Quins són els tipus i les característiques comuns de la sobretensió en la xarxa de distribució

Les xarxes de distribució, caracteritzades per la seva àmplia distribució, gran nombre d'equips i baix nivell d'aislament, són propenses a accidents d'aislament causats per sobretensions. Això no només redueix la estabilitat de tot el sistema de distribució i el rendiment aislat dels cabells, sinó que també té un impacte significatiu negatiu en la operació segura de la xarxa elèctrica i el desenvolupament salutable i sostenible de l'indústria elèctrica.

Des d'una perspectiva de circuit, a part de la font d'energia, el sistema elèctric es pot representar equivalentment per diferents combinacions de tres components típics: resistència (R), inductància (L) i capacitància (C). D'aquests, l'inductància (L) i la capacitància (C) són components d'emmagatzematge d'energia, que són les condicions bàsiques per a la formació de sobretensions; la resistència (R) és un component consumidor d'energia, que generalment pot inhibir el desenvolupament de sobretensions. No obstant això, en casos individuals, l'addició impròpia de resistència també pot conduir a la producció de sobretensions.

Tipus i Característiques Comuns de Sobretensions en Xarxes de Distribució

Els tipus comuns de sobretensions en xarxes de distribució inclouen principalment sobretensió d'arc intermitent a terra, sobretensió de ressonància lineal i sobretensió de ferroressonància (incloent sobretensió de ressonància de desconnectació i sobretensió de saturació de PT).

Sobretensió d'Arc Intermitent a Terra

La sobretensió d'arc intermitent a terra és un tipus de sobretensió de commutació. La seva amplitud està relacionada amb factors com les característiques dels equips elèctrics, l'estructura del sistema, els paràmetres d'operació, les formes d'operació o falla, i té una evident aleatorietat. És més comú en grups elèctrics amb punt neutre no efectivament aterrats.

L'energia de la sobretensió de commutació prové del sistema elèctric mateix, i la seva amplitud és aproximadament proporcional al voltatge nominal del sistema. Normalment es expressa en múltiples de l'amplitud màxima de la tensió de fase en funcionament del sistema. Quan les operacions o falles causen canvis en l'estat de treball de la xarxa elèctrica, l'energia magnètica emmagatzemada en els components inductius es converteix en energia elèctrica dels components capacitius en un moment determinat, provocant un procés transitori oscil·latori, generant així una sobretensió transitoria diverses vegades superior al voltatge de subministrament, coneguda com sobretensió de commutació.

Els arcs intermitents provoquen canvis repetitius en l'estat de treball de la xarxa elèctrica, causant oscil·lacions electromagnètiques en els circuits d'inductància i capacitància, i llavors es produeixen processos transitoris en la fase no defectuosa, la fase defectuosa i el punt neutre, resultant en sobretensió. Això és la sobretensió d'arc intermitent a terra (també coneguda com sobretensió d'arc a terra). El seu mecanisme de formació està estretament relacionat amb l'extinció i reaccenció de l'arc: cada vegada que la corrent de falla a terra creua naturalment zero, l'arc a terra tindrà un curt període d'extinció; quan la tensió de recuperació del canal de l'arc sigui superior a la força dielèctrica de recuperació, l'arc es reaccendrà. Específicament:

• Quan la corrent a terra és gran, el canal de l'arc està fortemente ionitzat, i l'arc arde de manera estable;

• Quan la corrent és petita, la força dielèctrica del canal de l'arc es recupera ràpidament, l'arc és difícil de reaccendre, i l'extinció temporal es pot transformar en extinció permanent;

• Quan la corrent és moderada, es forma un fenomen d'arc intermitent a terra que està encès i apagat.

La sobretensió d'arc a terra severa es produeix per l'acumulació contínua d'energia en la xarxa elèctrica. Des del punt de vista de limitar la sobretensió, si la càrrega excessiva acumulada en la xarxa elèctrica durant el procés d'ignició a extinció de l'arc pot filtrar-se a través de la resistència dins d'un semicicle de freqüència de la potència després de l'extinció de l'arc, la tensió de desplaçament del punt neutre serà gairebé zero, i no es causarà una sobretensió d'amplada elevada.

Sobretensió de Ressonància Lineal

En la xarxa elèctrica, la sobretensió generada per la ressonància en sèrie entre components inductius sense nucli de ferro (com l'inductància de línia, la inductància de fuga de transformadors, etc.) o components inductius amb nucli de ferro amb característiques d'excitació pròximes a lineals (com bobines de supressió d'arcs, etc.) i components capacitius en la xarxa elèctrica (com la capacitància de línia a terra, etc.) sota l'acció de tensió asimètrica, es coneix com sobretensió de ressonància lineal. La seva forma més comuna és el desplaçament de la tensió del punt neutre.

Segons la norma industrial DL/T620-1997 "Protecció contra Sobretensions i Coordinació d'Aislatge de Dispositius Elèctrics en Corrent Altern", en el sistema aterrat amb bobina de supressió d'arcs, en condicions normals d'operació, el desplaçament de tensió a long termini del punt neutre no hauria de superar el 15% de la tensió de fase nominal del sistema.

Sobretensió de Ferroressonància

En el circuit d'oscil·lació del sistema elèctric, la sobretensió d'amplada elevada persistente excitada per la saturació de la inductància de nucli de ferro es coneix com sobretensió de ferroressonància. Hi ha dos tipus típics de sobretensió de ferroressonància en xarxes de distribució inferiors a 35kV, és a dir, la sobretensió causada per la ressonància de desconnectació i la sobretensió causada per la saturació de PT, col·lectivament anomenades sobretensió de ressonància no lineal. Té característiques i propietats completament diferents de la sobretensió de ressonància lineal i la sobretensió d'arc intermitent a terra. Sota diferents combinacions de paràmetres, poden ocórrer sobretensions de ressonància de freqüència fonamental, fraccionària i de alta freqüència.

• Sobretensió de Ressonància de Desconnectació: Quan el sistema està en operació no total de fase degut a ruptura de cables, accions de disjuntores no totals de fase, operació asincrònica severa, fusió d'una o dues fases de fusibles d'alta tensió, etc., la sobretensió de ferroressonància generada és sobretensió de ressonància de desconnectació. En cas de desconnectació, el potencial simètric de tres fases normalment alimenta càrregues asimètriques de tres fases, i el circuit és complex i conté components no lineals. Per tant, és necessari utilitzar el teorema de Thevenin i el mètode de components simètrics per convertir el circuit de tres fases en un circuit equivalent de una fase, ordenar-lo en el circuit en sèrie LC més simple, i llavors analitzar les condicions de ressonància i realitzar càlculs i anàlisis. Hi ha tres formes de falles de desconnectació d'una fase: desconnectació sense aterrament, desconnectació amb aterrament del costat de la potència, i desconnectació amb aterrament del costat de la càrrega.

• Sobretensió de Saturació de PT: En el sistema amb punt neutre no efectivament aterrats, es sol instal·lar transformadors de tensió electromagnètics connectats Y0 en les barres d'usines elèctriques i subestacions per monitorar les condicions d'aislament. Durant l'operació normal, la impedància d'excitació del transformador de tensió electromagnètic és molt alta, així que la impedància a terra de la xarxa és capacitiva, i les tres fases són bàsicament equilibrades. No obstant això, després d'algunes operacions de commutació o la desaparició de falles a terra, es formarà un circuit de ressonància especial de tres fases o una fase amb la capacitància del cable o la capacitància estrafega d'altres equips, i pot excitar sobretensions de ferroressonància de diversos harmònics, anomenades sobretensió de saturació de PT. Entre elles, la sobretensió de ressonància de freqüència fraccionària és la més prejudicial. Provocarà un increment significatiu de la corrent d'excitació per un temps llarg, fundirà el fusible del transformador, i fins i tot pot causar que el transformador es sobrecalque greument, emissió d'oli, o fins i tot exploti. A més, la sobretensió de saturació del transformador de tensió té característiques zeros seqüència notables.

Sobretensió de Raig

El descàrrec de raig és essencialment un fenomen de descàrrec no espark en un camp elèctric extremadament desigual amb un gap d'aire ultra-llarg. El seu procés bàsic inclou el descàrrec de líder, el descàrrec principal i el descàrrec d'afterglow. Cada corrent de raig formada per un raig de polaritat negativa té una forma d'ona de pols monopolar. Els paràmetres principals que descriuen la forma d'ona són el valor màxim, el temps de front d'ona i el temps de mig pic.

La sobretensió de raig es divideix en sobretensió directa de raig i sobretensió induïda de raig. D'aquestes, la sobretensió induïda de raig inclou components d'inducció electroestàtica (principalment) i electromagnètica, amb les següents característiques:

• La polaritat és contrària a la del núvol de tro, és a dir, contrària a la polaritat de la corrent de raig;

• Apareix simultàniament en les tres fases amb valors bàsicament iguals, i no hi haurà diferència de potencial entre fases ni flashover entre fases;

• Si l'amplitud és gran, pot causar flashover a terra;

• La forma d'ona és més plana i llarga que la de la sobretensió directa de raig;

• Si hi ha una línia de protecció aterra a sobre del fil, la sobretensió induïda en el fil es reduirà degut a l'efecte d'escudatge electromagnètic. Quan més propera sigui la distància entre les línies, més gran serà el coeficient de couplament, i més baixa serà la sobretensió induïda en el fil.

Generalment, no es construeixen línies de protecció a lo llarg de tota la línia per a xarxes de distribució de 35kV i inferior, i només s'estableixen 1-2km de línies de protecció a l'entrada i sortida de subestacions com a protecció de la secció d'entrada de línia.