Глава 1.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕТЕЙ 6-35 КВ
1.1. Классификация перенапряжений в сетях 6-35 кВ
При эксплуатации на изоляцию линий, подстанций и высоковольтных электрических машин, наряду с длительным рабочим напряжением воздействуют кратковременные перенапряжения. Всякое превышение мгновенным значением напряжения амплитуды наибольшего рабочего напряжения будем называть перенапряжением.
Основными характеристиками перенапряжений являются кратность, повторяемость, форма кривой и широта охвата сети [3].
Кратность - отношение максимального значения напряжения Umax к амплитуде наибольшего рабочего напряжения на данной изоляционной конструкции
Однако при измерениях или расчетах для определения кратности Umax обычно относят не к величине 
а к фактической амплитуде рабочего напряжения, имеющего место непосредственно перед появлением перенапряжения или установившегося после него. Такое определение К не противоречит данному выше определению, поскольку предполагается, что величина Umax пропорционально рабочему напряжению, и при повышении напряжения до наибольшего рабочего напряжения величина кратности не изменяется.
Рис. 1.1. Осциллограмма перенапряжений
Повторяемость определяется ожидаемым числом случаев возникновения перенапряжений за данный промежуток времени, например, в год.
Форма кривой перенапряжения обусловливается длиной фронта, длительностью, числом импульсов и временем существования данного перенапряжения.
Широта охвата сети - число изоляционных конструкций, на которое одновременно воздействует данное перенапряжение.
Все перечисленные параметры перенапряжений, как правило, случайны и обладают статистическими характеристиками.
В зависимости от причины “генерирования” различают две группы перенапряжений: внешние, которые возникают при ударах молнии и воздействий других внешних по отношению к рассматриваемой сети источников энергии, и внутренние, которые развиваются за счет энергии подключенных к сети генераторов или реактивных элементов (L, С), а также вследствие различных резонансных процессов, аварий и коммутаций элементов сети, в том числе и повторных зажиганий электрической дуги.
Главным источником внешних перенапряжений в сетях 6-35 кВ являются атмосферные разряды, вызывающие перенапряжения при прямых ударах молнии в токоведущие элементы, в заземленные части установок, индуцирование напряжений и набегании волн с линий.
Для электрических сетей наибольшую опасность представляют удары в токоведущие элементы. При таких ударах на токоведущих частях импульсы напряжения могут достигать нескольких мегавольт, что вполне достаточно для прямого перекрытия изоляции любого объекта сети.
Прямые удары молнии в заземленные части конструкции установок создают кратковременные перенапряжения, которые могут обусловливать обратные перекрытия с заземленных элементов на токоведущие.
Индуктированные перенапряжения - результат взаимной магнитной (индуктивной) и электрической (емкостной) связи молнии с токоведущими и заземленными элементами электрической сети. Они имеют значительно умеренную величину по сравнению с перенапряжениями при ударах в токоведущие и заземленные части электроустановки. Однако, индуктированные перенапряжения представляют главную опасность для изоляции сетей 6-35 кВ.
Импульсы перенапряжений могут также оказывать влияние на изоляцию подстанций, расположенных на значительном удалении от места удара на линии, так как они распространяются по линии на значительные расстояния с малым затуханием. Эти перенапряжения называются набегающими волнами. Они могут представлять опасность для электрооборудования подстанций, которое имеет меньшие запасы электрической прочности по сравнению с линейной изоляцией. Кроме того, возникающие на подстанции перенапряжения, как правило, превышают напряжение набегающей волны за счет волновых процессов на ошиновке и в электрооборудовании. Распространяясь по обмоткам машин и трансформаторов, волны могут воздействовать на их главную и витковую изоляцию, а проходя через трансформатор на изоляцию электрооборудования, подключенного к другим их обмоткам.
Внутренние перенапряжения в зависимости от их длительности воздействия на изоляцию подразделяются на квазистационарные и коммутационные.
Квазистационарные перенапряжения возникают при неблагоприятных сочетаниях параметров сети и продолжаются до тех пор, пока такое сочетание существует. В самом деле, длительность этих перенапряжений (секунда - десятки минут) ограничивается временем действия релейной защиты или оперативным персоналом.
Из квазистационарных перенапряжений для сетей 6-35 кВ наибольший интерес представляют резонансные и феррорезонансные. Резонансные перенапряжения возникают при несимметрии сети, например, в неполнофазном (однофазном или двухфазном) питании силовых трансформаторов через воздушную или кабельную линии. Феррорезонансные перенапряжения имеют место в контурах, содержащих емкость и индуктивность с насыщенным магнитопроводом, когда индуктивность по сравнению с нормальным режимом может падать на порядок и более.
Коммутационные перенапряжения возникают при быстрых изменениях режимов работы элементов сети (отключение и включение коммутационных аппаратов), пробоях изоляции (в том числе повторных зажиганиях дуги), резких изменениях параметров нелинейных элементов.
Включения линий во время их коммутации под напряжение с одного конца при разомкнутом противоположном вызывают перезарядку емкости фаз на землю от начального до установившегося значений. Поскольку при оперативных включениях линий на них отсутствует напряжение, перенапряжения обычно имеют кратность К≤2,0. При АПВ U0≠0 и при несоответствии полярностей напряжений U0 и Uш (мгновенное значение напряжения со стороны питающих шин) перенапряжения могут иметь кратность К ≥3,0.
Отключения линий могут происходить при отсутствии или наличии повторных зажиганий между расходящимися контактами коммутационного аппарата. При их отсутствии перенапряжения практически не возникают. Наоборот, при неоднократных горениях и гашениях дуги между контактами процесс подобен процессам при неоднократных АПВ. Кратности перенапряжений в этом случае К≥3,5.
Включения индуктивных элементов сети (электрические машины, трансформаторы) сопровождаются колебательным зарядом емкостей обмоток и других элементов (например, шин, кабелей). Обычно в этом случае К≤2,0.
Однако, разброс моментов включения фаз и наличие обмотки, выполненной по схеме “треугольник”, способствуют увеличению перенапряжений на запаздывающих фазах до
(2,5-3,0)Uф.
Перенапряжения при отключении индуктивных элементов возникают из-за быстрого принудительного уменьшения (“обрыва”) тока в выключателе. При этом энергия магнитного поля индуктивности переходит в энергию электрического поля емкости отключенной обмотки и подключенного к ней оборудования. Перенапряжения в зависимости от значения обрываемого тока и соотношения L и С могут достигать опасных для изоляции величин.
При неустойчивых горениях и гашениях дуги между фазными проводами и землей в сетях 6-35 кВ возникают так называемые дуговые перенапряжения. Максимальная их кратность достигает величины 76=3,5-4,0.
