лек6. Задача лекции

• Название: Задача лекции
• Дата: 12.01.2022
• Размер: 0.71 Mb.
• Имя файла: лек6.pdf
• Тип: Задача; #328942

2.5 Несимметрия напряжения
Цель лекции:
Получить представление о показателях и нормах несимметрии трехфазной системы напряжения.
Задача лекции:
- Изучить причины несимметрии напряжения в сети.
- Познакомиться с методами исследования несимметрии трехфазной системы напряжения.
- Познакомиться с воздействием на сеть несимметричной системы напряжений.
- Понять принципы нормирования несимметрии в сети.
- Познакомиться с нормами на несимметрию сетевого напряжения.
2.5.1 Сущность и причины несимметрии напряжения
Трехфазная фазная система напряжений является симметричной при равных амплитудах фазных и междуфазных напряжений, а также при одинаковых углах сдвигов фаз между ними (рис.32).
Рисунок 32 – Симметричная 3-х фазная система напряжений
Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, то трехфазная система напряжений становится несимметричной. На рис. 33 приводится
U
U
А
U
B
U
C
t, мc
10
20
0
30

пример такой системы. Здесь амплитуда напряжения фазы С существенно меньше по сравнению амплитудами фаз А и В.
Рисунок 33 – Нарушение симметрии напряжений в 3-х фазной системе
Причины несимметрии трехфазной системы напряжений могут быть разными. Наиболее типичными из них являются следующие.
1) Неравенство нагрузки по фазам
•
Большинство промышленных и бытовых электроприемников являются одно- или двухфазными. Для их питания низковольтные сети 380 В имеют 4-х проводное исполнение за счет подключения к трансформаторам, вторичные обмотки которых соединены в «звезду» с выведенной нейтралью.
При обрыве «нулевого» провода возникает аварийная ситуация, приводящая к существенной несимметрии напряжения. На отдельных фазах напряжение становится практически равным нулю, а на других – близко к междуфазному значению (380 В).
•
В сетях напряжением выше 1 кВ несимметрия напряжений создается при работе однофазных электротермических установок (дуговые печи косвенного действия, печи сопротивления, индукционные канальные печи и др.).
30
U
0
U
А
U
B
U
C
10
20
t, мc

•
В сетях среднего и высокого напряжения создать несимметрию способны некоторые электроприемники, имеющие трехфазное исполнение.
Например, при расплаве металла в дуговых сталеплавильных печах (ДСП) возникают эксплуатационные короткие замыкания на отдельных фазах, приводящие к изменениям фазных токов и фазного или междуфазного напряжения в сети. Одним из мощных источников несимметрии являются тяговые подстанции железнодорожного транспорта, так как электровозы – это однофазные электроприемники.
2) Несимметрия элементов электрической сети
В сетях высокого напряжения несимметрия может возникнуть из-за неравенства фазных сопротивлений линии. Симметрирование сопротивлений фаз линии возможно за счет транспозиции фазных проводов. Конструкция транспозиционных опор довольно сложная и дорогостоящая, поэтому их количество в энергосистеме ограничено. Таким образом, причина несимметрии может быть обусловлена конструкционными особенностями линии.
2.5.2
Исследование
несимметричной
трехфазной
системы
напряжения
При оценке несимметрии напряжения трехфазной сети рассматривается напряжение основной частоты (50 Гц). Другими словами – первая гармоника напряжения
)
1
(
U
. Несимметричная система напряжения, в принципе, может быть образована на любой частоте, в том числе на частоте кратной основной
(
n
f
n
50
=
). Поэтому при расчете и измерении симметричных составляющих напряжения сначала выделяют основную гармонику, а затем рассчитывают ее симметричные составляющие.
Несимметричную систему напряжений (рис.34,г и рис.34,д) характеризуют симметричными составляющими основной частоты прямой, обратной и нулевой последовательностей. Прямая последовательность
(рис.34, а) напряжений является основной. Она определят чередование фазных

(междуфазных) напряжений и рабочее (номинальное) напряжение сети. При несимметрии возникают составляющие напряжения обратной и (или) нулевой последовательности напряжения, под влиянием которых протекают соответствующие токи. Эти токи не совершают полезной работы. Они создают паразитные моменты на валу вращающихся машин и дополнительный нагрев обмоток. а)
б)
в)
г)
д)
Рисунок 34– Разложение системы несимметричного напряжения на составляющие: а – прямая последовательность напряжений; б – обратная последовательность напряжений; в – нулевая последовательность напряжения; г – несимметрия напряжении при появлении обратной последовательности напряжений; д – несимметрия при возникновении нулевой последовательности напряжений
2.5.3 Воздействие на сеть несимметричной системы напряжения
Воздействие несимметричной системы напряжений на электрооборудование равносильно воздействию трех симметричных систем.
U
a1
U
c1
U
a2
U
c2
U
b2
U
a0
U
b0
U
c0
U
b1
U
a
U
b
U
c
U
a
U
b
U
c

Негативное влияние несимметрии системы 3-х фазного напряжения на работу электрооборудования проявляется в следующем.
•
Увеличиваются потери электроэнергии в электрических сетях от дополнительных потерь в нулевом проводе.
•
Однофазные, двухфазные потребители и разные фазы трёхфазных потребителей электроэнергии работают на различных не номинальных напряжениях, что вызывает те же последствия, как при отклонении напряжения.
•
В электрических машинах возникают магнитные поля, вращающиеся встречно вращению ротора, за счет которых создаются паразитные тормозные моменты электродвигателей и повышенная вибрация синхронных генераторов.
•
Снижается срок службы изоляции из-за дополнительного нагрева.
К примеру, при длительной работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности
U
K
2
=2...4%, срок службы электрических машин и трансформаторов снижается на 10...15%. Если же при этом электрическая машина работает с номинальной нагрузкой, то срок ее службы снижается вдвое. В соответствие с этим по рекомендациям Международной электротехнической комиссии (МЭК) номинальная нагрузка двигателей допускается при коэффициенте несимметрии сетевого напряжения по обратной последовательности
U
K
2
<1%. Если
U
K
2
=2%, то нагрузка двигателя должна быть снижена до 96%, а при
U
K
2
=4% – до 83%.
•
Снижается величина реактивной мощности, генерируемой силовыми конденсаторами.
•
Увеличивается количество ложных срабатываний релейной защиты и автоматики.

2.5.4 Показатели и нормы несимметрии напряжения
Выше отмечалось, что любую несимметричную систему напряжения можно разложить на три симметричные подсистемы: прямой (рис.34,а), обратной (рис.34,б) и нулевой (рис.34,в) последовательностей.
Напряжения нулевой и обратной последовательностей могут быть рассчитаны по значениям векторов исходной несимметричной системы с помощью единичного вектора
3
/
2

i
e
a =
Если известны фазные (линейные) действующие значения напряжений сети
c
b
a
U
U
U
,
,
, то указанные составляющие для первой гармоники напряжений могут быть определены по следующим формулам (15) – (17):
)
(
3 1
2
)
1
(
1
c
b
a
U
a
U
a
U
U
+
+
=
– напряжение прямой последовательности;
(15)
)
(
3 1
2
)
1
(
2
c
b
a
U
a
U
a
U
U
+
+
=
– напряжение обратной последовательности; (16)
)
(
3 1
)
1
(
0
c
b
a
U
U
U
U
+
+
=
– напряжение нулевой последовательности.
(17)
Система междуфазных (линейных) напряжений
AB
U
,
AC
U
,
BC
U
является замкнутой. Она составляет треугольник. Поэтому в ней нулевая последовательность напряжений присутствовать не может. Система векторов фазных напряжений
A
U
,
B
U
,
C
U
при наличии составляющих напряжений нулевой последовательности является разомкнутой.
В соответствие с этим методом разложения несимметричного напряжения на составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей установлены показатели качества электроэнергии. По
ГОСТ 32144-2013 показателями качества электрической энергии, относящимися к несимметрии напряжений в трехфазных системах, являются
коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности
U
K
2
и
коэффициент
несимметрии
напряжений
по
нулевой
последовательности
U
K
0

Для указанных показателей качества электроэнергии установлены следующие нормально и предельно допустимые нормы:
- значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности
U
K
2
и несимметрии напряжений по нулевой последовательности
U
K
0
в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 2% в
течение 95% времени интервала в одну неделю;
- значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности
U
K
2
и несимметрии напряжений по нулевой последовательности
U
K
0
в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 4% в
течение 100% времени интервала в одну неделю.
При оценке соответствия электрической энергии нормам КЭ, относящимся к несимметрии напряжений, установленным в настоящем стандарте, должны быть проведены измерения по ГОСТ 30804.4.30 - 2013, подраздел 5.7, класс A, при этом маркированные данные не учитываются.
В ГОСТ 30804.4.30 – 2013 указывается, что более точной является оценка несимметрии на основе расчетов напряжений обратной
2
U
и нулевой
0
U
последовательностей.
Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности по ГОСТ 30804.4.30 – 2013 рассчитывается по формуле
(18):
100 6
3 1
6 3
1 2

−
+
−
−
=


Ui
K
%.
(18)
Коэффициент

находится в соответствии с выражением (19):
2 2
2 2
4 4
4
)
(
ACi
BCi
ABi
ACi
BCi
ABi
U
U
U
U
U
U
+
+
+
+
=

(19)

При экспрессной оценке несимметрии, выполняемой по результатам измерения линейных и фазных напряжений, можно использовать следующую упрощенную методику и приведенные ниже выражения.
В отдельном i-том измерении коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности определяется на основе выражения (20):
100 1
2 2

=
i
i
Ui
U
U
K
,%,
(20) где
i
U
2
– действующие значение напряжения обратной последовательности в
i-том измерении, (В или кВ);
i
U
1
– действующее значение напряжения прямой последовательности, (В или кВ).
Действующее значение напряжения прямой последовательности рассчитывается по формуле (21):
i
U
1
=(
ABi
U
+
ACi
U
+
BCi
U
)/3,
(21)
ABi
U
,
ACi
U
,
BCi
U
– значения междуфазных (линейных) напряжений, полученные в ходе контроля качества сетевого напряжения.
Действующее значение напряжения обратной последовательности находится на основе измерения междуфазных напряжений основной частоты по формуле (22):
)
(
62
,
0 2
НМi
НБi
i
U
U
U
−
=
,
(22) где
НБi
U
,
НМi
U
– наибольшее и наименьшее из трех действующих значений междуфазных напряжений основной частоты в i-том измерении, (В или кВ).
Результирующий коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности представляет собой среднее квадратическое значение от коэффициентов
Ui
K
2
, полученных на основе N наблюдений (N9) в интервале времени, равным 3с.
U
K
2
рассчитывается по формуле (23), %:
N
K
K
N
i
Ui
U

=
=
1 2
2 2
, %.
(23)

В отдельном i-том наблюдении коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности равен значению, определяемому по выражению (24), %:
100 1
0 0

=
фi
i
Ui
U
U
K
,%,
(24) где
i
U
0
– действующие значение напряжения нулевой последовательности в i- том измерении, (В или кВ).
Здесь действующее значение фазного напряжения прямой последовательности определяется как среднее арифметическое от фазных напряжений для i-того измерения по формуле (25), (В или кВ):
фi
U
1
=(
Ai
U
+
Bi
U
+
Ci
U
)/3.
(25)
Величина
i
U
0
рассчитывается на основе измерения фазных напряжений основной частоты в соответствии с выражением (26), (В или кВ):
)
(
62
,
0 0
i
ф
НМ
i
ф
НБ
i
U
U
U
−
=
,
(26) где
i
ф
НБ
U
,
i
ф
НМ
U
– наибольшее и наименьшее из трех действующих значений фазных напряжений в i-том наблюдении, (В или кВ).
Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности, усредняется по данным N наблюдений (N9) в интервале времени в 3с по формуле (27), %:
N
K
K
N
i
Ui
U

=
=
1 2
0 0
, %.
(27)
Здесь уместно отметить, что значение коэффициента несимметрии для нулевой последовательности напряжения по определению равно нулю при измерении междуфазных напряжений. Однако напряжения «фаза-нейтраль» или «фаза-земля» могут содержать напряжения нулевой последовательности.
Выводы
1. Несимметрия сетевого напряжения характеризуется такими показателями качества электроэнергии, как коэффициент несимметрии

напряжения по обратной последовательности
U
K
2
и коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности
U
K
0 2. Нормируются нормально и предельно допустимые значения коэффициентов несимметрии сетевого напряжения. Они соcтавляют – 2% и
4% соответственно.

3. НЕНОРМИРУЕМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Цель лекции:
Получить представление о ненормируемых показателях качества электроэнергии и их влиянии на сеть электроснабжения.
Задачи лекции:
Изучить, что представляют собой и как влияют на сеть электроснабжения
- провалы напряжения;
- прерывания напряжения;
- перенапряжения;
- импульсные напряжения.
Показатели качества электроэнергии, рассматриваемые ниже, относятся к категории случайных событий, на котырые стандартом нормы не установлены.
3.1 Провалы напряжения
Провалом напряжения считается значительное и внезапное снижение напряжения в точке сети более, чем на 10%, после которого следует восстановление напряжения до значения близкого к первоначальному уровню
(рис. 35).
Рисунок 35 – Провалы и прерывания напряжения
Провалы напряжения являются абсолютно случайными, но довольно распространенными событиями.
U
t, мc
t
n
<1мин
t
nр

U
0,05<

U/U

0,9

U/U<0,05

В соответствии с требованиями действующего стандарта провал
напряжения
рассматривается как
электромагнитная
помеха,
интенсивность которой определяется как остаточным напряжением u, так и длительностью провала

t
n
.
Длительность провала

t
n
. – это разность между временем восстановления напряжения и временем начала провала в секундах.
Длительность провала напряжения по ГОСТ 32144-2013 может достигать значения в 1 минуту.
В трехфазных системах электроснабжения за начало провала напряжения принимают момент, когда напряжение хотя бы в одной из фаз
падает ниже порогового значения, равного 90% от опорного напряжения начала провала напряжения.
За окончание провала напряжения принимают момент, когда напряжение во всех фазах возрастает выше порогового значения,
составляющего 90% от опорного напряжения окончания провала напряжения.
Провал напряжения, как правило, связан с возникновением и окончанием короткого замыкания или иного резкого возрастания тока в системе или электроустановке, подключенной к электрической сети. Они обычно происходят из-за неисправностей в электрических сетях или в электроустановках потребителей, а также при подключении мощной нагрузки.
Провалы напряжения возникают в любой сети и характеризуют надежность электроснабжения. Первоначальной причиной провала может быть короткое замыкание из-за поподания молнии в линию электропередачи.
Это приводит к срабатыванию средств защиты и автоматики. Они также могут быть вызваны ошибками персонала или ложными срабытываниями автоматики. Длительность провала зависит от совокупности времения срабатывания средств защиты и автоматики, благодаря действиям которых напряжение может быть восстановлено.

В общем случае провалы напряжения могут возникать в следующих случаях:
• при коротких замыканиях;
• в процессе включения больших нагрузок;
• при запуске приводов (с большой нагрузкой);
• в случае изменения нагрузки приводов;
• в результате работы дуговых сталеплавильных печей;
• при работе сварочных установок,
• при включении конденсаторов.
Провалы напряжения могут привести к отказу компьютерных систем, ложному срабатываю автоматики, реле и нарушению работы преобразователей частоты. В некоторых производствах всего один провал напряжения может вызвать огромные потери. Особенно критичны в этом отношении непрерывные технологические процессы. Например, при литье под давлением, при осуществлении экструзионных процессов, печати или обработке пищевых продуктов таких как молоко или прохладительные напитки убытки могут быть связаны не только с простоем производства, но и порчей сырья или повреждением технологического оборудования.
Поэтому по провалам напряжения собирается статистическая информация, которая согласно ГОСТ 32144-2013 классифицируется в соответствие с остаточным напряжением и длительностью (рис.36).
Провалы напряжения определяются в соответствии с ГОСТ 30804.4.30 на основе измерений среднеквадратических значений напряжения, обновляемых для каждого полупериода. Дата и время провала напряжения фиксируются. Продолжительность измерений для оценки провалов напряжений – 1 год.

Рисунок 36 – Классификация по остаточному напряжению и длительности
Появление провалов неопределено по месту и времени. Поэтому вероятность их появления рассматривается как прогноз, строящийся на основе измерений и расчетов. Возможное число провалов напряжения в зависимости от грозовой активности региона может достигать от единиц до сотен в год. В среднем количество провалов напряжения у потребителя сотавляет 30 раз в год.
В электрических сетях низкого напряжения и четырехпроводных трехфазных системах измеряются фазные напряжения. В трехпроводных трехфазных системах рассматриваются линейные напряжения. В случае однофазного подключения учитывается питающее напряжение. Это может быть фазное или линейное напряжение в соответствии с подключением потребителя.
3.2 Прерывания напряжения
В трехфазных системах электроснабжения к прерываниям
напряжения относят ситуацию, при которой напряжение становится
меньше 5% опорного напряжения во всех фазах. Если напряжение
меньше 5% опорного напряжения не во всех фазах, то ситуацию рассматривают, как провал напряжения.
ГОСТ 32144-2013
Таблица А.1
Классификация провалов напряжения по остаточному напряжению и длительности
Остаточное напряжение u, % опорного напряжения
Длительность провала (прерывания) напряжения , с
0,01<
t п
0,2 0,2<t п
0,5 0,5<t п
1 1<
t п
5 5<
t п
20 20<
t п
60 90>u>=85 85>u>=70 70>u>=40 40>u>=10 10>u>=5

Прерывание напряжения характеризуется остаточным напряжением
u и длительностью прерывания

t
nр
.
Пороговое значение начала прерывания является равным 5%
опорного напряжения (рис.35).
Прерывания напряжения делятся на случайные и создаваемые преднамеренно.
Прерывание напряжения относится к создаваемым преднамеренно, если пользователь электрической сети информируется о предстоящем отключении напряжения.
Создаваемые преднамеренно прерывания напряжения, как правило, обусловлены проведением запланированных работ в электрических сетях.
Прерывание напряжения считается случайным, если вызывается неисправностями в системе электроснабжения. Причины поломок могут быть разными. Однако чаще всего они создаются внешними воздействиями.
Прерывания, например, могут быть обусловлены отказами оборудования или влиянием электромагнитных помех.
Случайные прерывания напряжения подразделяют на:
•
длительные (длительность

t
nр
более 3 мин);
•
кратковременные (длительность

t
nр
не более 3 мин).
В общем случае ежегодная частота возникновения длительных прерываний напряжения (

t
nр
180с=3мин) в значительной степени зависит от особенностей системы электроснабжения. В частности на частоту длительных прерываний напряжения влияют климатические условия и вид линий электропередач (кабельные или воздушные линии).
Наибольшую вероятность возникновения имеют кратковременные прерывания напряжения длительностью менее нескольких секунд.
Как отмечалось ранее, по случайным событиям, к которым относятся и прерывания напряжения, накапливается статистическая информация.
Статистические данные систематизируются и протоколируются в табличной форме (рис.37), установленной ГОСТ 32144-2013. Рекомендуемая

продолжительность измерений для оценки прерываний напряжений –
составляет 1 год.
Рисунок 37 – Классификация кратковременных прерываний напряжения по длительности
3.3 Перенапряжения
Перенапряжения (рис.38), как правило, вызываются переключениями и отключениями нагрузки. Перенапряжения могут возникать между фазными проводниками или между фазными и защитным проводниками. В зависимости от устройства заземления короткие замыкания на землю могут также приводить к возникновению перенапряжения между фазными и нейтральным проводниками. В соответствии с требованиями действующего стандарта перенапряжение рассматривается как электромагнитная помеха, интенсивность которой определяется как остаточным напряжением u,%, определяемым в процентах от опорного напряжения, так и длительностью перенапряжения

t
пер
Перенапряжения измеряют в соответствии с ГОСТ 30804.4.30, подраздел 5.4 на основе измерений среднеквадратических значений напряжения, обновляемых для каждого полупериода. Дата и время перенапряжений фиксируется. Продолжительность измерений для оценки перенапряжений – 1 год.
Пороговое значение начала перенапряжения принимают равным 110% опорного напряжения.
ГОСТ 32144-2013
Таблица А.2
Классификация кратковременных прерываний напряжения по длительности
Остаточное напряжение u, % опорного напряжения
Длительность провала (прерывания) напряжения , с t
пр
0,5 0,5<
t пр
1 1<
t пр
5 5<
t пр
20 20<t пр
60 60<t пр
180 5>u>=0

Рисунок 38 – Временное перенапряжение
Длительность перенапряжения

t
пер
может достигать значения, равного 1 минуте.
Причинами появления кратковременных перенапряжений могут быть:
•
Коммутации ненагруженных линий электропередач;
•
Коммутации конденсаторных батарей;
•
Коммутация малонагруженных трансформаторов;
•
Подключение и отключение большой нагрузки.
В среднем за год в точке присоединения обычно наблюдаются около 30 перенапряжений. При обрыве нулевого проводника в низковольтных трехфазных электрических сетях напряжением до 1 кВ, работающих с глухо заземленной нейтралью, возникают временные перенапряжения между фазой и землей. Уровень таких перенапряжений при значительной несимметрии фазных нагрузок может достигать значений линейного напряжения, а длительность – нескольких часов.
U

2U
nom
t

t
пер
1,1
-1,1 1,0
-1,0

В системах низкого напряжения, при определенных обстоятельствах, неисправность, произошедшая электрически выше трансформатора, может породить временные перенапряжения на стороне низкого напряжения на время, в течение которого протекает ток, вызванный неисправностью. Такие перенапряжения в общем случае не превышают 1,5 кВ.
Рисунок 39 – Длительность и диапазон напряжения при прерываниях, провалах и перенапряжениях в сети
Для систем среднего напряжения ожидаемая величина такого перенапряжения зависит от типа заземления в системе. В системах с жестко заземленной нейтралью или с заземлением нейтрали через сопротивление перенапряжение обычно не превышает 1,7
c
U
. В системах с изолированной нейтралью или с заземлением нейтрали через реактор перенапряжение обычно не превышает 2,0
c
U
. Тип заземления указывается оператором сети.
t
10 мс
1мин
3 мин
u,%
180
110
100
90
5
Кратковременное прерывание
Длительное прерывание
Перенапряжение
Повышенное напряжение
Пониженное напряжение
Номинальное или согласованное напряжение
Провал
напряжения

Если обобщить показатели качества электроэнергии, касающиеся отклонений сетевого напряжения от номинального или согласованного значений по длительности и диапазону возможных отклонений, то обобщенный вариант графика будет иметь вид, представленный на рис.39.
3.4 Импульсные напряжения
Импульсные напряжения в точке передачи электрической энергии пользователю электрической сети вызываются в основном либо молниевыми разрядами, либо процессами коммутации в системе электроснабжения или электроустановке потребителя.
В стандарте дается приведенное ниже (рис.40) определение импульсного напряжения.
Рисунок 40 – Определение испульсного напряжкения
На рис. 41 показан типичный вид импульсного напряжения. Это – резкий и кратковременный скачок мгновенного напряжения в сети с последующим его восстановлением до уровня, близкого к исходному.
Время нарастания импульсных напряжений может изменяться в широких пределах от значений менее 1 микросекунды до нескольких миллисекунд.
Импульсное напряжение характеризуется:
- амплитудой импульса U
m
– разностью между наибольшим значением импульсного напряжения и мгновенным значением напряжения основной частоты, соответствующим моменту начала импульса;
- длительностью переднего фронта t
m
– интервалом времени от момента появления импульса до достижения амплитудного значения;
ГОСТ 32144-2013
3.1.24.
Импульсное напряжение: перенапряжение, представляющее собой одиночный импульс или колебательный процесс (обычно сильно демпфированный), длительностью до нескольких миллисекунд.

- длительностью импульса напряжения по уровню половины его амплитуды
(U
m
/2) – t
Um/2
Рисунок 41 – Импульсное напряжение
Импульсы, вызываемые грозовыми и коммутационными явлениями, различаются между собой. Импульсные напряжения, созданные молниевыми разрядами, обычно имеют длительность порядка 10 – 15 мкс. Амплитуды этих импульсов значительно больше, а энергия существенно меньше, чем у скачков напряжения, возникающих из-за коммутационных процессов.
Коммутационные всплески напряжения характеризуются длительностью уровня 1000 – 15000 мкс (10 – 15 мс) и значительно меньшей амплитудой, по сравнению с теми, что создаются молниевыми разрядами.
В сетях среднего и высокого напряжения форма импульса, вызванного молниевым разрядом, в конкретной точке присоединения зависит от места ее расположения в сети.
В точках присоединения воздушных линий передач (ВЛ) импульсы напряжения, спровоцированные ударом молний, имеют вид затухающего колебательного процесса (рис.42). Здесь наблюдается наибольшая амплитуда

и наименьшая длительность переднего фронта импульса (t
m
=1…3мкс) по сравнению с другими местами электрической сети.
На вводах трансформатора форма импульса – аналогичная (рис. 43), но несколько меньшей амплутуды и чуть большей длительности переднего фронта t
m
=1…5мкс.
Рисунок 42 – Форма импульса напряжения в точке присоединения ВЛ
Рисунок 43 – Форма импульса напряжения на вводах силового трансформатора
На подстанциях в местах присоединения кабельных линий (КЛ) и при отсутсии воздушных линий на стороне низкого напряжения силового
t, мкс
1 – 3
t, мкс
U
m
U, кВ
U
m
U, кВ
1 – 5
3 – 10

трансформатора импульс напряжения представляет собой монотонно затухающий процесс (рис.44). В этих точках амплитуда скачка напряжения меньше по сравнению со значениями импульсов на вводах трансформатора и в точках, связанных с воздушными линиями. Длительность переднего фронта в местах присоединения кабельных линий – наибольшая по сравнению с рассмотренными ранее вариантами: t
m
=1…10мкс.
Рисунок 44 – Форма импульса напряжения в точке присоединения КЛ и отсутствии на подстанции ВЛ
Импульсы напряжения опасны для силового оборудования. Они могут привести к пробою изоляции трансформаторов, электрических машин и другого оборудования сети электроснабжения. К ним особенно чувствительны приборы с полупроводниковой элементной базой – силовая электроника, компьютеры и т.д.
В стандарте даются примерные значения грозовых и коммутационных импульсов (см.табл.1). Для обеспечения надежной работы систем электроснабженения при выборе и проектировании средств защиты необходимо принимать во внимание эти данные.
По статистике вероятность превышения импульсами напряжения амплитудных значений, приведенных в ГОСТе достаточно низкая. Например, в сетях низкого напряжения напряжением 0,38 кВ значения грозовых импульсных напряжений с вероятностью 90% не превышают значений: 6 кВ
t, мкс
U
m
U
m
/2
1 – 10
10 – 40

во внутренней проводке зданий и 10 кВ в воздушной сети. В сетях среднего и высокого напряжения вероятность превышения импульсами амплитудных значений, данных в стандарте, составляет: для воздушных линий с металлическими и железобетонными опорами не более 10%, а для воздушных линий с деревянными опорами – 20%.
Таблица 1 – Значения грозовых импульсных напряжений, вызываемых молниевыми разрядами
Точка присоедине ния
Номинальное напряжение электрической сети, кВ
0,38 6
10 35 110 220
Воздушная линия
6…10 100…160 2000 125…190 2000 325…575 2000 800…1200 2000 1580…2400 2000
Силовой трансформа тор
-
60 80 200 480 750
Кабельная линия при отсутствии связи с ВЛ
6…10 34 48 140 350 660
Примечание: для точек присоединения воздушных линий значение импульсного напряжения, данное в числителе дроби, соответствует металлическим и железобетонным опорам ВЛ, а в знаменателе – деревянным опорам.
Значения коммутационных импульсных напряжений при их длительности на уровне 0,5 амплитуды импульса, равной 1000 – 5000мкс находятся в пределах, указанных в таблице 2.
Таблица 2 – Значения коммутационных импульсных напряжений
Номинальное напряжение электрической сети, кВ
0,38 3
6 10 20 35 110 220
Коммутационное импульсное напряжение, кВ
4,5 15,5 27 43 85,5 148 363 705

Выводы:
1. Имеются три показателя качества электроэнергии, характеризующих три вида случайных событий, вызванных резким и внезапным изменением напряжения в сети. Это – перенапряжение, прерывание и провал напряжения.
2. Провалы, прерывания и перенапряжения являются непредсказуемыми и в значительной степени случайными явлениями. Частота возникновения их зависит от типа системы электроснабжения, точки наблюдения, времени года.
3. Прерыванием напряжения является уменьшение сетевого напряжения до значения менее 5% от опорного напряжения во всех 3-х фазах сети.
4. Провалом считается внезапное снижение напряжения в сети более, чем на 10% от опорного напряжения (снижение может достигать 95 % от опорного напряжения, но не во всех фазах) с последующем восстановлением прежнего уровня.
5. Перенапряжение – внезапное увеличение значения сетевого напряжения более, чем на 10% длительностью не более 1мин.
6. Импульсные напряжения вызываются грозовыми разрядами или коммутациями в сети.
7. Величина и длительность импульсов напряжения зависит от места расположения точек присоединения к сети электроснабжения.
8. В ГОСТ 32144-2013 приводятся максимальные значения импульсов, полученные на основе статистических данных, которые должны учитываться при проектировании систем электроснабжения и обеспечения их надежной работы.