Классификация перенапряжений: реферат по технике высоких напряжений

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
(ОмГУПС (ОмИИТ))
Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»
КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Реферат
по дисциплине «Техника высоких напряжений и электротехнические
материалы»
Студент гр. 42ЛЭ
_________/Батаев Н.Д.
Подпись
Фамилия И.О.
___/__________2026 г.
профессор кафедры ЭЖТ
д-р техн. Наук доцент
_____________В. Л. Незевак
___/__________2026 г.
Омск 2026
Содержание
Введение ................................................................................................................... 3
Классификация перенапряжений...........................................................................4
Заключение ............................................................................................................ 15
Библиографический список ................................................................................. 16
2
Введение
Современные электроэнергетические системы представляют собой
сложные комплексы, работающие в условиях постоянных изменений
нагрузок, аварийных ситуаций и внешних воздействий. Одной из ключевых
проблем, влияющих на надёжность и безопасность электроснабжения,
являются перенапряжения — кратковременные или длительные превышения
допустимых уровней напряжения, способные привести к повреждению
оборудования, нарушениям в работе потребителей и даже масштабным
авариям.
Перенапряжения
возникают
по
различным
причинам,
включая
атмосферные явления (грозовые разряды), коммутационные процессы в сетях,
резонансные явления и аварийные режимы. Их классификация играет важную
роль в проектировании защитных систем, выборе оборудования и разработке
мер по повышению устойчивости энергосистем.
Цель данного реферата — систематизировать знания о видах
перенапряжений, их природе, последствиях и методах ограничения.
3
Классификация перенапряжений
Перенапряжения в электроэнергетических системах представляют
собой кратковременные или длительные повышения напряжения, значительно
превышающие номинальные значения. Они могут возникать вследствие
природных явлений, коммутационных процессов, аварийных режимов и
других факторов. Перенапряжения способны вызывать пробой изоляции,
повреждение оборудования, нарушения электроснабжения и даже крупные
аварии в энергосистемах.
Изучение
и
классификация
перенапряжений
необходимы
для
разработки эффективных мер защиты, выбора оборудования и повышения
надёжности энергосистем.
Перенапряжение − это любое напряжение Umax, превышающее
амплитуду наибольшего рабочего напряжения (Uнр) на изоляции элементов
электрической сети. Вместо номинального напряжения взято наибольшее
рабочее, которое может на 5−20 % превышать номинальное.
Обычно приводят не максимальное напряжение Umax, а кратность
перенапряжений:
.
Оно возникает из-за:
Атмосферных разрядов (молний).
Коммутационных
процессов
(включение/отключение
линий,
трансформаторов, конденсаторов).
Резонансных явлений в сети.
Аварийных режимов (короткие замыкания, обрывы нейтрали).
Перенапряжения классифицируются по происхождению, форме волны и
длительности воздействия
4
Перенапряжения в электрических сетях делятся на внешние и
внутренние.
Внешние перенапряжения возникают как при ударах молнии, так и при
взрывах атомных и водородных бомб. О последних до сих пор мало
статистических данных. В настоящее время их считают маловероятными и не
учитывают при выборе защиты от перенапряжений.
Внутренние перенапряжения вызваны колебаниями электромагнитной
энергии, запасенной в элементах электрической цепи или поступающей в нее
от генераторов. Внутренние перенапряжения можно условно разбить на
коммутационные и установившиеся.
Коммутационные перенапряжения возникают при изменении схемы или
параметров сети – коммутации в широком смысле слова. Коммутации могут
быть плановыми (включение и отключение элементов сети) и аварийными
(замыкание в сети и отключении их). Коммутационные перенапряжения
заканчиваются одновременно с затуханием переходной составляющей и
продолжаются обычно несколько периодов промышленной частоты.
После этого может возникнуть вторая стадия перенапряжений –
установившийся режим, это резонансы на промышленной частоте, а так же на
высших и низших гармониках. Источниками высших и низших гармоник
может быть нелинейный элемент сети, например, трансформатор при
насыщении магнитопровода.
Трансформаторы при насыщении магнитопровода одновременно с
появлением
высших
гармоник
могут
приводить
к
появлению
феррорезонансов. Условием для возбуждения феррорезонансных колебаний
является образование в сети контура, настроенного на частоту одной из
гармоник.
Установившийся режим может длиться от долей секунды до нескольких
секунд.
Атмосферные (грозовые) перенапряжения
5
Причина: Прямые или наведённые грозовые разряды.
Характеристики: Импульсные, с крутым фронтом (до 1 мкс) и высокой
амплитудой (до нескольких МВ).
Опасность: Повреждение изоляции ЛЭП, трансформаторов, подстанций.
Пример: Попадание молнии в линию электропередачи.
Коммутационные перенапряжения
Причина: Переключения в сети (отключение нагрузок, КЗ, включение
трансформаторов).
Характеристики:
Длительность
от
микросекунд
до
десятков
миллисекунд, амплитуда до 3–4×Uном.
Опасность: Повреждение выключателей, изоляции генераторов.
Пример: Перенапряжение при отключении ненагруженной линии.
Внутренние перенапряжения
Резонансные
Возникают при совпадении частоты сети с собственной частотой
контура (например, в длинных ЛЭП).
Могут длиться от секунд до минут.
Феррорезонансные
Связаны с нелинейностью индуктивностей (трансформаторов) и
ёмкостей.
Опасны для измерительных трансформаторов.
Дуговые
Возникают при замыканиях на землю через дугу.
Характерны для сетей с изолированной нейтралью.
Аварийные перенапряжения
Причина: Короткие замыкания, обрывы нейтрали, несимметрия фаз.
Характеристики: Зависят от типа аварии, могут быть кратковременными
или устойчивыми.
Для ограничения перенапряжений применяют:
6
Грозозащитные устройства (разрядники, ОПН — ограничители
перенапряжений нелинейные).
Искровые промежутки.
Заземляющие устройства.
Компенсация реактивной мощности (для снижения коммутационных
перенапряжений).
Релейная защита и автоматика.
Перенапряжения
представляют
серьёзную
угрозу
для
электрооборудования и стабильности энергосистем. Их классификация
позволяет разрабатывать эффективные методы защиты, минимизировать
риски аварий и повышать надёжность электроснабжения. Современные
технологии, такие как Smart Grid и активные ограничители перенапряжений,
открывают новые возможности для борьбы с этим явлением.
7
Заключение
Перенапряжения в электроэнергетических системах представляют
собой
серьёзную
угрозу
для
оборудования,
стабильности
сети
и
бесперебойности электроснабжения. В данном реферате была рассмотрена
классификация
перенапряжений,
включая
атмосферные
(грозовые),
коммутационные, внутренние (резонансные, феррорезонансные, дуговые) и
аварийные виды. Каждый из них имеет свои особенности, причины
возникновения и последствия, что требует индивидуального подхода к
защите.
1.
Атмосферные перенапряжения наиболее опасны из-за высокой
амплитуды и требуют применения грозозащитных устройств (ОПН,
разрядников).
2.
Коммутационные перенапряжения возникают при переключениях
в сети и могут быть снижены за счёт правильного выбора оборудования и
режимов работы.
3.
Внутренние перенапряжения (резонансные, феррорезонансные)
связаны с параметрами сети и требуют тщательного расчёта её элементов.
4.
Аварийные
перенапряжения
обусловлены
короткими
замыканиями и другими нарушениями режимов работы, что делает важным
использование релейной защиты и автоматики.
Перспективы
внедрением
развития
защиты
интеллектуальных
от
систем
перенапряжений
мониторинга
связаны
(Smart
с
Grid),
совершенствованием ограничителей перенапряжений и разработкой новых
изоляционных материалов. Современные технологии позволяют не только
оперативно обнаруживать перенапряжения, но и прогнозировать их
возникновение, минимизируя риски для энергосистем.
Таким образом, понимание природы и классификации перенапряжений
является основой для проектирования надёжных электрических сетей и
выбора эффективных мер защиты.
8
Библиографический список
1.
Правила устройства электроустановок (ПУЭ).
2.
ГОСТ Р 52735-2007 «Защита от перенапряжений в
электроустановках».
3.
Иванов, В. С. Перенапряжения в электрических сетях. –
М.: Энергоатомиздат, 2018.
4.
IEEE Std 1410-2010 «Guide for Improving the Lightning
Performance of Electric Power Overhead Distribution Lines».
9