Cos'è la sovratensione?

Il nucleo della sovratensione è l'aumento anomalo della tensione istantaneo o a breve-termine e i suoi criteri di misurazione chiave sono i multipli e le forme d'onda.

 Multiplo: il rapporto tra l'ampiezza della sovratensione e il valore di picco della tensione di fase operativa più alta del sistema. Ad esempio, una sovratensione multipla 2.0 significa che la tensione ha raggiunto il doppio del valore di picco operativo normale.

 Forma d'onda: determina l'energia e il potere distruttivo della sovratensione. Ad esempio, le onde impulsive dei fulmini (con pendenze ripide nell'ordine dei microsecondi) mettono alla prova la capacità dell'isolamento di resistere alle tensioni impulsive; mentre le sovratensioni temporanee (che durano da millisecondi a secondi) mettono alla prova la capacità dell'isolamento di resistere a tensioni elevate prolungate e alla stabilità termica.

I fulmini sono la fonte di sovratensione più concentrata in natura, con correnti che raggiungono decine o centinaia di kiloampere.

1. Sovratensione diretta da fulmine

◦ Evento: il fulmine colpisce direttamente i tralicci, i parafulmini o i conduttori delle linee di trasmissione. L'enorme corrente del fulmine penetra nel terreno attraverso l'impedenza, generando una tensione estremamente elevata nel punto d'impatto.

Caratteristiche: ampiezza estremamente elevata, fino a diverse migliaia di kilovolt; estremamente ripido, con un tempo del fronte d'onda di 1-4 microsecondi, che rappresenta la più grande minaccia per l'isolamento. È il fulcro della protezione contro i fulmini per le linee elettriche.

2. Sovratensione indotta da fulmini

◦ Evento: il fulmine non colpisce direttamente la linea ma si scarica a terra vicino alla linea.

Meccanismo:

.Induzione elettrostatica: Durante la fase principale di una nube temporalesca, sui conduttori della linea verrà indotta una grande quantità di cariche legate di polarità opposta a quella della nube temporalesca. Quando avviene la scarica principale, queste cariche legate vengono improvvisamente rilasciate, formando onde di sovratensione che si propagano lungo i conduttori.

.Induzione elettromagnetica: la potente corrente del fulmine genera un campo magnetico in rapida evoluzione attorno al canale di scarica. Questo campo magnetico passa attraverso il circuito conduttore, inducendo una forza elettromotrice.

◦ Caratteristiche: l'ampiezza è solitamente inferiore a quella dei fulmini diretti (generalmente non superiore a 300-400 kV), ma rappresenta una minaccia significativa per le linee di distribuzione di 35 kV e inferiori e per le apparecchiature elettriche deboli (come i sistemi di comunicazione e monitoraggio) perché i loro livelli di isolamento sono relativamente bassi.

Ciò è causato dalla conversione interna dell'energia o dalle modifiche dei parametri all'interno del sistema ed è proporzionale alla tensione nominale del sistema.

1. Sovratensione di commutazione

◦ Generazione: a causa del funzionamento degli interruttori automatici o di guasti del sistema, lo stato del circuito cambia bruscamente, provocando oscillazioni di energia elettromagnetica.

◦ Tipologie principali:

▪ Sovratensione derivante dallo spegnimento di linee a vuoto-: quando un interruttore automatico interrompe una corrente capacitiva (come una lunga linea scarica), si verifica la "riaccensione", causando oscillazioni elettromagnetiche e la tensione può raggiungere da 3 a 4 volte il livello normale. Ciò è stato notevolmente ridotto con l'adozione di interruttori automatici "senza-riaccensione" nei tempi moderni.

▪ Sovratensione da inserzione su linee a vuoto-: quando una linea con carica residua è chiusa, equivale a caricare un condensatore, che può generare una sovratensione di ampiezza elevata-. Questo è uno dei fattori di controllo nella progettazione dell'isolamento per i sistemi ad altissima- ed extra-alta tensione.

▪ Sovratensione derivante dallo spegnimento di trasformatori a vuoto-: quando una piccola corrente induttiva (corrente magnetizzante) viene interrotta, l'energia del campo magnetico viene convertita in energia del campo elettrico, generando sovratensione sulla capacità equivalente dell'apparecchiatura. Gli scaricatori di sovratensione sono comunemente usati per la protezione.

▪ Sovratensione dell'arco verso terra: in un sistema con un punto neutro senza messa a terra, quando si verifica un guasto a terra monofase-, l'arco nel punto di guasto si spegne e si riaccende ripetutamente, determinando uno scambio di energia tra la capacità e l'induttanza del sistema, con conseguente sovratensione in tutto il sistema, con ampiezze che raggiungono fino a 3,5 volte. Questo può essere soppresso passando a un punto neutro messo a terra tramite una bobina di soppressione dell'arco o un piccolo resistore.

2. Sovratensione temporanea

◦ Evento: sovratensione con una frequenza pari o vicina alla frequenza industriale e una durata relativamente lunga (da 0,1 secondi a diversi secondi).

◦ Tipologie principali:

▪ Aumento della tensione della frequenza di rete: come l'effetto della capacità della linea lunga (la tensione all'estremità della linea è superiore a quella all'inizio), l'aumento della tensione della fase sana causato da un cortocircuito asimmetrico e l'aumento della tensione causato dalla riduzione del carico, ecc. Questa è la "tensione di base" della sovratensione operativa, che determina la tensione operativa continua dello scaricatore di sovratensione.

▪ Sovratensione ferroresonante: quando il sistema contiene induttanza non lineare (come il nucleo di un trasformatore di tensione) e capacità (capacità linea-a-terra, capacità in serie, ecc.), può essere eccitato per generare risonanze con ampiezze e frequenze molto elevate che sono frazioni della frequenza di alimentazione (come 1/2, 1/3, ecc.) quando disturbato (come dopo la rimozione di una fase singola- guasto a terra). Dura a lungo ed è altamente pericoloso.

1. Danno diretto all'isolamento: provoca la rottura dell'isolamento solido, liquido o gassoso delle apparecchiature elettriche, con conseguenti cortocircuiti.

2. Accelerazione dell'invecchiamento dell'isolamento: la sovratensione continua che non raggiunge il valore di guasto accelererà l'invecchiamento dei materiali isolanti e ridurrà la durata delle apparecchiature.

3. Malfunzionamento o mancato intervento dei dispositivi di protezione: potrebbe interferire con il normale funzionamento dei dispositivi di protezione relè e delle apparecchiature di automazione.

4. "Danni lievi" alle apparecchiature elettroniche: in particolare i fulmini, che possono portare al degrado delle prestazioni dei circuiti integrati, errori o perdite di dati e altri danni impercettibili.

Per diversi tipi di sovratensione, la protezione è un progetto sistematico:

1. Protezione contro la fulminazione diretta:

◦ Parafulmini: parafulmini e cavi antifulmine (fili di terra aerei) attirano i fulmini su se stessi.

Un buon dispositivo di messa a terra: può scaricare rapidamente e con bassa impedenza la corrente del fulmine nella terra, riducendone il potenziale.

2. Protezione contro i fulmini e le sovratensioni di funzionamento:

◦ Scaricatori di sovratensione a ossido di metallo di tipo-con valvola/gapless: dispositivi di protezione del nucleo. Presentano un'elevata resistenza in condizioni normali, ma passano rapidamente a una bassa resistenza quando si verifica una sovratensione, scaricando l'energia di sovratensione a terra e bloccando la tensione sull'apparecchiatura protetta al di sotto di un livello di sicurezza (livello di protezione). Costituiscono l'ultima e più critica linea di difesa contro le sovratensioni sia esterne che interne.

Scaricatori di sovratensione: vengono utilizzati per la protezione fine multi-livello nei sistemi di distribuzione a bassa-tensione e nei sistemi di informazione elettronica.

3. Soppressione della sovratensione interna:

◦ Resistenza parallela dell'interruttore: inserire una resistenza in serie durante il processo di chiusura/apertura per smorzare le oscillazioni.

Installazione di reattori shunt: compensazione dell'effetto capacitivo di linee lunghe, soppressione dell'aumento della tensione della frequenza industriale e della sovratensione di funzionamento.

Punto neutro messo a terra tramite bobina di soppressione dell'arco / piccola resistenza: sopprime la sovratensione di messa a terra dell'arco.

L'uso di scaricatori all'ossido di zinco ad alte- prestazioni è il modo più economico ed efficace per limitare vari tipi di sovratensioni interne.

Riepilogo: la sovratensione rappresenta una minaccia significativa per il funzionamento sicuro dei sistemi elettrici. I moderni sistemi energetici hanno istituito un sistema di difesa profondo e multi-livello dalla generazione, trasmissione, trasformazione, distribuzione e consumo dell'energia attraverso una strategia globale di "diversione, scarico, bloccaggio e smorzamento".

L'interruttore automatico sotto vuoto VS1-12 è un interruttore per interni con una tensione nominale di 12 kV e CA 50/60 Hz. Adotta un meccanismo operativo del telaio integrato ed è adatto a varie imprese industriali e minerarie, nonché alle apparecchiature della rete elettrica. Può essere utilizzato come unità con carrello a mano da utilizzare con il quadro KYN28A-12 o come unità fissa con relativo interblocco meccanico, che lo rende adatto per XGN2 e altri armadi fissi.

  Shaanxi West Power Tongzhong Electrical Co., Ltd.

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