4.1. Класифікація видів перенапруг

Перенапругою називаються будь-які підвищення напруги в електричній системі, які по величині вищі довгостроково припустимих при нормальному експлуатаційному режимі (тобто  більше 5..20 %)

Всі види перенапруг більше 1,2U_н для 6...10 кВ і більше 1,05U_н для 750…1150кВ в електричній системі по характері виникнення ділять:

· на внутрішні (виникають внаслідок внутрішніх причин);

· зовнішні (грозові).

У свою чергу внутрішні перенапруги діляться:

· на комутаційні, пов'язані із включенням і відключенням;

· аварійні (дугові), пов'язані з коротким замиканням;

· резонансні і ферорезонансні, що виникають внаслідок несприятливого сполучення лінії і її елементи.

, (4.1)

де – максимальна амплітуда хвилі перенапруги; -найбільша довгостроково припустима робоча напруга в електричній мережі (відповідно ДО ДЕРЖСТАНДАРТУ 1516.1-77).

У першому наближенні кратність внутрішніх перенапруг не залежить від номінальної напруги мережі U_н. Амплітуда внутрішніх перенапруг визначається запасом енергії в електричній системі й не пов'язана з U_н (рис. 4.1).

Тривалість грозових перенапруг визначається параметрами струму блискавки (фронт порядку 1...1,5мкс і тривалість – 45...50 мкс). Внутрішні перенапруги можуть бути відносно короткочасними (0,1...0,01с) (комутаційні, аварійні) і більш тривалими (резонансні). Величина перенапруг звичайно характеризується кратністю перенапруг:

Всі елементи електричної системи розбиті на три групи:

· джерела енергії (e(t) – генератори);

· елементи, здатні накопичувати енергію (L і С);

· елементи, здатні поглинати енергію (активне навантаження, корона, зосереджені й розподілені R і провідності G).

Якщо баланс між генеруючою і поглинутою енергіями порушується, виникають коливання, здатні викликати перенапруги кратністю до 4...6U_ф. Це можна продемонструвати, розглянувши спрощену однофазну схему заміщення електропостачання, наведену на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Спрощена однофазна схема заміщення електропостачання: e(t) – еквівалентне джерело живлення; L_ист – еквівалентна індуктивність джерела живлення; L_л – еквівалентна індуктивність лінії електропередачі; C_л – еквівалентна ємність лінії електропередачі; В₁ і В₂ – вимикачі; L_н – еквівалентна індуктивність із боку навантаження; Z_нагр – повний еквівалентний опір підключеного навантаження

При розімкнутому вимикачі В₂ у схемі тільки реактивні елементи, тому можливі коливання і ріст напруги на ємності лінії C_л. Перенапруги можливі при включенні вимикачем В₁ ненавантаженій лінії, або при неодночасному включенні В₁ і В₂ у випадку холостого трансформатора.

Зовнішні перенапруги атмосферного походження можна розділити на дві групи:

· прямий удар блискавки в підстанцію, ВЛ або набігання хвиль на підстанцію від прямого удару блискавки у ВЛ (ПУМ);

· індуковані на проводах і елементах від грозової хмари або від прямого удару блискавки біля ВЛ.

Перенапруги при прямому ударі блискавки в опору й у ЛЕП можуть досягати декількох мільйонів вольтів. Статичні (індуктивні) перенапруги менш небезпечні й становлять 200…300кВ. Кратність грозових перенапруг залежить від номінальної напруги мережі U_н, тому що  запас енергії атмосферної електрики обмежений. Тому чим вище номінальна напруга мережі, тим менша кратність грозових перенапруг (рис. 4.1).

Струми блискавки носять імовірнісний характер і можуть досягати амплітуди до 200 кА зі швидкістю наростання до 100 кА/мкс. Чим менша амплітуда струму блискавки, тим більша її ймовірність. Так само й із крутістю струму блискавки. Величина перенапруг при прямому ударі блискавки в ЛЕП визначається за формулою

(4.2)

де – амплітуда струму блискавки; – хвильовий опір лінії електропередачі; – крутість струму блискавки; – індуктивність проводів, по яких протікає струм блискавки.

Звідси слідує, що кратність перенапруг

(4.3)

Порівняння кратностей внутрішніх і грозових перенапруг для різних класів напруг показує, що:

(4.4)

.