Milyenek a hálózati túlfeszültség gyakori típusai és jellemzői?

A széles eloszlás, nagy műszerszáma és alacsony izolációs szintjük miatt a terjesztő hálózatok könnyen árapadással okozott izolációs balesetekre vannak kitéve. Ez nem csak csökkenti az egész terjesztő rendszer stabilitását és a vezetékek izolációs teljesítményét, de jelentős negatív hatással van a villamos hálózat biztonságos működésére és a villamosipar egészséges, fenntartható fejlődésére is.

Körzet perspektívából, a forrás mellett a villamos rendszert különböző kombinációkban három tipikus komponenssel lehet megfelelően reprezentálni: ellenállás (R), induktivitás (L) és kapacitás (C). Az induktivitás (L) és a kapacitás (C) energia-tároló komponensek, amelyek az árapadás alapvető feltételei; az ellenállás (R) pedig energia-felhasználó komponens, amely általában gátolja az árapadás kialakulását. Ugyanakkor egyes esetekben a rosszul hozzáadott ellenállás is okozhat árapadást.

Gyakori típusai és jellemzői a terjesztő hálózatok árapadásainak

A terjesztő hálózatokban előforduló árapadások gyakori típusai közé tartozik a szakadozó ív talajkapcsoló árapadás, a lineáris rezonancia árapadás, valamint a ferrorezonancia árapadás (beleértve a leválasztási rezonancia árapadást és a PT-s telítés árapadást).

Szakadozó ív talajkapcsoló árapadás

A szakadozó ív talajkapcsoló árapadás egy kapcsoló árapadás típusa. Amplitúdója összefügg a villamos berendezések jellemzőivel, a rendszer szerkezetével, a működési paraméterekkel, a működési vagy hibafolyamatokkal, és nyilvánvaló véletlenszerűsége van. Leggyakrabban a neutrális pont nem hatékonyan kapcsolt villamos hálózatokban fordul elő.

A kapcsoló árapadás energiaforrása a villamos rendszer maga, és amplitúdója nagyjából arányos a rendszer nominált feszültségével. Általában a rendszer maximális működési fázisfeszültségének többszörösével fejezik ki. Ha a műveletek vagy hibák változtatják a villamos hálózat működési állapotát, a vizsgálati komponensekben tárolt mágneses tér-energia egy adott pillanatban a kapacitív komponensek elektromos mező-energiájává alakul, ami rezgő átmeneti folyamatot eredményez, s ezzel többfélszerese a tápegység feszültségénél lévő átmeneti árapadást, amit kapcsoló árapadásnak nevezünk.

A szakadozó ívek a villamos hálózat működési állapotának ismétlődő változását okozzák, ami induktív és kapacitív áramkörökben elektromágneses rezgéseket, majd az átmeneti folyamatokat eredményezi a hiba nélküli fázisban, a hibafázisban és a neutrális pontban, ami árapadást okoz. Ez a szakadozó ív talajkapcsoló árapadás (más néven ív talajkapcsoló árapadás). Formálódási mechanizmusa szorosan összefügg az ív kitürlésével és újraüzelésével: minden alkalommal, amikor a talajhiba áram természetesen áthalad a nullán, az ív rövid ideig kitürölhető; ha az ív csatorna helyreálló feszültsége nagyobb, mint dielektrikus helyreálló ereje, az ív újra fog ülni. Konkrétabban:

• Ha a talajhiba áram nagy, az ív csatorna erősen ionizált, és az ív stabilisan ég;

• Ha az áram kicsi, az ív csatorna izolációs ereje gyorsan helyreáll, az ív nehéz felülni, és a rövid ideig történő kitürlés át tud váltani hosszú távú kitürléssé;

• Ha az áram közepes, akkor egy olyan szakadozó ív talajkapcsoló jelenség formálódik, amely be- és kikapcsolódik.

A súlyos ív talajkapcsoló árapadás a villamos hálózatban folyamatosan gyűlt energia következménye. A szempontjából korlátozni az árapadást, ha a villamos hálózatban az ív gyújtásától a kitürlésig felgyűlt túlzott töltés a kitürlés után fél hálózati frekvenciával a neutrális pont eltolódási feszültsége majdnem nulla lesz, és nem okoz magas amplitúdójú árapadást.

Lineáris rezonancia árapadás

A villamos hálózatban a rezonancia árapadás, amely a vizsgálati komponensek (például a vezetéki induktivitás, a transzformátor lefolyási induktivitása stb.) vagy a lineáris excitációs jellemzőkkel rendelkező vasúj induktivitású komponensek (például a hullámmentesítő ciklusok stb.) és a villamos hálózatban lévő kapacitív komponensek (például a vezetékek földhöz viszonyított kapacitása stb.) közötti soros rezonancia hatására keletkezik aszimmetrikus feszültség mellett, amit lineáris rezonancia árapadásnak nevezünk. Leggyakoribb formája a neutrális pont feszültségének eltolódása.

A DL/T620-1997 "Villamos berendezések árapadás-védése és izolációs koordináció" ipari norma szerint a hullámmentesítő ciklus alapján kapcsolt rendszerben a neutrális pont feszültségének hosszú távú eltolódása nem haladhatja meg a rendszer nominált fázisfeszültségének 15%-át normál működési körülmények között.

Ferrorezonancia árapadás

A villamos rendszer rezgő áramkörében a vasúj induktivitás telítésével generált tartós, magas amplitúdójú árapadást ferrorezonancia árapadásnak nevezünk. Két tipikus ferrorezonancia árapadás ismert a 35 kV alatti terjesztő hálózatokban, azaz a leválasztási rezonancia árapadás és a PT-s telítés árapadás, amit összességében nemlineáris rezonancia árapadásnak hívnak. Teljesen más jellemzőkkel és tulajdonságokkal bír, mint a lineáris rezonancia árapadás és a szakadozó ív talajkapcsoló árapadás. Különböző paraméter-kombinációk mellett alapfrekvenciás, törtfrekvenciás és magasfrekvenciás rezonancia árapadások is előfordulhatnak.

• Leválasztási rezonancia árapadás: Amikor a rendszer nem teljes fázisban működik, például vezeték törése, átkapcsolók nem teljes fázisú működése, súlyos aszinkron működés, magasfeszültségű biztosítók egy vagy két fázisának leolvadása miatt, a keletkező ferrorezonancia árapadás leválasztási rezonancia árapadás. Leválasztáskor a háromfázis sima potenciál általában háromfázis aszimmetrikus terhelésekhez ad energiát, és a körzet összetett, nemlineáris komponenseket tartalmaz. Ezért szükséges a Thevenin tétel és a szimmetrikus komponensek módszerének használata a háromfázis körzet egyfázis ekvivalens körzetének átalakításához, a legkisebb LC soros körzetbe rendezéséhez, és a rezonancia feltételeinek elemzéséhez, illetve a számításhoz. Egy fázis vezetékének leválasztásával kapcsolatos hibák három forma létezik: leválasztás nélkül földkapcsolással, leválasztás tápegység oldali földkapcsolással, és leválasztás terhelés oldali földkapcsolással.

• PT-s telítés árapadás: A neutrális pont nem hatékonyan kapcsolt rendszerben Y0-kapcsolású elektromos feszültségátváltók (PT) általában telepítettek a villamos telepek és átmeneti telepek buszain az izolációs feltételek figyelemmel kísérésére. Normál működés közben az elektromos feszültségátváltó indítási impedanciája nagyon magas, így a hálózat földkapcsolási impedanciája kapacitív, és a három fázis alapján egyenletes. Ugyanakkor, bizonyos kapcsoló műveletek vagy a földkapcsolási hibák eltűnésének után különleges háromfázis vagy egyfázis rezonancia körzet formálódhat a vezetékek kapacitásával, vagy más berendezések szórási kapacitásával, és különböző harmonikus ferrorezonancia árapadásokat eredményezhet, amit PT-s telítés árapadásnak hívnak. A törtfrekvenciás rezonancia árapadás a legkárosabb, mivel hosszú ideig jelentősen megnöveli az indítási áramot, leolvadhat a transzformátor biztosítója, és még a transzformátor komolyan melegedhet, olajot adhat ki, vagy akár robbanhat fel. Továbbá a feszültségátváltó telítési árapadása nyilvánvaló nullsor jellemzőkkel bír.

Villámárapadás

A villámlás lényegében egy extrémén egyenlőtlen elektrikus mezőben, nagyon hosszú levegői résszel jellemezhető nem tiszta vonalzó jelenség. Alapvető folyamatai a vezető descarga, a fő descarga és a utódescarga. Minden negatív polaritású villámlásból képződő villámlásáram unipoláris impulzus alakúnak tekinthető. Az impulzus alak leírására szolgáló fő paraméterek a csúcswert, a hullámfront időtartama és a fél-csúcs időtartama.

A villámárapadást közvetlen villámárapadásra és indukált villámárapadásra osztjuk. Ahol az indukált villámárapadás elektrostatisztikai indukció (főleg) és elektromágneses indukció komponensekből áll, a következő jellemzőkkel:

• Polaritása ellentétes a villámfelhővel, azaz ellentétes a villámlásáram polaritásával;

• Három fázisban egyszerre jelenik meg, alapján egyenlő értékekkel, és nincs fázis közötti potenciálkülönbség és fázis közötti vízszintes átlépés;

• Ha a csúcswert nagy, lehetséges a földi vízszintes átlépés;

• Alakja laposabb és hosszabb, mint a közvetlen villámárapadásé;

• Ha a vezetéken van földi villámlás-védő vezeték, a vezetéken lévő indukált árapadás csökken az elektromágneses kivédési hatás miatt. Minél közelebb vannak a vezetékek, annál nagyobb a kölcsönhatási tényező, és annál alacsonyabb a vezetéken lévő indukált árapadás.

Általában a 35 kV és alatta lévő terjesztő hálózatok számára nem építenek villámlás-védő vezetéket az egész hosszúságban, csak 1-2 km-es villámlás-védő vezetéket állítanak a telepek be- és kijáratának bejövő szakaszának védelmére.