels elements conductors del sistema.

El problema de coordinació d'aïllament inclou com a tasca bàsica: establir els nivells d'aïllament del sistema... La coordinació d'aïllament s'ha de basar en les amplituds i formes d'ona especificades de les sobretensions aplicades.

Actualment, la coordinació d'aïllament en el sistema fins a 220 kV es fa per sobretensions atmosfèriques, i per sobre de 220 kV s'ha de fer tenint en compte les sobretensions internes.

L'essència de la coordinació de l'aïllament en les sobretensions atmosfèriques és la coordinació (coincidència) de les característiques d'impuls de l'aïllament amb les característiques de les vàlvules, com a dispositiu principal per limitar les sobretensions atmosfèriques. Segons l'estudi, s'adopta l'ona estàndard de la tensió de prova.

En coordinar sobretensions internes, a causa de la major varietat de formes de desenvolupament de sobretensions internes, és impossible centrar-se en l'ús d'un únic dispositiu de protecció. L'esquema de xarxa ha de proporcionar la brevetat necessària: reactors de derivació, ús d'interruptors sense reencendre, ús d'espurnes especials.

Per a les sobretensions internes, la normalització de les formes d'ona de prova d'aïllament encara no s'ha dut a terme fins fa poc. Ja s'ha acumulat molt material i és probable que en un futur proper es porti a terme una normalització corresponent de les ones de prova.