อะไรคือประเภทและลักษณะทั่วไปของแรงดันไฟฟ้าเกินในระบบจำหน่าย

เครือข่ายการกระจายพลังงานไฟฟ้า ซึ่งมีลักษณะในการกระจายอย่างกว้างขวาง มีอุปกรณ์จำนวนมาก และระดับฉนวนต่ำ ทำให้เกิดอุบัติเหตุจากแรงดันเกินได้ง่าย ซึ่งไม่เพียงแต่ลดความเสถียรของระบบการกระจายพลังงานทั้งหมดและประสิทธิภาพของฉนวนสายไฟเท่านั้น แต่ยังส่งผลกระทบในทางลบอย่างมากต่อการทำงานอย่างปลอดภัยของระบบไฟฟ้าและการพัฒนาที่ยั่งยืนของภาคการผลิตไฟฟ้า

จากมุมมองของวงจร นอกจากแหล่งกำเนิดพลังงานแล้ว ระบบไฟฟ้ายังสามารถแทนที่ด้วยการรวมกันขององค์ประกอบสามประเภทที่เป็นแบบจำลองคือ ความต้านทาน (R) อิน덕タンซ์ (L) และแคปซิเตนซ์ (C) ระหว่างนี้ อิน덕แทนซ์ (L) และแคปซิเตนซ์ (C) เป็นองค์ประกอบที่เก็บพลังงาน ซึ่งเป็นเงื่อนไขพื้นฐานในการสร้างแรงดันเกิน ในขณะที่ความต้านทาน (R) เป็นองค์ประกอบที่ใช้พลังงาน ซึ่งโดยทั่วไปจะช่วยยับยั้งการเกิดแรงดันเกิน อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี การเพิ่มความต้านทานอย่างไม่เหมาะสมอาจนำไปสู่การเกิดแรงดันเกินได้เช่นกัน

ประเภทและลักษณะทั่วไปของแรงดันเกินในเครือข่ายการกระจายพลังงาน

ประเภทของแรงดันเกินที่พบบ่อยในเครือข่ายการกระจายพลังงาน ได้แก่ แรงดันเกินจากการต่อพ่วงอาร์คไฟฟ้าที่ขาดหายไป แรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนแบบเชิงเส้น และแรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนแบบเฟอร์โรเรโซแนนซ์ (รวมถึงแรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนเมื่อตัดและแรงดันเกินจากการอิ่มตัวของ PT)

แรงดันเกินจากการต่อพ่วงอาร์คไฟฟ้าที่ขาดหายไป

แรงดันเกินจากการต่อพ่วงอาร์คไฟฟ้าที่ขาดหายไป เป็นชนิดหนึ่งของแรงดันเกินจากการทำงาน ขนาดของมันขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่น ลักษณะของอุปกรณ์ไฟฟ้า โครงสร้างของระบบ พารามิเตอร์การดำเนินงาน หรือรูปแบบการปฏิบัติงานหรือการเกิดข้อผิดพลาด และมีความสุ่มสี่สุ่มห้า พบได้บ่อยที่สุดในระบบไฟฟ้าที่จุดกลางไม่มีการต่อลงดินอย่างมีประสิทธิภาพ

พลังงานของแรงดันเกินจากการทำงานมาจากระบบไฟฟ้าเอง และขนาดของมันโดยประมาณจะเป็นสัดส่วนกับแรงดันกำหนดของระบบ โดยทั่วไปจะแสดงโดยจำนวนเท่าของแรงดันเฟสสูงสุดของการทำงาน แรงดันเกินจากการทำงานหรือข้อผิดพลาดที่ทำให้สถานะการทำงานของระบบไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง สนามแม่เหล็กที่เก็บไว้ในองค์ประกอบอินดักทิฟจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าขององค์ประกอบแคปซิเตนซ์ในเวลาใดเวลาหนึ่ง ทำให้เกิดกระบวนการชั่วคราวที่สั่นสะเทือน ทำให้เกิดแรงดันเกินชั่วคราวที่สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดหลายเท่า ซึ่งเรียกว่าแรงดันเกินจากการทำงาน

อาร์คไฟฟ้าที่ขาดหายไปทำให้สถานะการทำงานของระบบไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงซ้ำ ๆ ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจรอินดักทิฟและแคปซิเตนซ์ จากนั้นเกิดกระบวนการชั่วคราวในเฟสที่ไม่มีข้อผิดพลาด เฟสที่มีข้อผิดพลาด และจุดกลาง ทำให้เกิดแรงดันเกิน นี่คือแรงดันเกินจากการต่อพ่วงอาร์คไฟฟ้าที่ขาดหายไป (หรือเรียกว่าแรงดันเกินจากการต่อพ่วงอาร์ค) กลไกการสร้างของมันมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับการดับและความสว่างใหม่ของอาร์ค: ทุกครั้งที่กระแสไฟฟ้าที่เกิดข้อผิดพลาดข้ามศูนย์ อาร์คไฟฟ้าจะมีระยะเวลาการดับสั้น ๆ เมื่อแรงดันฟื้นฟูของช่องทางอาร์คไฟฟ้าสูงกว่าความสามารถในการฟื้นฟูของมัน อาร์คไฟฟ้าจะสว่างใหม่ รายละเอียด:

• เมื่อกระแสไฟฟ้าที่เกิดข้อผิดพลาดสูง อาร์คไฟฟ้าจะเผาไหม้อย่างมั่นคง;

• เมื่อกระแสไฟฟ้าต่ำ ความแข็งแกร่งของฉนวนของช่องทางอาร์คไฟฟ้าจะฟื้นฟูอย่างรวดเร็ว อาร์คไฟฟ้าจะยากที่จะสว่างใหม่ และการดับชั่วคราวสามารถกลายเป็นการดับถาวร;

• เมื่อกระแสไฟฟ้าอยู่ในระดับปานกลาง จะเกิดปรากฏการณ์อาร์คไฟฟ้าที่ขาดหายไปและสว่างใหม่

แรงดันเกินจากการต่อพ่วงอาร์คไฟฟ้าที่รุนแรงเกิดจากการสะสมพลังงานอย่างต่อเนื่องในระบบไฟฟ้า จากมุมมองของการจำกัดแรงดันเกิน หากประจุไฟฟ้าส่วนเกินที่สะสมในระบบไฟฟ้าระหว่างการเผาไหม้และดับของอาร์คไฟฟ้าสามารถรั่วไหลผ่านความต้านทานภายในครึ่งวงจรของความถี่ไฟฟ้าหลังจากอาร์คไฟฟ้าดับ แรงดันไฟฟ้าที่จุดกลางจะแทบจะเป็นศูนย์ และจะไม่ทำให้เกิดแรงดันเกินขนาดใหญ่

แรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนแบบเชิงเส้น

ในระบบไฟฟ้า แรงดันเกินที่เกิดจากการสั่นสะเทือนแบบอนุกรมระหว่างองค์ประกอบอินดักทิฟที่ไม่มีแกนเหล็ก (เช่น อินดักทิฟของสายไฟ ความรั่วไหลของอินดักทิฟของหม้อแปลง ฯลฯ) หรือองค์ประกอบอินดักทิฟที่มีแกนเหล็กซึ่งมีคุณสมบัติกระตุ้นที่ใกล้เคียงกับเชิงเส้น (เช่น คอยล์กำจัดอาร์ค ฯลฯ) และองค์ประกอบแคปซิเตนซ์ในระบบไฟฟ้า (เช่น แคปซิเตนซ์ระหว่างสายไฟกับพื้น ฯลฯ) ภายใต้การกระทำของแรงดันไม่สมมาตร เรียกว่าแรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนแบบเชิงเส้น รูปแบบที่พบบ่อยที่สุดคือการเคลื่อนที่ของแรงดันไฟฟ้าที่จุดกลาง

ตามมาตรฐานอุตสาหกรรม DL/T620-1997 "การป้องกันแรงดันเกินและการประสานงานฉนวนของอุปกรณ์ไฟฟ้า AC" ในระบบไฟฟ้าที่ต่อลงดินด้วยคอยล์กำจัดอาร์ค ภายใต้สภาพการทำงานปกติ แรงดันไฟฟ้าที่จุดกลางควรไม่เกิน 15% ของแรงดันเฟสที่กำหนดของระบบ

แรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนแบบเฟอร์โรเรโซแนนซ์

ในวงจรการสั่นสะเทือนของระบบไฟฟ้า แรงดันเกินขนาดใหญ่และยั่งยืนที่ถูกกระตุ้นโดยการอิ่มตัวของอินดักทิฟที่มีแกนเหล็ก เรียกว่าแรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนแบบเฟอร์โรเรโซแนนซ์ มีแรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนแบบเฟอร์โรเรโซแนนซ์สองประเภทที่พบบ่อยในเครือข่ายการกระจายพลังงานต่ำกว่า 35kV คือ แรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนเมื่อตัดและแรงดันเกินจากการอิ่มตัวของ PT ซึ่งเรียกรวมกันว่าแรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนแบบไม่เชิงเส้น มันมีลักษณะและคุณสมบัติที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากแรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนแบบเชิงเส้นและแรงดันเกินจากการต่อพ่วงอาร์คไฟฟ้าที่ขาดหายไป ภายใต้การผสมผสานพารามิเตอร์ที่แตกต่างกัน อาจเกิดแรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนที่ความถี่พื้นฐาน ความถี่เศษส่วน และความถี่สูง

• แรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนเมื่อตัด: เมื่กระบบทำงานในภาวะไม่ครบเฟสเนื่องจากสายไฟขาด วงจรเบรกเกอร์ทำงานไม่ครบเฟส การทำงานไม่ตรงกันอย่างรุนแรง หรือฟิวส์ของเฟสเดียวหรือสองเฟสละลาย แรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนแบบเฟอร์โรเรโซแนนซ์ที่เกิดขึ้นคือแรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนเมื่อตัด เมื่อมีการตัด ศักย์ที่สมมาตรสามเฟสทั่วไปจะจ่ายไฟให้กับโหลดที่ไม่สมมาตรสามเฟส วงจรซับซ้อนและมีองค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้น ดังนั้น จำเป็นต้องใช้ทฤษฎี Thevenin และวิธีการส่วนประกอบที่สมมาตรเพื่อแปลงวงจรสามเฟสเป็นวงจรเทียบเท่าเฟสเดียว จัดเรียงเป็นวงจร LC อนุกรมที่ง่ายที่สุด แล้ววิเคราะห์เงื่อนไขการสั่นสะเทือนและทำการคำนวณวิเคราะห์ มีรูปแบบของข้อผิดพลาดจากการขาดสายไฟเฟสเดียวสามแบบ คือ การขาดสายโดยไม่ต่อลงดิน การขาดสายพร้อมต่อลงดินฝั่งแหล่งกำเนิด และการขาดสายพร้อมต่อลงดินฝั่งโหลด

• แรงดันเกินจากการอิ่มตัวของ PT: ในระบบที่จุดกลางไม่มีการต่อลงดินอย่างมีประสิทธิภาพ ทั่วไปแล้วจะติดตั้งหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้า (PT) ที่เชื่อมโยง Y0 บนบัสของโรงไฟฟ้าและสถานีไฟฟ้าเพื่อตรวจสอบสภาพฉนวน ในการทำงานปกติ ความต้านทานการกระตุ้นของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้าสูงมาก ดังนั้น ความต้านทานต่อพื้นของเครือข่ายเป็นแคปซิเตนซ์ และสามเฟสสมดุลกัน อย่างไรก็ตาม หลังจากการทำงานบางอย่างหรือการหายไปของข้อผิดพลาดการต่อลงดิน จะสร้างวงจรเรโซแนนซ์สามเฟสหรือเฟสเดียวพิเศษกับแคปซิเตนซ์ของสายไฟหรือแคปซิเตนซ์แปลกปลอมของอุปกรณ์อื่น ๆ และสามารถกระตุ้นแรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนแบบเฟอร์โรเรโซแนนซ์ของฮาร์โมนิกต่าง ๆ ซึ่งเรียกว่าแรงดันเกินจากการอิ่มตัวของ PT ซึ่งแรงดันเกินจากการสั่นสะเทือนแบบความถี่เศษส่วนเป็นอันตรายมากที่สุด มันจะทำให้กระแสการกระตุ้นเพิ่มขึ้นอย่างมากเป็นเวลานาน ทำให้ฟิวส์ของหม้อแปลงละลาย หรือกระทั่งทำให้หม้อแปลงร้อนจัด รั่วไหลน้ำมัน หรือกระทั่งระเบิด นอกจากนี้ แรงดันเกินจากการอิ่มตัวของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้ามีลักษณะลำดับศูนย์ที่ชัดเจน

แรงดันเกินจากฟ้าผ่า

การปล่อยฟ้าผ่าเป็นปรากฏการณ์การปล่อยประจุไฟฟ้าที่ไม่ใช่ประกายไฟในสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมออย่างมากกับช่องอากาศที่ยาวมาก กระบวนการพื้นฐานของมันรวมถึงการปล่อยประจุนำ การปล่อยประจุหลัก และการปล่อยประจุหลังแสง กระแสไฟฟ้าฟ้าผ่าแต่ละครั้งที่เกิดจากฟ้าผ่าขั้วลบมีรูปคลื่นแบบพัลส์เอกพันธุ์ ค่าพารามิเตอร์หลักที่บรรยายรูปคลื่นคือ ค่าสูงสุด เวลาหน้าคลื่น และเวลาครึ่งค่าสูงสุด

แรงดันเกินจากฟ้าผ่าแบ่งออกเป็นแรงดันเกินจากฟ้าผ่าโดยตรงและแรงดันเกินจากฟ้าผ่าโดยเหนี่ยวนำ แรงดันเกินจากฟ้าผ่าโดยเหนี่ยวนำรวมถึงการเหนี่ยวนำสถิต (หลัก) และการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมีลักษณะดังนี้:

• ขั้วตรงข้ามกับเมฆฟ้าผ่า กล่าวคือ ตรงข้ามกับขั้วของกระแสไฟฟ้าฟ้าผ่า;

• ปรากฏในสามเฟสพร้อมกันด้วยค่าที่เท่ากัน โดยทั่วไปและไม่มีความต่างศักย์ระหว่างเฟสและฟ้าผ่าระหว่างเฟส;

• หากค่าสูงสุดมาก อาจทำให้เกิดฟ้าผ่าลงพื้น;

• รูปคลื่นราบและยาวกว่าแรงดันเกินจากฟ้าผ่าโดยตรง;

• หากมีสายป้องกันฟ้าผ่าติดตั้งอยู่เหนือสายไฟ แรงดันเกินจากฟ้าผ่าเหนี่ยวนำบนสายไฟจะลดลงเนื่องจากผลของโล่แม่เหล็กไฟฟ้า ระยะห่างระหว่างสายไฟยิ่งใกล้ ค่าสัมประสิทธิ์การคู่ยิ่งมาก แรงดันเกินจากฟ้าผ่าเหนี่ยวนำบนสายไฟยิ่งต่ำ

โดยทั่วไป ไม่ได้ติดตั้งสายป้องกันฟ้าผ่าตลอดสายสำหรับเครือข่ายการกระจายพลังงาน 35kV และต่ำกว่า แต่ติดตั้งสายป้องกันฟ้าผ่า 1-2 กม. ที่ทางเข้าและทางออกของสถานีไฟฟ้าเป็นการป้องกันส่วนขาเข้า