Klassificering, mekanism och jämförande analys av överspänningar i kraftsystem

📋Innehållsförteckning

Externa överspänningar: Blixt-inducerade överspänningar

Interna överspänningar: System-genererade transienter

• Tillfälliga överspänningar
• Omkoppling av överspänningar
• Resonansöverspänningar

Sammanfattande jämförelsetabell

Externa överspänningar: Blixt-inducerade överspänningar

 

Även känd somatmosfäriska överspänningar, dessa härstammar från blixtarladdningar och delas in i tre undertyper:

• 1.1 Direkta blixtar

När blixten direkt träffar en luftledning eller exponerad utrustning kan den resulterande överspänningen nåmiljoner volti mikrosekunder. Denna extrema stress kan orsaka:

Överslag mellan faser eller till jord

Permanent isoleringsskada

Ledarsmältning eller förstörelse av utrustning

• 1.2 Backflatsovers (motangrepp)

När blixten slår ner i ett transmissionstorn eller en jordningsstruktur ökar tornpotentialen snabbt. Om jordningsmotståndet är för högt kan den potentiella ökningen överstiga isoleringsnivån ochurladdning tillbaka till de strömförande ledarna- orsakar en effekt som är nästan lika allvarlig som en direkt strejk.

• 1.3 Inducerade blixtöverspänningar

Även utan direktträff kan ett närliggande blixtnedslag inducera transienta spänningar på kraft- och kommunikationsledningar genomelektromagnetisk fältkoppling. Dessa inducerade överspänningar är mindre i omfattning men mycket mer frekventa och kan fortfarande skada känsliga elektroniska styrsystem.

 

⚡Blixtöverspänningsegenskaper:

Attribut	Värde
Varaktighet	Tiotals mikrosekunder (impulsvågform)
Amplitud	Up to >1 miljon volt
Frekvens	Beroende på lokal blixtaktivitet (keraunisk nivå)
Impact Range	Mest signifikant för system Mindre än eller lika med 220 kV

🛡️ Vanliga skyddsåtgärder:

Överliggande skärmledningar (jordledningar)

Jordningssystem med låg-impedans

Överspänningsavledarevid linjeingångar och utrustningsterminaler

Skärmade kablar för kritiska matare

Interna överspänningar: System-genererade transienter

 

Till skillnad från blixten,interna överspänningarhärrör från förändringar i kraftsystemets eget drifttillstånd - såsom omkopplingsoperationer, fel eller resonansförhållanden.

• 2.1 Tillfälliga överspänningar (ström-frekvensöverspänningar)

Dessa är varaktiga ökningar i kraft-frekvensspänning som varar frånflera cykler upp till flera sekunder. De uppstår vanligtvis under:

Ferranti effekt- På långa, lätt belastade transmissionsledningar gör ledningens distribuerade kapacitans att den mottagande-ändspänningen stiger över den sändande-ändspänningen. Detta är särskilt relevant för långa kabelmatare i stadsdistributionsnät.

Enfas-till-jordfel- I ojordade eller resonans-jordade system kan spänningen på friska faser stiga till √3 gånger (≈1,73×) den normala fasspänningen under ett jordfel.

Lastavvisning- När en stor belastning plötsligt kopplas bort kan generatorns automatiska spänningsregulatorer överskrida innan de stabiliseras, vilket orsakar en kort spänningsökning.

Karakteristisk:Måttliga överspänningsmultiplar (vanligtvis<1.5× rated) but long duration - which can cause thermal stress on equipment.

• 2.2 Omkoppling av överspänningar

Dessa är snabbt-avklingande transienta överspänningar som utlöses avströmbrytare eller brytarfunktioner. Vanliga scenarier inkluderar:

Aktivering av linjer utan-belastning- När du stänger en brytare för att aktivera en lång transmissionsledning eller kabel.

Återstängning- Automatisk återstängning efter ett övergående fel.

Av-energi från transformatorer eller reaktorer- Avbrytande av små induktiva strömmar.

Båg-jordande överspänningar- Intermittenta ljusbågsfel i ojordade system (vanligt i 6kV–35kV distributionsnätverk).

Karakteristisk:Slumpmässig förekomst, avklingande inom millisekunder, men kan nå2,5–3,5× märkspänningunder värsta-fallsförhållanden.

• 2.3 Resonansöverspänningar

Resonansöverspänningar uppstår närinduktiva och kapacitiva reaktanseri ett nätverk blir balanserad vid eller nära effektfrekvens (eller en harmonisk frekvens). De är särskilt farliga eftersom de kan upprätthålla höga spänningar under långa perioder.

Undertyp	Mekanism	Vanliga platser
Linjär resonans	Konstanta L- och C-parametrar	Långa kablar, kondensatorbankar
Ferroresonans	Induktorer av mättad järn-(t.ex. transformatorer)	Ojordade transformatornollor, VT-kretsar
Parametrisk resonans	Tids-varierande parametrar	Roterande maskiner, specialdrev

⚠️ Varför ferroresonans förtjänar särskild uppmärksamhet:

I medium-distributionssystem kan ferroresonans uppstå när en transformator strömförsörjs genom en kabel med hög kapacitans, eller när enfas omkoppling lämnar en transformator ansluten genom endast en eller två faser. Resultatet kan bli:

Ihållande överspänning upp till 3× märkt

Kraftigt hörbart ljud och vibrationer

Termisk skada på transformatorkärnor och lindningar

Skyddsstrategier inkluderar:neutrala jordningsmotstånd, dämpningskretsar och styrda kopplingsanordningar.

Sammanfattande jämförelsetabell

 

Överspänningstyp	Primär orsak	Typisk varaktighet	Amplitudintervall	Dominerande risk för
⚡ Blixt	Direkt/inducerad strejk	Mikrosekunder (impuls)	Up to >1 MV	Mindre än eller lika med 220 kV-system
⏳ Tillfällig	Jordfel, lastavvisande, Ferrantieffekt	Cyklar till sekunder	1,1–1,5× klassad	Långa kabelmatare, EHV-linjer
🔘 Växlande	Brytningsoperationer, återförslutning	Millisekunder	2,5–3,5× klassad	Större än eller lika med 300 kV-system (men även MV-nätverk)
🌀 Resonant	LC-resonans (linjär/ferro/parametrisk)	Hållbar (stabilt-tillstånd)	Upp till 3× klassad	Ojordade mellanspänningssystem, transformatornoll