Что такое перенапряжение?
Перенапряжением называется всякое повышение напряжения сверх нормального, возникающее во всей, установке или в части ее. Перенапряжения могут быть вызваны либо внешними атмосферными влияниями (статические заряды, разряды молнии), либо коммутационными процессами внутри установки (включения и выключения, как нормальные, так и ошибочные, замыкания на землю, обрывы проводов, короткие замыкания и прочее).
Возникая главным образом в линии передачи, перенапряжения распространяются в виде блуждающих волн с огромной скоростью от места коммутации по всей линии и могут вызвать самые тяжелые разрушения изоляции установки.
Перенапряжения характеризуется амплитудой, крутизной фронта волны, частотой и способностью возбуждать резонансные колебания системы при всегда почти вероятном наличии в ней емкости и самоиндукции, способной представить собой колебательный контур.
Подробно характеристики и виды перенапряжений в электрических сетях рассмотрены здесь: Перенапряжения в электрических сетях
Какие устройства защищают от перенапряжений?
К аппаратам защиты от перенапряжений, устанавливаемым на подстанциях, относятся разрядники, устройства защиты от перенапряжения (УЗПН, ОПН, УЗИП), дроссельные катушки и конденсаторы. Непосредственная защита самых линий передачи осуществляется чаще всего применением заземленного троса, подвешиваемого на опорах линии над проводами.
Разрядники осуществляют соединение с землей проводов установки или линии передачи, как только на них возникнет напряжение, превосходящее допустимые пределы, и отводят в землю избыточные заряды.
Соединение с землей становится возможным благодаря пробою таким повышенным напряжением диэлектрического слоя (искрового промежутка), являющегося основной частью каждого разрядника. После отвода перенапряжений в землю диэлектрический слой восстанавливается, соединение с землей нарушается и установка оказывается способной продолжать свое нормальное действие.
Ограничитель перенапряжений (ОПН), устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) или устройство защиты от перенапряжения в исполнении для установки на ВЛ (УЗПН), представляет собой колонку, содержащую специальные компоненты, называемые варисторами, которые помещены в прочную полимерную оболочку.
Варисторы внутри ОПН обладают свойствами нелинейной вольтамперной характеристики. Это означает, что при повышении напряжения, приложенного к варистору, его сопротивление резко уменьшается.
Таким образом, когда возникает перенапряжение в системе, варисторы в ОПН реагируют мгновенно и позволяют пропустить импульсный ток через себя. Этот процесс позволяет разрядить и перенаправить избыточное напряжение в безопасную зону.
Когда ОПН срабатывает и пропускает импульсный ток, варисторы временно изменяют свою проводимость, создавая низкое сопротивление и обеспечивая протекание тока внутри устройства.
Как только напряжение в системе снижается, варисторы в ОПН возвращаются к своему высокому сопротивлению, "закрываясь" и прекращая протекание тока через устройство.
ОПН (УЗИП, УЗПН) является надежным и эффективным средством защиты от перенапряжений, которое широко применяется в электрических системах различного назначения.
Разрядники и нелинейные ограничители перенапряжений имеют разные цели и принципы действия, что ведет к различным сферам их успешного применения. В каждой конкретной ситуации разрядники могут быть эффективными, тогда как ограничители перенапряжений могут не справиться с поставленной задачей, и наоборот - ограничители перенапряжений могут быть эффективными там, где разрядники не смогут обеспечить необходимую защиту.
Если разрядники и ограничители перенапряжений имеют целью поглощение избытка напряжения, то дроссели, являясь, катушками самоиндукции и включаясь последовательно между проводами линий передачи и трансформатором, служат для деформации волн перенапряжения, частично отражая, частично сглаживая крутизну фронта набегающих волн. Эта деформация тем больше, чем больше индуктивность дроссельной катушки.
Для предупреждения резонанса в системах достаточно высокого напряжения дроссельные катушки шунтируются большим омическим сопротивлением.
Дроссельные катушки изготовляются однофазными и трехфазными, при чем для небольших коэффициентов самоиндукции они выполняются в виде цилиндрических спиралей, а для больших - в виде плоских спиралей.
Конденсаторы применяются с той же целью, что и дроссельные катушки, однако действие их является более надежным, чем дроссельных катушек. Небольшое распространение конденсаторов как аппаратов для защиты от перенапряжений объясняется значительными трудностями надежного изготовления для больших напряжений.
Устройства защиты от перенапряжения:
Устройства грозозащиты воздушных линий и трансформаторных подстанций
Грозозащитные тросы воздушных линий электропередачи
Грозозащита воздушных линий электропередачи
Способы защиты от перенапряжений в электрических сетях
Разрядники и ОПН:
Применение ограничителей перенапряжения (ОПН)
Оксидно-цинковые варисторы для ОПН
Защита трансформаторов от перенапряжений:
Перенапряжения в обмотках трансформаторов
Защита от перенапряжения тяговых подстанций:
Выпрямительные агрегаты для тяговых подстанций
Защита автоматических и автоматизированных систем:
Электромагнитная совместимость при использовании преобразователей частоты
Молниезащита электроустановок квартир и коттеджей (в PDF):
Андрей Повный