Что такое перенапряжение в электросети

Что такое перенапряжение в электросети

В электроэнергетике перенапряжение в сети — это любое превышение напряжения над максимально допустимым рабочим уровнем для данной электроустановки. Перенапряжения возникают между фазами или между фазой и землёй и могут различаться по амплитуде, длительности и форме.

Опасность перенапряжений состоит в том, что они нагружают изоляцию выше расчётного уровня. Это приводит к старению диэлектриков, частичным разрядам и при превышении электрической прочности — к пробою. Для оборудования высокого напряжения уровень стойкости к импульсам задаётся в стандартах через испытательное напряжение грозового импульса по ГОСТ 1516.2-97.

Виды перенапряжений в сети: классификация

По физическому происхождению перенапряжения делятся на внешние и внутренние. По длительности — на временные и переходные (импульсные). Внешние возникают от воздействий, не связанных с работой самой сети, внутренние — порождаются процессами в энергосистеме.

Импульсное перенапряжение

Стандартный полный грозовой импульс напряжения по ГОСТ 1516.2-97 и IEC 60060-1 имеет форму 1,2/50 мкс: время фронта 1,2 мкс, время до полуспада 50 мкс. Коммутационный импульс — 250/2500 мкс. Ток молнии в реальных условиях может достигать значений порядка десятков и сотен килоампер, а возникающее в точке удара напряжение — мегавольтных значений.

Временные и коммутационные перенапряжения

Временные перенапряжения связаны с переходными режимами энергосистемы. К ним относятся повышения напряжения на здоровых фазах при однофазном замыкании на землю, перенапряжения от резонансных явлений, перенапряжения от сброса нагрузки на дальних линиях электропередачи. Коммутационные перенапряжения в реальных линиях электропередачи, по справочным данным, обычно не превосходят 3,5 от фазного напряжения сети благодаря демпфированию и работе выключателей.

Причины и последствия для оборудования

Основные источники перенапряжений в сети объединяет один признак — резкое изменение энергетического баланса в цепи с индуктивными и ёмкостными элементами. Это вызывает колебательный процесс с амплитудой, превышающей номинальное напряжение.

Последствия перенапряжений — пробой изоляции кабелей и обмоток, выход из строя силовых трансформаторов, повреждение электронных систем управления и релейной защиты, ложные срабатывания автоматики. Особенно чувствительна к импульсным перенапряжениям современная микропроцессорная техника.

Защита от перенапряжений: ОПН и УЗИП

Ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН)

ОПН — основное средство защиты в сетях 3–750 кВ. Активная часть прибора состоит из последовательно соединённых нелинейных резисторов (варисторов) на основе оксида цинка ZnO с резко нелинейной вольт-амперной характеристикой. При рабочем напряжении ток через ОПН составляет доли миллиампера, а при импульсном перенапряжении сопротивление варистора резко уменьшается, и устройство отводит ток в землю, ограничивая напряжение на безопасном уровне.

Технические требования к ОПН для электроустановок переменного тока 50 Гц напряжением 3–750 кВ установлены ГОСТ Р 52725-2021 «Ограничители перенапряжений нелинейные… Общие технические условия» (введён приказом Росстандарта № 1831-ст от 22.12.2021). На международном уровне действует IEC 60099-4:2014 (третья редакция) для металлооксидных ОПН без искровых промежутков.

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП)

Для сетей напряжением до 1 кВ применяются УЗИП (SPD) по ГОСТ Р 51992-2011 (МЭК 61643-1:2005) и ГОСТ Р МЭК 61643-12-2022 «Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Принципы выбора и применения». УЗИП устанавливают каскадно на разных уровнях электроустановки.

Для испытаний УЗИП класса II применяется стандартный импульс тока формы 8/20 мкс, для класса I — импульс тока формы 10/350 мкс, имитирующий прямой удар молнии. Эти формы импульсов следует отличать от стандартного импульса напряжения 1,2/50 мкс, используемого при испытаниях изоляции высоковольтного оборудования.

Отличие ОПН от вентильных разрядников

До появления ОПН в сетях высокого напряжения применялись вентильные разрядники с искровыми промежутками и карборундовыми (SiC) дисками. Их основной недостаток — наличие искровых промежутков, что приводит к разбросу пробивных напряжений и износу контактов.

Координация изоляции и нормативная база

Совместный выбор уровней изоляции оборудования и защитных устройств выполняется по принципу координации изоляции, установленному в IEC 60071-1:2011 «Insulation co-ordination – Part 1: Definitions, principles and rules». Стандарт определяет уровни импульсного выдерживаемого напряжения для разных классов напряжения и условий эксплуатации. В сетях до 1 кВ оборудование классифицируется по четырём категориям перенапряжения (I–IV) согласно ГОСТ Р 50571.4.44-2019, где IV категория относится к оборудованию на вводе и обладает наибольшей импульсной стойкостью.

Частые вопросы о перенапряжениях

Заключение