Dağıtım Ağındaki Genel Tipik Gerilim Aşıklığı Türleri ve Özellikleri Nelerdir

Dağıtım ağları, geniş dağılımları, çok sayıda ekipmanı ve düşük yalıtım seviyeleri ile karakterize olup, aşırı gerilim nedeniyle oluşan yalıtım kazalarına yatkındır. Bu durum, sadece tüm dağıtım sisteminin istikrarını ve hatların yalıtım performansını azaltmakla kalmaz, aynı zamanda elektrik şebekesinin güvenli işletmesi üzerinde ve enerji sektörünün sağlıklı ve sürdürülebilir gelişimi üzerinde önemli olumsuz bir etkiye sahiptir.

Devre açısından bakıldığında, güç kaynağı dışında, güç sistemi direnç (R), endüktans (L) ve kapasitans (C) gibi üç tipik bileşenin farklı kombinasyonlarıyla eşdeğer olarak temsil edilebilir. Bunlardan, endüktans (L) ve kapasitans (C) enerji depolama bileşenleridir ve aşırı gerilimin oluşmasının temel koşullarını oluşturur; direnç (R) ise enerji tüketen bir bileşendir ve genellikle aşırı gerilimin gelişimini engeller. Ancak, bireysel vakalarda, direncin yanlış eklenmesi de aşırı gerilime yol açabilir.

Dağıtım Ağlarında Ortaya Çıkabilecek Aşırı Gerilim Türleri ve Özellikleri

Dağıtım ağlarında ortaya çıkan yaygın aşırı gerilim türleri, aralıklı yayma yerleştirme aşırı gerilimi, doğrusal rezonans aşırı gerilimi ve ferrorezonans aşırı gerilimi (yerleştirme rezonans aşırı gerilimi ve PT doyuma aşırı gerilimi dahil) içerir.

Aralıklı Yayma Yerleştirme Aşırı Gerilimi

Aralıklı yayma yerleştirme aşırı gerilimi, bir anahtarlameli aşırı gerilim türüdür. Amplitudesi, elektrik ekipmanlarının özellikleri, sistem yapısı, işletme parametreleri, işletme veya hata biçimleri gibi faktörlere bağlıdır ve belirgin rastgelelik gösterir. En sık, nötr nokta etkili bir şekilde yerleştirilmemiş elektrik şebekelerinde görülür.

Anahtarlameli aşırı gerilimin enerjisi, güç sisteminin kendisinden gelir ve amplitudesi, sistemin nominal voltajına orantılıdır. Genellikle, sistemin maksimum işletme faz voltajının katı olarak ifade edilir. İşlemeler veya hatalar, güç şebekesinin çalışma durumunda değişikliklere neden olduğunda, indüktif bileşenlerde depolanan manyetik alan enerjisi, belirli bir anda kapasitif bileşenlerin elektrik alan enerjisine dönüştürülür, bu da salınımlı geçici bir süreç oluşturur ve böylece besleme voltajından birkaç kat daha yüksek geçici bir aşırı gerilim oluşur. Bu, anahtarlameli aşırı gerilim olarak adlandırılır.

Aralıklı yaymalar, güç şebekesinin çalışma durumunda tekrarlanan değişikliklere neden olur, bu da indüktans ve kapasitans devrelerinde elektromanyetik salınmalara ve ardından non-hata fazında, hata fazında ve nötr noktada geçici süreçlere yol açarak aşırı gerilim oluşmasına neden olur. Bu, aralıklı yayma yerleştirme aşırı gerilimidir (ayrıca yayma yerleştirme aşırı gerilimi olarak da bilinir). Formasyon mekanizması, yaymanın sönmüş olması ve yeniden yakılmış olmasıyla yakından ilgilidir: her defasında, yerleştirme hata akımı doğal olarak sıfır geçiş yaptığında, yerleştirme yağı kısa bir süre boyunca sönük kalır; yayma kanalının kurtarma voltajı dielektrik kurtarma gücünden büyük olduğunda, yayma yeniden yakılır. Özellikle:

• Yerleştirme akımı büyük olduğunda, yayma kanalı güçlü bir şekilde iyonlaşmış olur ve yayma kararlı bir şekilde yanar;

• Akım küçük olduğunda, yayma kanalının dielektrik gücü hızlı bir şekilde kurtulur, yayma yeniden yakılması zor olur ve geçici sönüm kalıcı sönümüne dönüşebilir;

• Akım orta düzeyde olduğunda, yayma ve sönme arasında sürekli geçişler olan aralıklı bir yayma yerleştirme olayı oluşur.

Ağda sürekli enerji birikimi sonucu ciddi bir yayma yerleştirme aşırı gerilimi oluşur. Aşırı gerilimi sınırlamadan bakıldığında, yaymanın sönmesi sırasında ağda biriken fazladan yükün, yaymanın sönmesinden sonra yarı periyodik güç frekansı içinde direnç aracılığıyla sızabilmesi durumunda, nötr nokta yer değiştirme voltajı neredeyse sıfır olacaktır ve yüksek amplitudeli aşırı gerilim oluşmayacaktır.

Doğrusal Rezonans Aşırı Gerilimi

Güç şebekesinde, çekirdekli olmayan indüktif bileşenler (örneğin, hat endüktansı, transformatör sızıntı endüktansı vb.) veya doğrusal yakın benzeri teşvik özelliklerine sahip çekirdekli indüktif bileşenler (örneğin, arc suppression coils vb.) ile şebekenin kapasitif bileşenleri (örneğin, hat-toprak kapasitansı vb.) arasındaki serili rezonans sonucu, asimetrik voltaj altında oluşan aşırı gerilime doğrusal rezonans aşırı gerilimi denir. En yaygın şekli, nötr nokta voltajının yer değiştirmesidir.

DL/T620-1997 "Alternatif Elektrik Cihazlarının Aşırı Gerilim Koruması ve yalıtım Koordinasyonu" endüstri standardına göre, arc suppression coil yerleştirilmiş sistemlerde, normal işletme koşullarında, nötr noktanın uzun vadeli voltaj yer değiştirme oranı, sistemin nominal faz voltajının %15'ini aşmamalıdır.

Ferrorezonans Aşırı Gerilimi

Güç sisteminin salınımlı devresinde, çekirdekli indüktif bileşenin doyumundan kaynaklanan süregen yüksek amplitudeli aşırı gerilime ferrorezonans aşırı gerilimi denir. 35kV ve altındaki dağıtım ağlarında, kopma rezonansından kaynaklanan aşırı gerilim ve PT doyumundan kaynaklanan aşırı gerilim olmak üzere iki tipik ferrorezonans aşırı gerilimi vardır, bunlar toplu olarak doğrusal olmayan rezonans aşırı gerilimi olarak adlandırılır. Doğrusal rezonans aşırı gerilimi ve aralıklı yayma yerleştirme aşırı geriliminden tamamen farklı özelliklere ve özelliklere sahiptir. Farklı parametre kombinasyonları altında, temel frekans, kesirsel frekans ve yüksek frekanslı rezonans aşırı gerilimleri oluşabilir.

• Kopma Rezonans Aşırı Gerilimi: Sistem, tel kopması, devre kesicilerin tam olmayan işlemesi, ciddi eşzamanlıksızlık, yüksek gerilimli sigortaların bir veya iki fazının erimesi vb. nedenlerle tam olmayan fazda çalışırken, oluşan ferrorezonans aşırı gerilimi, kopma rezonans aşırı gerilimidir. Bir kopma olduğunda, genellikle üç faz simetrik potansiyel, üç faz simetrik olmayan yüklerine güç sağlar ve devre karmaşık olup doğrusal olmayan bileşenleri içerir. Bu nedenle, Thevenin teoremi ve simetrik bileşen yöntemi kullanılarak, üç faz devresi tek fazlı eşdeğer devreye dönüştürülmeli, en basit LC seri devresine ayıklanmalı ve ardından rezonans koşulları analiz edilmeli ve hesaplama ve analiz yapılmalıdır. Bir faz tel kopması hatası üç formdadır: yerleştirmeden olmayan kopma, güç tarafında yerleştirilmiş kopma ve yük tarafında yerleştirilmiş kopma.

• PT Doyumu Aşırı Gerilimi: Nötr nokta etkili bir şekilde yerleştirilmemiş sistemlerde, genellikle güç santralleri ve trafi merkezlerinde, yalıtım durumlarını izlemek için Y0 bağlantılı elektromanyetik gerilim transformatörleri (PT) monte edilir. Normal işletme sırasında, elektromanyetik gerilim transformatörünün teşvik impedansı çok yüksektir, bu nedenle ağın yerleştirimpedansı kapasitiftir ve üç faz neredeyse dengededir. Ancak, bazı anahtarlama işlemlerinin ardından veya yerleştirim hatasının ortadan kaybolmasından sonra, tel kapasitesi veya diğer ekipmanların sapma kapasiteleriyle özel bir üç fazlı veya tek fazlı rezonans devresi oluşturulur ve çeşitli harmoniklerden ferrorezonans aşırı gerilimlerini tetikleyebilir, bu PT doyumu aşırı gerilimi olarak adlandırılır. Bunlar arasında, kesirsel frekanslı rezonans aşırı gerilimi en zararlıdır. Uzun süreli önemli bir artışı, transformatörün sigortasını yakabilir ve hatta transformatörün ciddi derecede ısınmasına, yağ sızmasına veya hatta patlamasına neden olabilir. Ayrıca, gerilim transformatörünün doyumu aşırı gerilimi, açıkça sıfır dizisel özelliklere sahiptir.

Yıldırım Aşırı Gerilimi

Yıldırım boşaltımı, aşırı uzun bir hava boşluğu olan aşırı düzensiz bir elektrik alanında gerçekleşen esasen bir parlatıcı olmayan boşaltım fenomenidir. Temel süreci, lider boşaltımı, ana boşaltım ve ışık saçımı boşaltımı içerir. Negatif polariteden oluşan her yıldırım akımı, tek kutuplu darbe dalgaformuna sahiptir. Darbe dalgaformunu tanımlayan temel parametreler, zirve değeri, dalga ön zamanı ve yarı-zirve zamanıdır.

Yıldırım aşırı gerilimi, doğrudan yıldırım aşırı gerilimi ve indüktif yıldırım aşırı gerilimi olmak üzere ikiye ayrılır. Bunlar arasında, indüktif yıldırım aşırı gerilimi, çoğunlukla elektrostatik indüksiyon (ana bileşen) ve manyetik indüksiyon bileşenlerini içerir ve aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• Polaritesi, fırtına bulutunun polaritesine zıt olup, yıldırım akımının polaritesine zıttır;

• Üç fazda eş zamanlı olarak ortaya çıkar, değerleri neredeyse eşittir ve faz arası potansiyel farkı ve faz arası kıvılcım geçişi oluşmaz;

• Amplitudesi büyük olduğunda, yerleştirim kıvılcımı oluşabilir;

• Dalgaformu, doğrudan yıldırım aşırı geriliminden daha düz ve uzundur;

• Tel üzerinde bir yıldırım koruma hattı varsa, manyetik ekranlama etkisi nedeniyle tel üzerindeki indüktif aşırı gerilim azalır. Hatlar arasındaki mesafe ne kadar yakın olursa, birleşim katsayısı o kadar büyük olur ve tel üzerindeki indüktif aşırı gerilim o kadar düşük olur.

Genellikle, 35kV ve altındaki dağıtım ağlarında tam hat boyunca yıldırım koruma hattı kurulmaz, yalnızca trafi merkezlerinin giriş ve çıkışlarında 1-2km yıldırım koruma hattı, girişi koruma bölümü olarak kurulur.