Clasificarea, mecanismul și analiza comparativă a supratensiunilor din sistemul de alimentare

📋Cuprins

Supratensiuni externe: fulgere-supratensiuni induse

Supratensiuni interne: tranzitorii-generați de sistem

• Supratensiuni temporare
• Supratensiuni de comutare
• Supratensiuni rezonante

Tabel de comparație rezumat

Supratensiuni externe: fulgere-supratensiuni induse

 

Cunoscut și casupratensiuni atmosferice, acestea provin din descărcări de fulgere și sunt clasificate în trei subtipuri:

• 1.1 Lovituri directe cu fulgere

Când fulgerul lovește direct un conductor de linie aeriană sau un echipament expus, supratensiunea rezultată poate ajungemilioane de volțiîn microsecunde. Acest stres extrem poate provoca:

Flashover între faze sau la masă

Deteriorări permanente ale izolației

Topirea conductorilor sau distrugerea echipamentului

• 1.2 Backfulshovers (contraatacuri)

Când fulgerul lovește un turn de transmisie sau o structură de împământare, potențialul turnului crește rapid. Dacă rezistența de împământare este prea mare, creșterea potențialului poate depăși nivelul de izolație șidescărcare înapoi la conductorii sub tensiune- provocând un efect aproape la fel de grav ca o lovitură directă.

• 1.3 Supratensiuni induse de fulgere

Chiar și fără o lovitură directă, un fulger în apropiere poate induce tensiuni tranzitorii pe liniile de alimentare și de comunicațiecuplarea câmpului electromagnetic. Aceste supratensiuni induse sunt mai mici ca magnitudine, dar mult mai frecvente și pot încă deteriora sistemele electronice de control sensibile.

 

⚡Caracteristicile supratensiunii fulgerului:

Atribut	Valoare
Durată	Zeci de microsecunde (forma de undă de impuls)
Amplitudine	Up to >1 milion de volți
Frecvenţă	Depinde de activitatea fulgerului local (nivel keraunic)
Interval de impact	Cel mai semnificativ pentru sistemele mai mici sau egale cu 220 kV

🛡️ Măsuri comune de protecție:

Fire de protecție deasupra capului (fire de împământare)

Sisteme de împământare cu impedanță {{0} joasă

Descărcătoare de supratensiunela intrările de linie și terminalele de echipamente

Cabluri ecranate pentru alimentatoare critice

Supratensiuni interne: tranzitorii-generați de sistem

 

Spre deosebire de fulger,supratensiuni interneprovin din modificări ale stării de funcționare a sistemului de alimentare -, cum ar fi operațiuni de comutare, defecțiuni sau condiții de rezonanță.

• 2.1 Supratensiuni temporare (supratensiuni de putere-frecvență)

Acestea sunt creșteri susținute ale tensiunii de frecvență de putere{0}}care durează de lamai multe cicluri până la câteva secunde. Ele apar de obicei în timpul:

Efectul Ferranti- Pe liniile de transmisie lungi, ușor încărcate, capacitatea distribuită a liniei determină creșterea-tensiunii de capăt de recepție peste tensiunea de-sfârșit de expediere. Acest lucru este deosebit de relevant pentru cablurile lungi de alimentare din rețelele urbane de distribuție.

Defecțiuni dintr-o-fază-la-la sol- În sistemele neîmpământate sau rezonante-împământate, tensiunea pe fazele sănătoase poate crește la √3 ori (≈1,73×) tensiunea normală de fază în timpul unei defecțiuni la pământ.

Respingerea încărcăturii- Când o sarcină mare este deconectată brusc, regulatoarele automate de tensiune ale generatorului pot depăși înainte de stabilizare, provocând o scurtă creștere a tensiunii.

Caracteristică:Multipli moderati de supratensiune (de obicei<1.5× rated) but long duration - which can cause thermal stress on equipment.

• 2.2 Supratensiuni de comutare

Acestea sunt supratensiuni tranzitorii cu descompunere rapidă-declanșate deoperarea întrerupătorului sau a comutatorului. Scenariile comune includ:

Energizarea liniilor fără-încărcare- Când închideți un întrerupător pentru a alimenta o linie de transmisie lungă sau un cablu.

Operațiuni de reînchidere- Reînchidere automată după o eroare tranzitorie.

De-energizarea transformatoarelor sau reactoarelor- Întreruperea curenților inductivi mici.

Supratensiuni la -arc de împământare- Defecțiuni intermitente de arc în sistemele fără împământare (frecvente în rețelele de distribuție 6kV–35kV).

Caracteristică:Apariție aleatorie, care scade în milisecunde, dar poate ajunge2,5–3,5× tensiune nominalăîn cele mai nefavorabile-condiții.

• 2.3 Supratensiuni rezonante

Supratensiunile rezonante apar atunci cândreactanțe inductive și capacitiveîntr-o rețea devin echilibrate la sau aproape de frecvența de putere (sau o frecvență armonică). Sunt deosebit de periculoase, deoarece pot susține tensiuni înalte pentru perioade lungi de timp.

Subtip	Mecanism	Locații comune
Rezonanță liniară	Parametrii L și C constanți	Cabluri lungi, bănci de condensatoare
Ferorezonanța	Inductori cu miez de fier-saturabil (de exemplu, transformatoare)	Neutru al transformatorului neîmpământat, circuite VT
Rezonanța parametrică	Parametri-varianți în timp	Masini rotative, actionari speciale

⚠️ De ce ferrorezonanța merită o atenție specială:

În sistemele de distribuție de medie-tensiune, ferorezonanța poate apărea atunci când un transformator este alimentat printr-un cablu cu capacitate mare sau când comutarea monofazată lasă un transformator conectat doar printr-una sau două faze. Rezultatul poate fi:

Supratensiune susținută de până la 3× nominală

Zgomot și vibrații puternice

Deteriorarea termică a miezurilor și înfășurărilor transformatorului

Strategiile de protecție includ:rezistențe neutre de împământare, circuite de amortizare și dispozitive de comutare controlate.

Tabel de comparație rezumat

 

Tip supratensiune	Cauza primara	Durata tipică	Gama de amplitudine	Risc dominant pentru
⚡ Fulger	Greve directe/induse	Microsecunde (impuls)	Up to >1 MV	Sisteme mai mici sau egale cu 220 kV
⏳ Temporar	Defecțiuni la pământ, respingerea sarcinii, efect Ferranti	Cicluri la secunde	1,1–1,5× evaluat	Alimentatoare pentru cabluri lungi, linii EHV
🔘 Comutare	Operațiuni întrerupător, reînchidere	Milisecunde	2,5–3,5× evaluat	Mai mare sau egal cu sistemele de 300 kV (dar și rețele MT)
🌀 Rezonant	Rezonanță LC (liniară/ferro/parametrică)	Susținut (stare{0}}staționară)	Până la 3× evaluat	Sisteme MT neîmpământate, neutru al transformatorului