Was ist Überspannung?

Der Kern der Überspannung ist der augenblickliche oder kurzzeitige abnormale Spannungsanstieg. Die wichtigsten Messkriterien sind Vielfache und Wellenformen.

 Vielfaches: Das Verhältnis der Überspannungsamplitude zum Spitzenwert der höchsten Betriebsphasenspannung des Systems. Beispielsweise bedeutet eine 2,0-fache Überspannung, dass die Spannung das Doppelte des normalen Betriebsspitzenwerts erreicht hat.

 Wellenform: Bestimmt die Energie und Zerstörungskraft der Überspannung. Beispielsweise testen Blitzimpulswellen (mit steilen Flanken im Mikrosekundenbereich) die Fähigkeit der Isolierung, Stoßspannungen standzuhalten; Während vorübergehende Überspannungen (von Millisekunden bis Sekunden) die Fähigkeit der Isolierung testen, längeren hohen Spannungen und thermischen Stabilität standzuhalten.

Blitze sind die konzentrierteste Überspannungsquelle in der Natur, mit Strömen von mehreren zehn bis hunderten Kiloampere.

1. Direkte Blitzüberspannung

◦ Vorkommen: Blitze treffen direkt auf Masten, Blitzableiter oder Leiter von Übertragungsleitungen. Der enorme Blitzstrom gelangt über die Impedanz in den Boden und erzeugt am Einschlagpunkt eine extrem hohe Spannung.

Eigenschaften: Extrem hohe Amplitude, bis zu mehreren tausend Kilovolt; extrem steil, mit einer Wellenfrontzeit von 1–4 Mikrosekunden, was die größte Gefahr für die Isolierung darstellt. Sie steht im Mittelpunkt des Blitzschutzes für Stromleitungen.

2. Induzierte Blitzüberspannung

◦ Auftreten: Blitze treffen nicht direkt auf die Leitung, sondern entladen sich in der Nähe der Leitung zum Boden.

Mechanismus:

.Elektrostatische Induktion: Während der Leitphase einer Gewitterwolke wird eine große Menge gebundener Ladungen mit entgegengesetzter Polarität zur Gewitterwolke auf den Leitern der Leitung induziert. Bei der Hauptentladung werden diese gebundenen Ladungen schlagartig freigesetzt und es bilden sich Überspannungswellen, die sich entlang der Leiter ausbreiten.

.Elektromagnetische Induktion: Der starke Blitzstrom erzeugt ein sich schnell änderndes Magnetfeld um den Entladungskanal. Dieses Magnetfeld durchdringt die Leiterschleife und induziert eine elektromotorische Kraft.

◦ Eigenschaften: Die Amplitude ist normalerweise geringer als die von direkten Blitzeinschlägen (im Allgemeinen nicht über 300–400 kV), stellt jedoch eine erhebliche Bedrohung für Verteilungsleitungen mit 35 kV und darunter sowie für schwache elektrische Geräte (wie Kommunikations- und Überwachungssysteme) dar, da deren Isolationsniveau relativ niedrig ist.

Dies wird durch interne Energieumwandlung oder Parameteränderungen innerhalb des Systems verursacht und ist proportional zur Nennspannung des Systems.

1. Schaltüberspannung

◦ Erzeugung: Durch den Betrieb von Leistungsschaltern oder Systemfehler ändert sich der Zustand des Stromkreises abrupt, was zu elektromagnetischen Energieschwingungen führt.

◦ Haupttypen:

▪ Überspannung durch Abschalten von Leerlaufleitungen: Wenn ein Leistungsschalter einen kapazitiven Strom abschaltet (z. B. eine unbelastete lange Leitung), kommt es zu einer „Rückzündung“, die elektromagnetische Schwingungen verursacht und die Spannung das Drei- bis Vierfache des normalen Niveaus erreichen kann. Dies wurde durch die Einführung von Leistungsschaltern ohne Wiederzündung in der heutigen Zeit erheblich reduziert.

▪ Überspannung durch Einschalten von Leerlaufleitungen: Das Schließen einer Leitung mit Restladung entspricht dem Laden eines Kondensators, der eine Überspannung mit hoher -Amplitude erzeugen kann. Dies ist einer der entscheidenden Faktoren beim Isolationsdesign für Ultrahoch- und Höchstspannungssysteme.

▪ Überspannung durch Abschalten von Leerlauftransformatoren: Wenn ein kleiner induktiver Strom (Magnetisierungsstrom) abgeschaltet wird, wird die magnetische Feldenergie in elektrische Feldenergie umgewandelt, wodurch eine Überspannung an der entsprechenden Kapazität des Geräts entsteht. Zum Schutz werden häufig Überspannungsableiter eingesetzt.

▪ Lichtbogen-Erdungsüberspannung: Wenn in einem System mit einem ungeerdeten Sternpunkt ein einphasiger Erdschluss auftritt, erlischt der Lichtbogen am Fehlerpunkt wiederholt und zündet erneut, was zu einem Energieaustausch zwischen der Kapazität und Induktivität des Systems führt, was zu einer Überspannung im gesamten System mit Amplituden bis zum 3,5-fachen führt. Dies kann unterdrückt werden, indem auf einen Sternpunkt umgestellt wird, der über eine Lichtbogenunterdrückungsspule oder einen kleinen Widerstand geerdet ist.

2. Vorübergehende Überspannung

◦ Auftreten: Überspannung mit einer Frequenz der Netzfrequenz oder nahe der Netzfrequenz und einer relativ langen Dauer (0,1 Sekunden bis mehrere Sekunden).

◦ Haupttypen:

▪ Spannungsanstieg bei Netzfrequenz: z. B. der Effekt der langen Leitungskapazität (die Spannung am Ende der Leitung ist höher als am Anfang), der Spannungsanstieg der gesunden Phase aufgrund eines asymmetrischen Kurzschlusses und der Spannungsanstieg aufgrund eines Lastabwurfs usw. Dies ist die „Grundspannung“ der Betriebsüberspannung, die die Dauerbetriebsspannung des Überspannungsableiters bestimmt.

▪ Ferroresonante Überspannung: Wenn das System eine nichtlineare Induktivität (z. B. den Kern eines Spannungstransformators) und eine Kapazität (Leiter-zu-Erde-Kapazität, Reihenkapazität usw.) enthält, kann es bei Störung (z. B. nach der Entfernung von a) dazu angeregt werden, Resonanzen mit sehr hohen Amplituden und Frequenzen zu erzeugen, die Bruchteile der Netzfrequenz (z. B. 1/2, 1/3 usw.) ausmachen einphasiger Erdschluss). Es hält lange an und ist äußerst gefährlich.

1. Direkte Schäden an der Isolierung: Sie führen zum Ausfall der festen, flüssigen oder gasförmigen Isolierung elektrischer Geräte, was zu Kurzschlüssen führt.

2. Beschleunigung der Alterung der Isolierung: Eine kontinuierliche Überspannung, die den Durchschlagswert nicht erreicht, beschleunigt die Alterung von Isoliermaterialien und verkürzt die Lebensdauer von Geräten.

3. Fehlfunktion oder Nichtwirkung von Schutzvorrichtungen: Dies kann den normalen Betrieb von Relaisschutzvorrichtungen und Automatisierungsgeräten beeinträchtigen.

4. „Soft Damage“ an elektronischen Geräten: Insbesondere Blitzüberspannungen, die zu Leistungseinbußen bei integrierten Schaltkreisen, Datenfehlern oder -verlusten und anderen nicht wahrnehmbaren Schäden führen können.

Für verschiedene Arten von Überspannung ist der Schutz ein systematisches Projekt:

1. Schutz vor direkten Blitzeinschlägen:

◦ Blitzableiter: Blitzableiter und Blitzableiter (Erdungsleitungen) ziehen Blitze an sich.

Ein gutes Erdungsgerät: Es kann den Blitzstrom schnell und niederohmig in die Erde ableiten und so das Potenzial reduzieren.

2. Schutz vor Blitzüberspannung und Betriebsüberspannung:

◦ Ventil--Typ/lückenlose Metalloxid-Überspannungsableiter: Kernschutzgeräte. Unter normalen Bedingungen weisen sie einen hohen Widerstand auf, wechseln jedoch bei Auftreten einer Überspannung schnell zu einem niedrigen Widerstand, wodurch die Überspannungsenergie zur Erde abgeleitet wird und die Spannung an den geschützten Geräten unter einen sicheren Wert (Schutzpegel) gedrückt wird. Sie sind die letzte und wichtigste Verteidigungslinie gegen äußere und innere Überspannungen.

Überspannungsschutz: Sie dienen dem mehrstufigen Feinschutz in Niederspannungsverteilungssystemen und elektronischen Informationssystemen.

3. Unterdrückung interner Überspannung:

◦ Parallelwiderstand des Leistungsschalters: Schalten Sie beim Ein-/Ausschaltvorgang einen Widerstand in Reihe ein, um Schwingungen zu dämpfen.

Installation von Nebenschlussdrosseln: Kompensation der kapazitiven Wirkung langer Leitungen, Unterdrückung von Spannungsanstiegen bei Netzfrequenz und Betriebsüberspannung.

Sternpunkt geerdet durch Lichtbogenlöschspule / kleiner Widerstand: Lichtbogenerdungsüberspannung unterdrücken.

Der Einsatz von hochleistungsfähigen Zinkoxid-Ableitern ist die wirtschaftlichste und effektivste Möglichkeit, verschiedene Arten interner Überspannungen zu begrenzen.

Zusammenfassung: Überspannung stellt eine erhebliche Gefahr für den sicheren Betrieb von Energiesystemen dar. Moderne Energiesysteme haben ein mehrstufiges und tiefgreifendes Verteidigungssystem von der Stromerzeugung, -übertragung, -umwandlung bis zur Verteilung und zum Verbrauch durch eine umfassende Strategie der „Umleitung, Entladung, Begrenzung und Dämpfung“ etabliert.

Der Vakuum-Leistungsschalter VS1-12 ist ein Innenschaltgerät mit einer Nennspannung von 12 kV und Wechselstrom 50/60 Hz. Es verfügt über einen integrierten Rahmenantrieb und eignet sich für verschiedene Industrie- und Bergbauunternehmen sowie für Stromnetzgeräte. Es kann als Handwageneinheit zur Verwendung mit KYN28A-12-Schaltanlagen oder als feste Einheit mit entsprechender mechanischer Verriegelung verwendet werden, wodurch es für XGN2 und andere feste Schränke geeignet ist.

  Shaanxi West Power Tongzhong Electrical Co., Ltd.

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