O que é sobretensão?

Natureza Física e Conceitos Chave de Sobretensão

O núcleo da sobretensão é o aumento anormal-de tensão instantâneo ou de curto prazo, e seus principais critérios de medição são múltiplos e formas de onda.

Múltiplo: A relação entre a amplitude de sobretensão e o valor de pico da tensão de fase operacional mais alta do sistema. Por exemplo, uma sobretensão múltipla de 2,0 significa que a tensão atingiu o dobro do valor de pico operacional normal.

Forma de onda: Determina a energia e o poder destrutivo da sobretensão. Por exemplo, ondas de impulso de raios (com declives acentuados na faixa de microssegundos) testam a capacidade do isolamento de suportar tensões de impulso; enquanto sobretensões temporárias (com duração de milissegundos a segundos) testam a capacidade do isolamento de suportar altas tensões prolongadas e estabilidade térmica.

Descrição detalhada de sobretensão externa (sobretensão atmosférica/sobretensão atmosférica)

Os relâmpagos são a fonte de sobretensão mais concentrada da natureza, com correntes que atingem dezenas a centenas de quiloamperes.

1. Sobretensão direta de raios

◦ Ocorrência: O raio atinge diretamente as torres, pára-raios ou condutores de linhas de transmissão. A enorme corrente do raio entra no solo através da impedância, gerando uma tensão extremamente alta no ponto de impacto.

Características: Amplitude extremamente alta, até vários milhares de quilovolts; extremamente íngreme, com um tempo de frente de onda de 1 a 4 microssegundos, representando a maior ameaça ao isolamento. É o foco da proteção contra raios para linhas de energia.

2. Sobretensão induzida por raios

◦ Ocorrência: O raio não atinge diretamente a linha, mas é descarregado no solo próximo à linha.

Mecanismo:

.Indução eletrostática: Durante o estágio líder de uma nuvem de tempestade, uma grande quantidade de cargas ligadas de polaridade oposta à da nuvem de tempestade será induzida nos condutores da linha. Quando ocorre a descarga principal, essas cargas ligadas são liberadas repentinamente, formando ondas de sobretensão que se propagam ao longo dos condutores.

.Indução eletromagnética: A poderosa corrente elétrica gera um campo magnético que muda rapidamente ao redor do canal de descarga. Este campo magnético passa através do circuito condutor, induzindo uma força eletromotriz.

◦ Características: A amplitude é geralmente inferior à das descargas atmosféricas diretas (geralmente não excedendo 300-400 kV), mas representa uma ameaça significativa para linhas de distribuição de 35 kV e abaixo e para equipamentos elétricos fracos (como sistemas de comunicação e monitoramento) porque seus níveis de isolamento são relativamente baixos.

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Descrição detalhada da sobretensão interna

Isto é causado pela conversão interna de energia ou alterações de parâmetros dentro do sistema e é proporcional à tensão nominal do sistema.

1. Sobretensão de comutação

◦ Geração: Devido ao funcionamento de disjuntores ou falhas no sistema, o estado do circuito muda abruptamente, causando oscilações de energia eletromagnética.

◦ Principais tipos:

▪ Sobretensão causada pelo desligamento de linhas sem{0}}carga: quando um disjuntor corta uma corrente capacitiva (como uma linha longa descarregada), ocorre uma "reignição", causando oscilação eletromagnética, e a tensão pode atingir de 3 a 4 vezes o nível normal. Isso foi significativamente reduzido com a adoção de disjuntores "sem{4}}reignição" nos tempos modernos.

▪ Sobretensão por ligação de linhas sem{0}}carga: Quando uma linha com carga residual é fechada, equivale a carregar um capacitor, o que pode gerar sobretensão de{1}}alta amplitude. Esse é um dos fatores de controle no projeto de isolamento para sistemas de tensão ultra-alta e extra{4}}alta.

▪ Sobretensão por desligamento de transformadores sem carga: Quando uma pequena corrente indutiva (corrente de magnetização) é cortada, a energia do campo magnético é convertida em energia do campo elétrico, gerando sobretensão na capacitância equivalente do equipamento. Pára-raios são comumente usados para proteção.

▪ Sobretensão de aterramento do arco: Em um sistema com ponto neutro não aterrado, quando ocorre uma falta à terra monofásica, o arco no ponto de falta se extingue e reacende repetidamente, levando à troca de energia entre a capacitância e a indutância do sistema, resultando em sobretensão em todo o sistema, com amplitudes que chegam a até 3,5 vezes. Isto pode ser suprimido mudando para um ponto neutro aterrado através de uma bobina de supressão de arco ou de um pequeno resistor.

2. Sobretensão temporária

◦ Ocorrência: Sobretensão com frequência igual à frequência da rede ou próxima à frequência da rede e duração relativamente longa (0,1 segundos a vários segundos).

◦ Principais tipos:

▪ Aumento de tensão de frequência de energia: como o efeito de capacitância de linha longa (a tensão no final da linha é maior que a do início), o aumento de tensão da fase saudável causado por curto-circuito assimétrico e o aumento de tensão causado por rejeição de carga, etc. Esta é a "tensão base" da sobretensão operacional, que determina a tensão operacional contínua do pára-raios.

▪ Sobretensão ferrorressonante: quando o sistema contém indutância não linear (como o núcleo de um transformador de tensão) e capacitância (capacitância de linha-para{1}}terra, capacitância em série, etc.), ele pode ser excitado para gerar ressonâncias com amplitudes e frequências muito altas que são frações da frequência de energia (como 1/2, 1/3, etc.) quando perturbado (como após a remoção de um falta à terra-monofásica). Dura muito tempo e é altamente perigoso.

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Riscos de sobretensão

1. Danos diretos ao isolamento: Causa quebra do isolamento sólido, líquido ou gasoso em equipamentos elétricos, resultando em curtos-circuitos.

2. Aceleração do envelhecimento do isolamento: A sobretensão contínua que não atinge o valor de ruptura acelerará o envelhecimento dos materiais de isolamento e encurtará a vida útil do equipamento.

3. Mau funcionamento ou falha no funcionamento dos dispositivos de proteção: Pode interferir na operação normal dos dispositivos de proteção do relé e dos equipamentos de automação.

4. "Danos leves" a equipamentos eletrônicos: Especialmente surtos de raios, que podem levar à degradação do desempenho de circuitos integrados, erros ou perdas de dados e outros danos imperceptíveis.

Sistema de Medidas de Proteção

Para diferentes tipos de sobretensão, a proteção é um projeto sistemático:

1. Proteção contra descargas atmosféricas diretas:

◦ Pára-raios: Pára-raios e fios para-raios (fios terra aéreos) atraem raios para si mesmos.

Um bom dispositivo de aterramento: Pode descarregar rapidamente e com baixa impedância a corrente do raio na terra, reduzindo o potencial.

2. Proteção contra descargas atmosféricas e sobretensões operacionais:

◦ Corta-raios contra surtos de óxido metálico tipo válvula/sem intervalos: dispositivos de proteção do núcleo. Apresentam alta resistência em condições normais, mas mudam rapidamente para baixa resistência quando ocorre sobretensão, descarregando a energia da sobretensão para o terra e fixando a tensão no equipamento protegido abaixo de um nível seguro (nível de proteção). Eles são a última e mais crítica linha de defesa contra sobretensões externas e internas.

Protetores contra surtos: são usados para proteção fina de vários-níveis em sistemas de distribuição-de baixa tensão e sistemas de informação eletrônica.

3. Supressão de sobretensão interna:

◦ Resistência paralela do disjuntor: Insira um resistor em série durante o processo de fechamento/abertura para amortecer as oscilações.

Instalação de reatores shunt: Compensação do efeito capacitivo de linhas longas, suprimindo aumento de tensão na frequência de energia e sobretensão de operação.

Ponto neutro aterrado através de bobina de supressão de arco/pequena resistência: Suprime a sobretensão de aterramento do arco.

O uso de pára-raios de óxido de zinco de alto-desempenho é a maneira mais econômica e eficaz de limitar vários tipos de sobretensões internas.

resumindo

Resumo: A sobretensão representa uma ameaça significativa à operação segura dos sistemas de energia. Os sistemas de energia modernos estabeleceram um sistema de defesa profundo e de vários-níveis, desde a geração, transmissão, transformação de energia até a distribuição e consumo, por meio de uma estratégia abrangente de "desvio, descarga, fixação e amortecimento".

Disjuntor de circuito a vácuo VS1-12

O disjuntor a vácuo VS1-12 é um equipamento de comutação interna com tensão nominal de 12kV e CA 50/60Hz. Ele adota um mecanismo operacional de estrutura integrado e é adequado para diversas empresas industriais e de mineração, bem como equipamentos de rede elétrica. Pode ser usado como unidade de carrinho de mão para uso com quadro KYN28A-12, ou como unidade fixa com intertravamento mecânico relevante, tornando-o adequado para XGN2 e outros gabinetes fixos.