Zaštita elektroenergetskog sistema od prenapona izazvanih atmosferskim pražnjenjem

Seminarski rad

VISOKA ŠKOLA TEHNIČKIH STRUKOVNIH STUDIJA

ČAČAK

SEMINARSKI RAD

Tema:

ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SISTEMA OD PRENAPONA

IZAZVANIH ATMOSFERSKIM PRAŽNJENJEM

Student: Br. Indeksa
Jakovljević Branislav 112/11-S

SADRŽAJ

Zaštita EES od prenapona izazvanih atmosferskim pražnjenjem

Seminarski rad

1. UVOD

.........................................................................................................3

2. POJAM I PODELA PRENAPONA

...........................................................4

2.1. Privremeni prenaponi

............................................................ ............5

2.2. Prelazni prenaponi

..............................................................................5

2.2.1. Sklopni prenaponi

....................................................................5

2.2.1.1. Uklapanje neopterećenog dalekovoda

..........................6

2.2.2. Isklapanje malih kapacitivnih struja

........................................6

2.2.3 Isklapanje malih induktivnih struja

.........................................6

2.2.4. Prenaponi kod isklapanja kvarova

.......................................... 7

2.2.5. Povratni napon s dve frekvencije

............................................. 7

2.2.6. Vrlo brzi prenaponi

................................................................... 7

3. ATMOSFERSKI PRENAPONI

................................................................ 8

3.1. Mehanizam nastanka atmosferskih pražnjenja

..................................8

3.2. Vrste i polaritet atmosferskih pražnjenja

..........................................10

3.3. Amplituda struje groma

.....................................................................11

3.4. Prenaponi izazvani atmosferskim pražnjenjem

................................12

4. ZAŠTITA ELEMENATA EES

.................................................................14

4.1. Podela zaštitnih uređaja od atmosferskih prenapona

......................14

4.2. Gromobrani

........................................................................................14

4.3. Zaštitna gromobranska zemljovodna užad

.......................................15

4.4. Zaštitna iskrišta (varničari)

...............................................................16

4.5. Odvodnici prenapona

.........................................................................17

4.5.1. Princip delovanja

....................................................................17

4.5.2. Cevni odvodnici prenapona

....................................................17

4.5.3. Ventilni odvodnici prenapona

.................................................18

4.5.4. Silicijum-karbidni (SiC) ili klasični odvodnici prenapona

....19

4.5.4.1. Izbor ventilnih odvodnika

...........................................20

4.5.5. Metal oksidni odvodnici (ZnO)

...............................................22

4.5.5.1. Izbor ZnO odvodnika prenapona

................................24

4.5.6. Zaštitna udaljenost odvodnika (L)

..........................................25

4.5.7. Ugradnja MO odvodnika prenapona u mreže

........................26

5. ZAKLJUČAK

............................................................................................29

6. LITERATURA

...................................................................................... ..30

1.UVOD

Zaštita EES od prenapona izazvanih atmosferskim pražnjenjem

Seminarski rad

   Povišenje   napona   u   prenosnom   sistemu   iznad   nominalne   vrednosti,   koja
može   dovesti   do   proboja   izolacije,   naziva   se   prenaponom.   Prenapon   se   može
definisati i kao svaki vremenski zavisan napon između jedne faze i zemlje ili između
faza,   čija   maksimalna   vrednost   prelazi   odgovarajuće   maksimalne   vrednosti
utvrđene na osnovu najvišeg napona opreme Um.

● Prenaponi se prema načinu nastajanja mogu podeliti na:

-Atmosferske (spoljašnje)

- nastaju usled spoljašnjih atmosferskih uzroka, a

najčešće usled direktnog ili indirektnog udara groma i

-Komutacione (unutrašnje)

- nastaju usled određenih promena u EES

● Prema obliku i trajanju prenaponi mogu podeliti u sledeće klase (tabela sa

slike 2.1):

-Najviši pogonski napon

izražen kao efektivna vrednost odgovarajućeg

naponskog nivoa

Privremeni prenapon

je prenapon pogonske frekvencije relativno dugog

trajanja. Može biti neprigušen ili slabo prigušen. U nekim slučajevima njegova
frekvencija može biti nekoliko puta manja ili veća od pogonske frekvencije.

Prelazni prenapon

je kratkotrajni prenapon trajanja nekoliko μs ili kraći.

Prelazni prenaponi podeljeni su na:

a) Prenapone

polaganog porasta čela (sklopni)

b) Prenapone

brzog porasta čela (atmosferski)

c) Prenapone

vrlo brzog porasta čela

(

VFT- very fast transient

)

Slika 2.1.

2.1. Privremeni prenaponi

Zaštita EES od prenapona izazvanih atmosferskim pražnjenjem

Seminarski rad

Ova vrsta prenapona može nastati kao posladica sledećih karakterističnih

pojava u EES :

-Ferrantijev efekat

Ferrantijev efekat je pojava da neopterećeni vod ima viši napon na svom

kraju nego na početku. Ova se pojava prvenstveno manifestuje vodovima većih
dužina, a to su dalekovodi najviših napona. Ona se može javiti ako zaštita iskopča
oštećeni transformator, priključen na drugi vod, pa vod ostane neopterećen.

Kod

manjih dužina vodova povišenje napona usled Ferrantijevog efekta nije od
naročitog značaja: za vod dužine od 135 km iznosi tek 1% , za 271 km 4%, a za
1000 km može biti čak 100%.

-Ferorezonancija

Ova se pojava može desiti u električnim krugovima koji sadrže kapacitet i

nelinearni induktivitet. U praksi ferorezonanciju mogu izazvati kapaciteti vodova i
nelinearni induktiviteti transformatora ili prigušnica.

-Zemljospoj

Ako u neuzemljenoj mreži ili u mreži uzemljenoj preko velikog otpora ili

prigušnice dođe do spoja jedne faze sa zemljom, tada napon u ostale dve zdrave
faze poraste s fazne na linijsku vrednost. Pri tome nulta tačka poprimi fazni napon
prema zemlji. Ako se na mestu zemljospoja uzme u obzir otpor, onda je pomak
napona nešto manji, pa je manje i povišenje napona. Uz čvrsti spoj sa zemljom
javlja se stalna nesimetrija i povišenje napona zdravih faza prema zemlji. U
slučaju intermetirajućeg zemljospoja kod kojeg u svakoj periodi dolazi do gašenja
i ponovnog paljenja elektičnog luka javljaju se i dodatni prenaponi.

2.2.

Prelazni prenaponi

2.2.1. Sklopni prenaponi

Svaki EES predstavlja ujedno i oscilatorni krug u kojem postoje

induktiviteti, kapaciteti i otpornici. Sklopne operacije u takvom sistemu mogu
izazvati prenapone. Sklopni prenaponi uzrokovani su uklapanjem ili isklapanjem
uređaja, gubitkom opterećenja nastankom ili uklanjanjem kvara. Verovatnoća
njihovog nastanka zavisi od broja kvarova i sklopnih operacija u sistemu.

Visina sklopnih prenapona zavisi od postojeće konfiguracije električne mreže

i od snage kratkog spoja, kao i od karakteristika opreme. Uopšteno se može reći da
su u razvijenijem EES sklopni prenaponi manji. Ova vrsta prenapona može nastati
kao posladica sledećih karakterističnih pojava u EES :

2.2.1.1. Uklapanje neopterećenog dalekovoda

Zaštita EES od prenapona izazvanih atmosferskim pražnjenjem

Seminarski rad

Nastanak i isklapanje kvarova u EES-u uzrokuje prenapone. Prilikom

isklapanja kvarova (kratkih spojeva) na kontaktima prekidača mogu se javiti
opasni povratni naponi, zbog čega je isklapanje kvarova od posebnog interesa.
Povratni napon kod isklapanja kratkog spoja mogu biti vrlo strmi i imati visoku
frekvenciju.

2.2.5. Povratni napon s dve frekvencije

U slučaju da se nakon otvaranja prekidača formiraju dva odvojena kruga

povratni napon na prekidaču će sadržavati dve frekvencije. Primer može biti slučaj
kada se otvara prekidač između generatora i transformatora, posle nastanka
kratkog spoja na vodu.

2.2.6. Vrlo brzi prenaponi

Vrlo brzi prenaponi karakteristični su za visokonaponska metalom

oklopljena,   plinom   SF6   izolovana,   rasklopna   postrojenja   ili   engleski   "   Gas
Insulated Switchgear"  (GIS). Njihova je prednost ta što zauzimaju malo prostora,
imaju dobra izolaciona svojstva, te su prilagodljiva okolini. Nečistoće u plinu ili
defekti   u   unutrašnjosti   postrojenja   dovode   do   izobličenja   i   porasta   gradijenta
električnog   polja.   To   može   dovesti   do   proboja   unutar   postrojenja.   Zato   se   u
proizvodnji   i   montaži   oklopljenih   postrojenja   zahteva   velika   čistoća.   Ova
tehnologija je uslovila pojavu vrlo brzih prenapona, odnosno na engleskom " Very
Fast Transient Overvoltages"   (VFTO). Ovi prenaponi su uzrokovani različitim
poremećajima koji nastaju unutar postrojenja poput:
   -proboja u postrojenju, između provodnika i oklopa ili susednih faza,

-sklopnih operacija s rastavljačima, prekidačima ili zemljospojnicima.
Navedeni poremećaji izazivaju visokofrekventne prelazne pojave. Usled

velike izolacione čvrstoće plina SF6 i malih razmaka delova pod naponom čelo
naponskog talasa koje nastaje pri proboju u plinu ima vrlo veliku strminu. Na taj
način nakon proboja u postrojenju razvija se visokofrekventna prelazna pojava. I
dok su proboji navedeni pod a) retki i predstavljaju neplanirane i nedozvoljene
poremećaje, proboji koji se dešavaju pri sklopnim operacijama sasvim su normalna
stvar u radu postrojenja. Najuobičajeniji su povratni preskoci preko rastavljača jer
se pri otvaranju rastavljača njegovi kontakti relativno sporo odvajaju (1-2 s) u
odnosu na brzinu kontakata prekidača (oko 100 ms).

3. ATMOSFERSKI PRENAPONI

Zaštita EES od prenapona izazvanih atmosferskim pražnjenjem