Ano ang mga Karaniwang Uri at Katangian ng Overvoltage sa Distribution Network

Ang mga network ng distribution, na may malawakang distribusyon, maraming kagamitan, at mababang antas ng insulation, ay madaling makaranas ng insidente ng overvoltage dahil sa sobrang tension. Ito ay hindi lamang nagsisira sa estabilidad ng buong sistema ng distribution at sa kakayahan ng insulation ng mga linya, kundi may malaking negatibong epekto rin ito sa ligtas na operasyon ng grid ng kuryente at sa malusog at sustainable na pag-unlad ng industriya ng enerhiya.

Mula sa perspektibo ng circuit, maliban sa pinagmulan ng lakas, ang sistema ng kuryente ay maaaring ipahayag ng katumbas na kombinasyon ng tatlong tipikal na komponente: resistance (R), inductance (L), at capacitance (C). Sa kanila, ang inductance (L) at capacitance (C) ay mga komponente ng imbakan ng enerhiya, na ang mga ito ang pangunahing kondisyon para sa pagbuo ng overvoltage; ang resistance (R) naman ay isang komponente ng pagkonsumo ng enerhiya, na karaniwang maaaring mapigilan ang paglago ng overvoltage. Gayunpaman, sa ilang mga kasong partikular, ang hindi tama na pagdaragdag ng resistance maaari ring magresulta sa pag-occur ng overvoltage.

Karaniwang Uri at Katangian ng Overvoltage sa Mga Network ng Distribution

Ang mga karaniwang uri ng overvoltage sa mga network ng distribution ay kasama ang intermittent arc grounding overvoltage, linear resonance overvoltage, at ferroresonance overvoltage (kasama ang disconnection resonance overvoltage at PT saturation overvoltage).

Intermittent Arc Grounding Overvoltage

Ang intermittent arc grounding overvoltage ay isang uri ng switching overvoltage. Ang kalakihan nito ay may kaugnayan sa mga katangian ng mga kagamitang elektrikal, struktura ng sistema, operating parameters, operasyon o anyo ng pagkakasala, at may malinaw na randomness. Ito ay pinaka-karaniwan sa mga grid ng kuryente na walang epektibong grounded neutral point.

Ang enerhiya ng switching overvoltage ay nagmumula sa patubig na sistema ng kuryente, at ang kalakihan nito ay halos proporsyonal sa rated voltage ng sistema. Karaniwang ipinapahayag ito sa pamamagitan ng multiple ng maximum operating phase voltage amplitude ng sistema. Kapag ang mga operasyon o pagkakasala ay nagdulot ng pagbabago sa estado ng operasyon ng grid ng kuryente, ang enerhiyang magnetic na nakaimbak sa mga komponente ng inductive ay maaring i-convert sa enerhiyang electric ng mga komponente ng capacitive sa isang tiyak na oras, na nagreresulta sa isang oscillating transient process, na nagdudulot ng transient overvoltage na ilang beses mas mataas kaysa sa supply voltage, na tinatawag na switching overvoltage.

Ang mga intermittent arcs ay nagdudulot ng paulit-ulit na pagbabago sa estado ng operasyon ng grid ng kuryente, na nagdudulot ng mga electromagnetic oscillation sa mga circuit ng inductance at capacitance, at pagkatapos ay nagaganap ang mga transient process sa non-fault phase, fault phase, at neutral point, na nagreresulta sa overvoltage. Ito ang tinatawag na intermittent arc grounding overvoltage (o kilala rin bilang arc grounding overvoltage). Ang mekanismo ng pagbuo nito ay malapit na nauugnay sa pag-extinguish at pag-reignite ng arc: bawat oras na ang grounding fault current ay natural na tumatawid sa zero, ang grounding arc ay magkakaroon ng maikling panahon ng extinction; kapag ang recovery voltage ng arc channel ay mas mataas kaysa sa dielectric recovery strength nito, ang arc ay magre-reignite. Partikular:

• Kapag ang grounding current ay malaki, ang arc channel ay matatag na ionized, at ang arc ay bumuburn stably;

• Kapag ang current ay maliit, ang insulation strength ng arc channel ay mabilis na umuulit, ang arc ay mahirap ire-reignite, at ang pansamantalang extinction ay maaaring maging permanenteng extinction;

• Kapag ang current ay medyo, ang isang intermittent arc grounding phenomenon na on at off ay nabubuo.

Ang matinding arc grounding overvoltage ay sanhi ng patuloy na pag-accumulate ng enerhiya sa grid ng kuryente. Mula sa perspektibo ng pag-limitado ng overvoltage, kung ang excess charge na nakaimbak sa grid ng kuryente sa pagitan ng pag-ignite at extinction ng arc ay maaaring lumabas sa pamamagitan ng resistance sa loob ng kalahating siklo ng power frequency pagkatapos ng arc ay extinct, ang neutral point displacement voltage ay halos zero, at hindi magiging sanhi ng mataas na kalakihan ng overvoltage.

Linear Resonance Overvoltage

Sa grid ng kuryente, ang overvoltage na nagsimula mula sa series resonance sa pagitan ng mga komponente ng inductive na walang iron core (tulad ng line inductance, transformer leakage inductance, etc.) o mga komponente ng inductive na may iron core na may excitation characteristics na malapit sa linear (tulad ng arc suppression coils, etc.) at mga komponente ng capacitive sa grid ng kuryente (tulad ng line-to-ground capacitance, etc.) sa ilalim ng epekto ng asymmetric voltage ay tinatawag na linear resonance overvoltage. Ang pinaka-karaniwang anyo nito ay ang pag-displace ng neutral point voltage.

Ayon sa DL/T620-1997 "Overvoltage Protection and Insulation Coordination of AC Electrical Devices" industry standard, sa arc suppression coil grounded system, sa normal na kondisyon ng operasyon, ang long-term voltage displacement ng neutral point ay hindi dapat lampa sa 15% ng nominal phase voltage ng sistema.

Ferroresonance Overvoltage

Sa oscillation circuit ng sistema ng kuryente, ang patuloy na mataas na kalakihan ng overvoltage na in-excite ng saturation ng iron core inductance ay tinatawag na ferroresonance overvoltage. Mayroong dalawang tipikal na ferroresonance overvoltage sa mga network ng distribution na mas mababa sa 35kV, na ang isa ay ang overvoltage na dulot ng disconnection resonance at ang isa pa ay ang overvoltage na dulot ng PT saturation, na kolektibong tinatawag na nonlinear resonance overvoltage. Ito ay may ganap na ibang katangian at properties kumpara sa linear resonance overvoltage at intermittent arc grounding overvoltage. Sa iba't ibang combination ng parameter, maaaring mangyari ang fundamental frequency, fractional frequency, at high-frequency resonance overvoltage.

• Disconnection Resonance Overvoltage: Kapag ang sistema ay nasa hindi buong-phase operation dahil sa wire breakage, hindi buong-phase action ng mga circuit breaker, matinding asynchronous operation, pagsunog ng isa o dalawang phase ng high-voltage fuses, etc., ang ferroresonance overvoltage na nagsimula ay disconnection resonance overvoltage. Kapag nagkaroon ng disconnection, ang three-phase symmetric potential ay karaniwang sumusuplay ng lakas sa three-phase asymmetric loads, at ang circuit ay komplikado at naglalaman ng mga nonlinear components. Kaya, kinakailangan ang Thevenin's theorem at symmetric component method upang i-convert ang three-phase circuit sa single-phase equivalent circuit, isuri ito sa pinakasimplesteng LC series circuit, at pagkatapos ay analisihin ang mga kondisyong resonante at gawin ang calculation at analysis. May tatlong anyo ng one-phase wire disconnection faults: disconnection without grounding, disconnection with power side grounding, at disconnection with load side grounding.

• PT Saturation Overvoltage: Sa neutral point non-effectively grounded system, karaniwang ininstall ang Y0-connected electromagnetic voltage transformers (PT) sa mga bus ng mga power plants at substations upang monitorin ang kondisyong insulation. Sa normal na operasyon, ang excitation impedance ng electromagnetic voltage transformer ay napakataas, kaya ang ground impedance ng network ay capacitive, at ang tatlong phase ay halos balanced. Gayunpaman, pagkatapos ng ilang switching operations o ang pag-disappear ng ground faults, ito ay bubuo ng espesyal na three-phase o single-phase resonance circuit kasama ang wire capacitance o stray capacitance ng iba pang mga kagamitan, at maaaring i-excite ang iba't ibang harmonics ng ferroresonance overvoltages, na tinatawag na PT saturation overvoltage. Sa kanila, ang fractional frequency resonance overvoltage ang pinaka-masamang epekto. Ito ay magdudulot ng matinding pagtaas ng excitation current sa matagal na panahon, sasanga ang fuse ng transformer, at kahit pa ang transformer ay maaaring maging sobrang mainit, maglabas ng langis, o kahit pa sumabog. Bukod dito, ang saturation overvoltage ng voltage transformer ay may malinaw na zero-sequence characteristics.

Lightning Overvoltage

Ang lightning discharge ay esensiyal na isang non-spark discharge phenomenon sa isang napakahirang electric field na may ultra-long air gap. Ang basic process nito ay kasama ang leader discharge, main discharge, at afterglow discharge. Bawat lightning current na nabuo mula sa negative polarity lightning ay may unipolar pulse waveform. Ang mga pangunahing parameter na naglalarawan ng pulse waveform ay peak value, wave front time, at half-peak time.

Ang lightning overvoltage ay nahahati sa direct lightning overvoltage at induced lightning overvoltage. Sa kanila, ang induced lightning overvoltage kasama ang electrostatic induction (mainly) at electromagnetic induction components, na may sumusunod na katangian:

• Ang polarity ay kabaligtaran sa polarity ng thundercloud, o kabaligtaran sa polarity ng lightning current;

• Ito ay lumilitaw sa tatlong phase ng parehong oras na may halos pantay na values, at wala ring phase-to-phase potential difference at phase-to-phase flashover;

• Kapag ang kalakihan ay malaki, maaari itong magdulot ng ground flashover;

• Ang waveform ay mas flat at mas mahaba kaysa sa waveform ng direct lightning overvoltage;

• Kapag may grounded lightning protection line sa itaas ng wire, ang induced overvoltage sa wire ay mababawasan dahil sa electromagnetic shielding effect. Ang mas malapit ang distansya sa pagitan ng mga linya, ang mas malaki ang coupling coefficient, at ang mas mababang induced overvoltage sa wire.

Karaniwan, ang mga lightning protection lines ay hindi itinatayo sa buong linya para sa mga network ng distribution na 35kV at ibaba, at kadalasang may 1-2km lightning protection lines lamang sa entrance at exit ng mga substation bilang incoming line section protection.