Лекція 8т перенапруги в електричних установках та захист від них

План лекції

1. Поняття про перенапруги в електроустановках.

2. Загальні відомості про грозу та атмосферні перенапруги.

3. Захист електроустановок від прямих ударів блискавки.

4. Захист електроустановок від індукованих (наведених) перенапруг.

5. Захист сільських електричних мереж від атмосферних перенапруг.

Література: 1 с.49-77,152, 188, 291; 2 с.200-224; 3. с. 200-223; 4 с. 209-232; 5 с. 308-325; 6. с. 284-300; 7 с.424-462; 8 с.154-158; 9 с.303-322.

1. Поняття про перенапругу в електроустановках

При нормальних режимах роботи напруга в електроустановках близька до номінальної і не перевищує її більш ніж на 10 %. Але можливе короткочасне значне підвищення напруги в мережі.

Перенапругою називають любе перевищення напруги по відношенню до її номінального значення яке може викликати пошкодження (пробій) ізоляції. В залежності від причини виникнення, перенапруги поділяють на два основних типи: внутрішні та зовнішні.

Внутрішні перенапруги виникають при перемиканнях в мережі (комутаційні перенапруги), при дугових однополюсних замиканнях на землю (ОДЗ) в мережах з ізольованою нейтраллю (дугові перенапруги), при резонансних явищах в мережі (резонансні перенапруги). Окремо виділяють перенапруги в колах із вакуумними вимикачами.

Комутаційні перенапруги виникають при зміні режиму роботи електроустановки, наприклад при вимкненні короткого замикання, вимиканні і вмиканні навантаження, раптовій значній зміні навантаження. Ці перенапруги виникають в результаті виділення в перехідному процесі накопиченої в електроустановці енергії, яка визначає кратність перенапруги по відношенню до номінальної.

Виникають комутаційні перенапруги при вимиканні кіл змінного струму, що мають індуктивність і ємкість, наприклад при вимиканні струмів холостого ходу трансформаторів, асинхронних двигунів, лінії електропередач та ін. Абсолютна більшість комутаційних перенапруг є високочастотними швидко затухаючими коливаннями (рисунок 8.1) з частотою в десятки й сотні разів більшою ніж частота нормального режиму.

U

t

Рисунок 8.1 – Форма імпульсу внутрішніх (комутаційних) перенапруг

Комутаційні перенапруги в значній мірі залежать від характеристик обладнання, головним чином від вимикачів і схем мережі і характеризуються відносно незначними амплітудами в межах 2,5…3,5 U_фнм.

Дугові перенапруги виникають при горінні дуги при замиканні на землю однієї фази, в установках з ізольованою нейтраллю (переміжної дуги). В цьому випадку можливе виникнення масових перекриттів ізоляції на непошкоджених фазах.

Максимальне значення амплітуд дугових перенапруг знаходиться в межах 3,1…3,4 U_фнм. Дугові перенапруги шкідливі не лише своєю амплітудою, а і значною тривалістю існування, так як при ОДЗ лінія може залишатися під напругою тривалий час.

Резонансні перенапруги. В електричних мережах присутні в значній кількості елементи які здатні накопичувати електричну та магнітну енергію – ємність та індуктивність. Комбінація цих елементів створює ряд коливальних контурів. В нормальних режимах роботи ці коливальні контури зашунтовані навантаженням і тому в них не можливе виникнення суттєвих коливань із небезпечними амплітудами. Але при деяких схемах комутації в мережі, головним чином аварійних, частина таких коливальних контурів від’єднується від навантаження і в них виникає можливість виникнення вільних коливань і, відповідно, виникнення перенапруги.

Максимальне значення амплітуд резонансних (ферорезонансних) перенапруг знаходиться в межах 2,2…4,2 U_фнм.

За літературними джерелами, в мережах із повітряними лініями електропередачі частка пошкоджень ізоляції електрообладнання від впливу атмосферних перенапруг становить до 80 %, при однофазних замиканнях на землю – 10%, від ферорезонансних перенапруг – 5% і від комутаційних перенапруг – 5%.

В кабельних мережах причиною 80 % пошкоджень є дугові перенапруги при ОДЗ, 10 % – ферорезонансні та 10 % – комутаційні.

Для нормальної ізоляції сільських електроустановок і мереж із повітряними лініями більшість комутаційних перенапруг не створюють небезпеку.

Перенапруга в мережах, спричинена розрядом блискавки при прямому ударі в лінію, а також індукована (наведена) перенапруга при розряді в безпосередній близькості до лінії, називається зовнішньою або атмосферною перенапругою. Якщо немає надійного захисту, то розряди блискавки можуть призвести до смертельних уражень людей, пошкоджень апаратури, пожеж.