Δεν είναι μόνο αστραπές: Γιατί οι τάσεις αυξάνονται όταν ο ουρανός είναι καθαρός

Όταν οι περισσότεροι άνθρωποι ακούνε "υψώσεις τάσης", κοιτάζουν στον ουρανό.Ένα άμεσο χτύπημα ή ακόμη και ένας κοντινός ηλεκτρομαγνητικός παλμός μπορεί να εισάγει εκατομμύρια βολτ σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο σε μικροδευτερόλεπτα.

Αλλά εδώ είναι μια δυσάρεστη αλήθεια για τους διαχειριστές δικτύων και τους μηχανικούς:Μερικές από τις πιο καταστροφικές υπερεπιτάξεις δεν έχουν καμία σχέση με καταιγίδες.Γεννιούνται μέσα στο ίδιο το δίκτυο.

Αν σχεδιάζετε καλώδια, υποσταθμούς ή συντηρείτε βιομηχανικά συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας, η κατανόηση αυτών των "εσωτερικών" απειλών είναι εξίσου κρίσιμη με την προστασία από κεραυνό.Ας καταρρίψουμε τι σημαίνει πραγματικά η υπερεμπόνηση και γιατί είναι κάτι παραπάνω από ένα πρόβλημα καιρού.

1Τι είναι η Υπερήταση;

Υπερτάσειςπροκύπτει όταν η τάση σε μια γραμμή ή ένα κομμάτι εξοπλισμού υπερβαίνει το κανονικό εύρος λειτουργίας.

Κάθε συσκευή έχει ένα σύστημα μόνωσης με καθορισμένοαντέχουν επίπεδοΥπό κανονικές συνθήκες, χειρίζεται την ονομαστική τάση (π.χ. 220 V, 10 kV, 110 kV).

Όταν η τάση υπερβαίνει αυτό που μπορεί να αντέξει η μόνωση, συμβαίνουν δύο πράγματα:

• Φλαςόβερ:Ένα τόξο σχηματίζεται στην επιφάνεια της μόνωσης.
• Διάσπαση του διηλεκτρικού:Το μονωτικό υλικό αποτυγχάνει και γίνεται αγωγό.

Έκαψαν οι μετασχηματιστές, καταστράφηκαν οι διακόπτες και απροσδόκητα μπλακ άουτ.

2Εξωτερική εναντίον εσωτερική: Δύο όψεις της υπερτάσης

Η υπερεμπόνηση ταξινομείται ανάλογα με την προέλευσή της:

Εξωτερική υπερεμπόδιση (φωτισμός)

• Απευθείας επίθεση:Ο κεραυνός χτυπά γραμμές, πύργους ή εξοπλισμό → τεράστια τάση.
• Προκαλούμενη επίθεση:Ο πλησίον κεραυνός αλλάζει το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο → προκαλεί υπερτάσεις στους αγωγούς.

Οι παλμοί κεραυνών είναιεξαιρετικά γρήγορα(σταθμός μικροδευτερολέπτων) καιεξαιρετικά υψηλάΗ μόνωση πρέπει να απορροφά μια βίαιη, βραχυπρόθεσμη επίθεση.

Εσωτερική υπερπίεση (γεννημένη από δίκτυο)

Οι εσωτερικές υπερτάσεις είναι πιο ύπουλες, εμφανίζονται συχνά σε ηλιόλουστες ημέρες και μπορούν να διαρκέσουν πολύ περισσότερο από τις αστραπές.

3Τέσσερις Εσωτερικοί Μηχανισμοί Υπερτάσεων που Πρέπει να Γνωρίζετε

Α. Εναλλακτικά κύματα

Αιτία:Κάθε λειτουργία διακόπτη δημιουργεί ένα μεταβατικό. Η ενεργοποίηση ή η απενεργοποίηση των γραμμών, των τραπεζών πυκνωτών ή των άνευ φορτίου μετασχηματιστών αλλάζει την ηλεκτρική κατάσταση του συστήματος σε χιλιοστά του δευτερολέπτου.

• Παράδειγμα:Απενεργοποίηση ενός άνευ φορτίου μετασχηματιστή ή ενεργοποίηση μιας μεγάλης γραμμής μεταφοράς.
• Κίνδυνος:Υψηλή πίεση που διαρκεί περισσότερο από μια κεραυνοβολία.

Β. Σιδηροτηχασμός

Αιτία:Μη γραμμική αλληλεπίδραση μεταξύ επαγωγικών συσκευών (μετασχηματιστές, VT με πυρήνες σιδήρου) και χωρητικών στοιχείων (μακρά καλώδια, τράπεζες πυκνωτών).

• Κίνδυνος:Υπό συγκεκριμένες συνθήκες, το σύστημα χτυπάει σαν καμπάνα.Η σιδηροεπιφάνεια μπορεί να διαρκέσει για λεπτά ή ώρες, αργά υπερθερμαίνονται και καταστρέφουν τον εξοπλισμό.

Γ. Υπερτάσεις ισχύος-συχνότητας

Αιτία:Ξαφνικές αλλαγές στη σταθερή λειτουργία.

• Παραδείγματα:Ελαττώματα ενιαίας γραμμής προς το έδαφος, ξαφνική απόρριψη φορτίου (π.χ. μεγάλη γεννήτρια δεν λειτουργεί).
• Κίνδυνος:Η τάση αυξάνεται και παραμένει υψηλή.μεγάλη διάρκειαΕπικρατεί συνεχώς ένταση στην μόνωση.

Δ. Οραματισμός (εξωτερικός)

Αιτία:Άμεση επίθεση ή επαγωγή.

• Κίνδυνος:Εξαιρετικά υψηλή κορυφαία τάση σε μικροδευτερόλεπτα.

4Γιατί η διάρκεια έχει μεγαλύτερη σημασία από ό, τι νομίζετε

Για ένα σύστημα μόνωσης, δεν είναι όλες οι υπερφυσικές τάσεις ίσες:

• Ο κεραυνός:Υψηλή κορύφωση, πολύ μικρή διάρκεια →
• Μετασχηματισμός / Φερορεζωνία:Χαμηλότερη κορυφή, μεγαλύτερη διάρκεια →

Ένα καλώδιο μπορεί να επιβιώσει από ένα χτύπημα κεραυνού σε μικροδευτερόλεπτο χάρη στηνΒασικό επίπεδο μόνωσης (BIL)Αλλά αν η κατάσταση της σιδηροακουστικής διαρκέσει, η θερμότητα που παράγεται από τη διαρκή υπερεμάνωση θα καταρρεύσει τελικά το διηλεκτρικό.

5Πώς το Δίκτυο Αντιμετωπίζει

Η προστασία από υπερτάσεις είναι πολυεπίπεδη:

1. Προστασία από κεραυνό:Συγκρατητές υπερτάσεων (MOV), γείωση χαμηλής αντίστασης και συντονισμός μόνωσης.
2. Διακόπτης ελέγχου:Αντίστασης προεμφύλισης σε διακόπτες, τεχνολογία ελεγχόμενης εναλλαγής για μαλακτοποίηση των μεταβατικών.
3. Μείωση συντονισμού:Αποφυγή δυσμενών συνδυασμών παραμέτρων κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού· ουδέτερη γείωση σε περίπτωση υγρών ταλάντευσης.
4. Συντονισμός μόνωσης:Διασφάλιση ότι τα καλώδια, οι μετασχηματιστές και οι διακόπτες έχουν αντοχή μόνωσης που ταιριάζει με τα αναμενόμενα επίπεδα υπερτάσης.

6Κλειδί για τους μηχανικούς και τις προμήθειες

Η ένδειξη του βολτμέτρου είναι μόνο ηΑποτελέσματαΠίσω απ'αυτό βρίσκονται:

• Παράμετροι γραμμής
• Χαρακτηριστικά εξοπλισμού
• Τρόποι λειτουργίας
• Εναλλακτική ακολουθία

Η προστασία κατά της υπερτάσεως δεν είναι προαιρετική, αλλά απαιτείται από το σχεδιασμό.τόσο σε εξωτερικά όσο και σε εσωτερικά σενάρια υπερτάσης.

Η κατανόηση της υπερτάσης είναι το πρώτο βήμα για την πρόληψη της επόμενης βλάβης.

Συζήτηση:Έχετε ερευνήσει ποτέ μια βλάβη εξοπλισμού που συνέβη σε καθαρό καιρό;Μοιραστείτε την εμπειρία σας· η ιστορία σας μπορεί να βοηθήσει άλλον μηχανικό να αποφύγει την ίδια παγίδα.