Jaké jsou běžné typy a charakteristiky přetížení distribuční sítě

Distribuční sítě, charakterizované širokým rozšířením, velkým počtem zařízení a nízkou úrovní izolace, jsou náchylné k izolačním nehodám způsobeným přetlakem. To nejen snižuje stabilitu celé distribuční soustavy a izolační vlastnosti linek, ale má také významný negativní dopad na bezpečnou operaci elektrické sítě a zdravý a udržitelný rozvoj elektroenergetického průmyslu.

Z hlediska obvodu lze kromě zdroje energie elektřinu ekvivalentně reprezentovat různými kombinacemi tří typických komponent: odpor (R), indukčnost (L) a kapacitance (C). Mezi nimi jsou indukčnost (L) a kapacitance (C) komponenty uchovávající energii, které jsou základními podmínkami pro vznik přetlaku; odpor (R) je komponenta spotřebovávající energii, která může obecně inhibovat vývoj přetlaku. V jednotlivých případech však i nesprávné přidání odporu může vést k vzniku přetlaku.

Běžné typy a charakteristiky přetlaku v distribučních sítích

Běžné typy přetlaku v distribučních sítích zahrnují přetlak způsobený přerušovaným obloukovým zapojením, lineární rezonanční přetlak a ferorezonanční přetlak (včetně přetlaku způsobeného odpojením a nasycením PT).

Přetlak způsobený přerušovaným obloukovým zapojením

Přetlak způsobený přerušovaným obloukovým zapojením je typ přepnutí přetlaku. Jeho amplituda je spojena s faktory jako jsou vlastnosti elektrického zařízení, struktura systému, provozní parametry, způsoby operace nebo poruchy a má zřetelnou náhodnost. Je nejčastější v elektrických sítích s neutrálním bodem neefektivně zapojeným.

Energie přepnutí přetlaku pochází ze samotného elektřinového systému a její amplituda je přibližně úměrná nominálnímu napětí systému. Obvykle se vyjadřuje násobkem maximální fázové amplitudy systému. Když operace nebo poruchy způsobí změny v pracovním stavu elektrické sítě, magnetická energie uložená v indukčních komponentech se v určitém okamžiku přemění na elektrickou energii v kapacitních komponentách, což vedne k oscilujícímu přechodovému procesu a tedy k vzniku přechodového přetlaku několikrát vyššího než napětí zdroje, což se nazývá přepnutí přetlaku.

Přerušované oblouky způsobují opakované změny pracovního stavu elektrické sítě, což vede k elektromagnetickým oscilacím v obvodech indukčnosti a kapacitance, a pak dojde k přechodovým procesům v nefaultové fázi, faultové fázi a neutrálním bodě, což vede k přetlaku. Toto je přetlak způsobený přerušovaným obloukovým zapojením (také známý jako obloukové zapojení přetlaku). Jeho formovací mechanismus je těsně spojen s vyhasnutím a znovuzapálením oblouku: pokaždé, když proud zemnicového poruchy přirozeně překročí nulu, obloukový oblouk bude mít krátkou dobu vyhasnutí; když se obnovovací napětí kanálu oblouku stane větším než jeho dielektrická obnovovací síla, oblouk se znovu zapálí. Konkrétně:

• Když je zemnicový proud velký, kanál oblouku je silně ionizován a oblouk hoří stabilně;

• Když je proud malý, izolační síla kanálu oblouku se rychle obnovuje, oblouk je těžko znovu zapalitelný a dočasné vyhasnutí se může přeměnit v trvalé vyhasnutí;

• Když je proud střední, vznikne přerušovaný obloukový fenomén, který je zapnut a vypnut.

Těžký obloukový přetlak způsobený přerušovaným obloukovým zapojením je způsoben kontinuálním akumulováním energie v elektrické síti. Z hlediska omezení přetlaku, pokud přebytečný náboj akumulovaný v elektrické síti během procesu zapálení a vyhasnutí oblouku unikne prostřednictvím odpornosti během poloviny periody síťové frekvence poté, co oblouk vyhasne, bude posunutí napětí neutrálního bodu téměř nulové a nezpůsobí se vysoký přetlak.

Lineární rezonanční přetlak

V elektrické síti se přetlak generovaný sériovou rezonancí mezi indukčními komponentami bez železného jádra (např. indukčnost linky, propustná indukčnost transformátoru atd.) nebo indukčními komponentami s železným jádrem, jejichž pobíjecí charakteristiky jsou blízké lineární (např. dehtové cívky atd.) a kapacitními komponentami v elektrické síti (např. kapacitance linky k zemi atd.) pod vlivem asymetrického napětí nazývá lineární rezonanční přetlak. Jeho nejčastější forma je posunutí napětí neutrálního bodu.

Podle průmyslové normy DL/T620-1997 "Ochrana proti přetlaku a koordinace izolace pro střídavé elektrické zařízení" by v systému s dehtovou cívkou zapojenou k zemi, za normálních provozních podmínek, dlouhodobé posunutí napětí neutrálního bodu nemělo přesáhnout 15 % nominální fázové hodnoty systému.

Ferorezonanční přetlak

V oscilačním obvodu elektrického systému se trvalý vysoký přetlak vyvolaný nasycením železného jádra indukčnosti nazývá ferorezonanční přetlak. Existují dva typické ferorezonanční přetlaky v distribučních sítích do 35kV, a to přetlak způsobený rezonancí odpojení a přetlak způsobený nasycením PT, společně označované jako nelineární rezonanční přetlak. Má zcela odlišné charakteristiky a vlastnosti od lineárního rezonančního přetlaku a přetlaku způsobeného přerušovaným obloukovým zapojením. Pod různými kombinacemi parametrů mohou nastat rezonanční přetlaky základní frekvence, frakční frekvence a vysokofrekvenční rezonanční přetlaky.

• Přetlak způsobený rezonancí odpojení: Když systém kvůli přerušení drátu, neúplné akci vypínače, závažné asynchronní operaci, spálení jednoho nebo dvou fáz vysokého napětí, apod., není v plné fázi, vzniká ferorezonanční přetlak způsobený rezonancí odpojení. Při odpojení obvykle třífázové symetrické napětí dodává energii třím fázově asymetrickým zatěžením, a obvod je složitý a obsahuje nelineární komponenty. Proto je třeba použít Theveninovu větu a metodu symetrických komponent k převodu třífázového obvodu na jednofázový ekvivalentní obvod, seřadit ho do nejjednoduššího LC sériového obvodu a pak analyzovat rezonanční podmínky a provést výpočet a analýzu. Existují tři formy jednofázového přerušení drátu: odpojení bez zapojení k zemi, odpojení s zapojením k zemi na straně zdroje a odpojení s zapojením k zemi na straně zátěže.

• Přetlak způsobený nasycením PT: V systému s neutrálním bodem neefektivně zapojeným jsou obvykle na sběračích elektráren a transformačních stanic Y0 zapojené elektromagnetické napěťové transformátory (PT) pro monitorování izolačních podmínek. Během normální operace je pobíjecí impedancia elektromagnetického napěťového transformátoru velmi vysoká, takže zemní impedancia sítě je kapacitní a tři fáze jsou zásadně vyvážené. Nicméně, po některých přepínacích operacích nebo zmizení zemnicových poruch vznikne speciální třífázový nebo jednofázový rezonanční obvod s kapacitancí drátu nebo parasitní kapacitancí jiného zařízení a může vyvolat ferorezonanční přetlaky různých harmonických složek, což se nazývá přetlak způsobený nasycením PT. Mezi ně patří nejškodlivější frakční frekvenční rezonanční přetlak. Ten způsobí dlouhodobý výrazný nárůst pobíjecího proudu, spálení pojistky transformátoru a dokonce i vážné přehřátí, vydávání oleje nebo dokonce výbuch transformátoru. Kromě toho má přetlak způsobený nasycením napěťového transformátoru zřetelné nulové sekvenci.

Přetlak způsobený bleskem

Bleskové výboje jsou ve skutečnosti nesparkové výboje v extrémně nerovnoměrném elektrickém poli s ultradlouhou vzdušnou mezí. Jeho základní proces zahrnuje vedoucí výboj, hlavní výboj a pojasový výboj. Každý bleskový proud vytvořen záporně polarizovaným bleskem má unipolární pulsní tvar. Hlavní parametry popisující pulsní tvar jsou vrcholová hodnota, čas fronty vlny a poloviční čas vlny.

Přetlak způsobený bleskem se dělí na přímý bleskový přetlak a indukovaný bleskový přetlak. Mezi nimi zahrnuje indukovaný bleskový přetlak elektrostatickou indukci (hlavně) a komponenty elektromagnetické indukce, s následujícími charakteristikami:

• Polarita je opačná k polaritě mrakového blesku, tj. opačná k polaritě bleskového proudu;

• Objevuje se současně ve třech fázích s téměř stejnými hodnotami a nebude existovat fázový potenciální rozdíl a fázový výboj;

• Pokud je amplituda velká, může dojít k výboji k zemi;

• Tvar vlny je rovnější a delší než tvar vlny přímého bleskového přetlaku;

• Pokud je nad drátem umístěna zemní ochranná linka, indukovaný přetlak na drátu se sníží díky elektromagnetickému štítovému efektu. Čím menší je vzdálenost mezi linkami, tím větší je koeficient vazby a tím nižší je indukovaný přetlak na drátu.

Obvykle nejsou v celé délce distribučních sítí do 35kV vedeny zemní ochranné linky a pouze 1-2km zemních ochranných linek jsou umístěny na vchodu a výstupu z transformačních stanic jako ochrana vstupní části.