Ταξινόμηση, Μηχανισμός και Συγκριτική Ανάλυση Υπερτάσεων Συστήματος Ηλεκτρισμού

📋Πίνακας περιεχομένων

Εξωτερικές υπερτάσεις: Κεραυνοί-Προκαλούμενες υπερτάσεις

Εσωτερικές υπερτάσεις: Σύστημα-Παράβατες μεταβατικές καταστάσεις

• Προσωρινές Υπερτάσεις
• Υπερτάσεις μεταγωγής
• Υπερτάσεις συντονισμού

Συνοπτικός Συγκριτικός Πίνακας

Εξωτερικές υπερτάσεις: Κεραυνοί-Προκαλούμενες υπερτάσεις

 

Επίσης γνωστό ωςατμοσφαιρικές υπερτάσεις, αυτά προέρχονται από εκκενώσεις κεραυνών και ταξινομούνται σε τρεις υποτύπους:

• 1.1 Άμεσοι κεραυνοί

Όταν ο κεραυνός χτυπήσει απευθείας έναν αγωγό εναέριας γραμμής ή έναν εκτεθειμένο εξοπλισμό, η προκύπτουσα υπέρταση μπορεί να φτάσειεκατομμύρια βολτσε μικροδευτερόλεπτα. Αυτό το ακραίο άγχος μπορεί να προκαλέσει:

Flashover μεταξύ των φάσεων ή στη γείωση

Μόνιμη βλάβη μόνωσης

Τήξη αγωγών ή καταστροφή εξοπλισμού

• 1.2 Backflashovers (αντεπιθέσεις)

Όταν ο κεραυνός χτυπά έναν πύργο μετάδοσης ή μια δομή γείωσης, το δυναμικό του πύργου αυξάνεται γρήγορα. Εάν η αντίσταση γείωσης είναι πολύ υψηλή, η πιθανή αύξηση μπορεί να υπερβεί το επίπεδο μόνωσης καιεκκένωση πίσω στους αγωγούς υπό τάση- προκαλώντας ένα αποτέλεσμα σχεδόν τόσο σοβαρό όσο μια άμεση απεργία.

• 1.3 Επαγόμενες υπερτάσεις κεραυνών

Ακόμη και χωρίς άμεσο χτύπημα, ένας κοντινός κεραυνός μπορεί να προκαλέσει παροδικές τάσεις στις γραμμές ηλεκτρικού ρεύματος και επικοινωνίας μέσωσύζευξη ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Αυτές οι προκαλούμενες υπερτάσεις είναι μικρότερες σε μέγεθος αλλά πολύ πιο συχνές και μπορούν ακόμα να βλάψουν ευαίσθητα ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου.

 

⚡Χαρακτηριστικά υπέρτασης κεραυνών:

Ιδιότης	Αξία
Διάρκεια	Δεκάδες μικροδευτερόλεπτα (παλμική κυματομορφή)
Πλάτος	Up to >1 εκατομμύριο βολτ
Συχνότητα	Εξαρτάται από την τοπική δραστηριότητα κεραυνών (κεραυνικό επίπεδο)
Εύρος κρούσης	Το πιο σημαντικό για συστήματα Μικρότερο από ή ίσο με 220 kV

🛡️Κοινά μέτρα προστασίας:

Εναέρια καλώδια θωράκισης (καλώδια γείωσης)

Συστήματα γείωσης χαμηλής-σύνθετης αντίστασης

Αλεξικέραυστασε εισόδους γραμμών και τερματικούς σταθμούς εξοπλισμού

Θωρακισμένα καλώδια για κρίσιμους τροφοδότες

Εσωτερικές υπερτάσεις: Σύστημα-Παράβατες μεταβατικές καταστάσεις

 

Σε αντίθεση με τον κεραυνό,εσωτερικές υπερτάσειςπροέρχονται από αλλαγές στην κατάσταση λειτουργίας του συστήματος ισχύος - όπως λειτουργίες μεταγωγής, σφάλματα ή συνθήκες συντονισμού.

• 2.1 Προσωρινές υπερτάσεις (Ισχύς-Υπερτάσεις συχνότητας)

Πρόκειται για συνεχείς αυξήσεις της τάσης συχνότητας ισχύος-που διαρκούν απόαρκετούς κύκλους έως και μερικά δευτερόλεπτα. Εμφανίζονται συνήθως κατά τη διάρκεια:

Φαινόμενο Ferranti- Σε μεγάλες, ελαφρώς φορτισμένες γραμμές μετάδοσης, η κατανεμημένη χωρητικότητα της γραμμής προκαλεί την άνοδο της-τελικής τάσης λήψης πάνω από την τάση τέλους αποστολής-. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τους τροφοδότες μεγάλων καλωδίων σε αστικά δίκτυα διανομής.

Σφάλματα μονής- φάσης-προς-γείωσης- Σε μη γειωμένα ή συντονισμένα-γειωμένα συστήματα, η τάση σε υγιείς φάσεις μπορεί να αυξηθεί έως και √3 φορές (≈1,73×) την κανονική τάση φάσης κατά τη διάρκεια ενός σφάλματος γείωσης.

Απόρριψη φορτίου- Όταν ένα μεγάλο φορτίο αποσυνδεθεί ξαφνικά, οι αυτόματοι ρυθμιστές τάσης της γεννήτριας ενδέχεται να υπερβούν πριν σταθεροποιηθούν, προκαλώντας μια σύντομη αύξηση τάσης.

Χαρακτηριστικός:Μέτρια πολλαπλάσια υπέρτασης (συνήθως<1.5× rated) but long duration - which can cause thermal stress on equipment.

• 2.2 Υπερτάσεις μεταγωγής

Πρόκειται για ταχεία-αποσύνθεση παροδικών υπερτάσεων που προκαλούνται απόλειτουργίες διακόπτη ή διακόπτη. Τα κοινά σενάρια περιλαμβάνουν:

Ενεργοποίηση γραμμών χωρίς-φόρτωση- Όταν κλείνετε έναν διακόπτη για να ενεργοποιήσετε μια μεγάλη γραμμή μεταφοράς ή ένα καλώδιο.

Λειτουργίες επανακλεισίματος- Αυτόματο κλείσιμο μετά από παροδικό σφάλμα.

Απο-ενεργοποίηση μετασχηματιστών ή αντιδραστήρων- Διακοπή μικρών επαγωγικών ρευμάτων.

Υπερτάσεις γείωσης τόξου-- Διακοπτόμενα σφάλματα τόξου σε μη γειωμένα συστήματα (συνήθη σε δίκτυα διανομής 6kV–35kV).

Χαρακτηριστικός:Τυχαία εμφάνιση, αποσύνθεση μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, αλλά μπορεί να φτάσει2,5–3,5× ονομαστική τάσηκάτω από τις χειρότερες- συνθήκες.

• 2.3 Υπερτάσεις συντονισμού

Υπερτάσεις συντονισμού συμβαίνουν όταν τοεπαγωγικές και χωρητικές αντιδράσειςσε ένα δίκτυο εξισορροπούνται σε ή κοντά σε συχνότητα ισχύος (ή αρμονική συχνότητα). Είναι ιδιαίτερα επικίνδυνα επειδή μπορούν να διατηρήσουν υψηλές τάσεις για παρατεταμένες περιόδους.

Υποτύπος	Μηχανισμός	Κοινές τοποθεσίες
Γραμμικός συντονισμός	Σταθερές παράμετροι L και C	Μακριά καλώδια, συστοιχίες πυκνωτών
Σιδηροσυντονισμός	Πηνία κορεσμένου σιδήρου-πυρήνα (π.χ. μετασχηματιστές)	Μη γειωμένοι ουδέτεροι μετασχηματιστή, κυκλώματα VT
Παραμετρικός συντονισμός	Μεταβλητές παράμετροι χρόνου-	Περιστρεφόμενες μηχανές, ειδικοί δίσκοι

⚠️ Γιατί ο σιδηροσυντονισμός αξίζει ιδιαίτερης προσοχής:

Σε συστήματα διανομής μέσης-τάσης, ο συντονισμός σιδηροδρόμων μπορεί να προκύψει όταν ένας μετασχηματιστής ενεργοποιείται μέσω ενός καλωδίου υψηλής χωρητικότητας ή όταν η μονοφασική μεταγωγή αφήνει έναν μετασχηματιστή συνδεδεμένο μέσω μίας ή δύο μόνο φάσεων. Το αποτέλεσμα μπορεί να είναι:

Παρατεταμένη υπέρταση έως 3× ονομαστική

Έντονος ηχητικός θόρυβος και δόνηση

Θερμική βλάβη σε πυρήνες και περιελίξεις μετασχηματιστή

Οι στρατηγικές προστασίας περιλαμβάνουν:ουδέτερες αντιστάσεις γείωσης, κυκλώματα απόσβεσης και ελεγχόμενες συσκευές μεταγωγής.

Συνοπτικός Συγκριτικός Πίνακας

 

Τύπος υπέρτασης	Πρωταρχικό αίτιο	Τυπική Διάρκεια	Εύρος πλάτους	Κυρίαρχος κίνδυνος για
⚡ Αστραπή	Άμεσες/προκαλούμενες απεργίες	Μικροδευτερόλεπτα (ώθηση)	Up to >1 MV	Μικρότερο ή ίσο με συστήματα 220 kV
⏳ Προσωρινός	Βλάβες γείωσης, απόρριψη φορτίου, φαινόμενο Ferranti	Κύκλοι σε δευτερόλεπτα	1,1–1,5× βαθμολογία	Μακριοί τροφοδότες καλωδίων, γραμμές EHV
🔘 Εναλλαγή	Λειτουργίες διακόπτη, επανακλείσιμο	χιλιοστά του δευτερολέπτου	2,5–3,5× βαθμολογία	Συστήματα άνω ή ίσα με 300 kV (αλλά και δίκτυα MV)
🌀 Ηχηρός	Συντονισμός LC (γραμμικός/σιδηροδρομικός/παραμετρικός)	Διατηρημένη (σταθερή-κατάσταση)	Έως 3× βαθμολογία	Μη γειωμένα συστήματα MV, ουδέτερα μετασχηματιστών