Was sind Überspannungen und ihre Ursachen in elektrischen Energiesystemen

Im heutigen Artikel gehen wir darauf ein über die Überspannungen und deren Ursachen Bescheid wissen. Es gibt so viele Quellen, die sich mit Überspannungen befassen, wie Generatoren, Transformatoren und Übertragungsleitungen. Diese Überspannungen können durch Blitze, das Öffnen von Leistungsschaltern, die Erdung eines Leiters usw. verursacht werden. Diese Überspannungen sind möglicherweise nicht sehr groß, aber ihre Wirkung kann das Schutzsystem oder im System angeschlossene Geräte unterbrechen. Ingenieure versuchen immer, die Auswirkungen von Überspannungen auf Betriebstypen von Geräten zu begrenzen und zu kontrollieren. Jetzt versuchen wir, die Hauptursachen für Überspannungen herauszufinden. Wie sie generiert werden und das Betriebssystem beeinflussen können.

Diese Transienten oder Überspannungen sind vorübergehender Natur und von kurzer Dauer (einige hundert µs), verursachen jedoch Überspannungen im Stromversorgungssystem. Sie entstehen durch Schalten und andere Ursachen, aber die wichtigsten Transienten sind diejenigen, die durch die natürlichen Blitzeinschläge auf Übertragungsleitungen erzeugt werden. Wenn ein Blitz in eine Leitung einschlägt, rauscht die Überspannung entlang der Leitung und eine Flut von enormen Spannungen dringt in das System ein, die in der Lage ist, jedes einzelne Schutz- und Elektrogerät zu beschädigen.

Die obige Abbildung zeigt die Blitzstoßwellenform. Der Spannungsaufbau entlang der x-Achse und die Zeit entlang der y-Achse. Es scheint ziemlich klar, dass der Stoß in sehr kurzer Zeit eine sehr steile Vorwärtswelle erzeugt, die als Wellenfront bezeichnet wird. Dieser Aufbau ist sehr schnell und liegt in der Größenordnung von 1–5 &mgr;s. Während die Rückseite, die als Wellenschwanz bezeichnet wird, im Vergleich zur Wellenfront langsam vorbeizieht. Es dauert etwas länger als eine steile Welle.

Ursachen von Überspannungen

Die Überspannungen im Stromversorgungssystem können grob in zwei Hauptkategorien unterteilt werden.

A) Interne Ursachen B) Externe Ursachen

Interne Ursachen erzeugen keine Überspannungen großen Ausmaßes. Die Erfahrung zeigt, dass interne Überspannungen die Systemspannung kaum auf das Doppelte der normalen Spannung erhöhen.

• Schaltstöße: Die erste Art interner Überspannung sind Schaltstöße. Die durch Schaltvorgänge im Netz entstehenden Überspannungen werden als Schaltstöße bezeichnet.1) Sie können entstehen, wenn eine unbelastete Leitung an die Spannungsquelle angeschlossen wird. 2) Es kann auch verursacht werden, wenn eine belastete Leitung angeschlossen wird. Angenommen, ein Ladevorgang wird plötzlich unterbrochen. Dadurch wird eine Transientenspannung aufgebaut.3) Die wichtigste Ursache für Überspannungen bei Schaltstößen ist die Stromunterbrechung. Das Zerhacken des Stroms führt zur Erzeugung von Hochspannungstransienten an den Kontakten des Druckluft-Leistungsschalters.

• Isolationsfehler: Der wichtigste Fall eines Isolationsfehlers in einem Stromversorgungssystem ist die Erdung des Leiters. Angenommen, ein Leiter erdet in der Mitte. Es erzeugt negative Spannungen, die sich auf beiden Seiten fortbewegen.

• Bodenlichtbogen: Das Phänomen des intermittierenden Lichtbogens, der in der Leitung zum Erdschluss eines 3-Phasen-Systems mit der daraus resultierenden Erzeugung von Transienten auftritt, ist als Bodenüberschlag bekannt. Diese Transienten sind kumulativ; Sie können sehr gefährlich sein und das Stromversorgungssystem ernsthaft beschädigen, indem sie Isolationsfehler verursachen. Durch Erdung des Neutralleiters kann ein Überschlag verhindert werden.

• Resonanz: Resonanz ist die Situation im Stromversorgungssystem, wenn die induktive Reaktanz des Stromkreises gleich der kapazitiven Reaktanz wird. Bei Resonanz werden Impedanz und Widerstand gleich und der Leistungsfaktor ist eins. Resonanz verursacht hohe Spannungen in den Übertragungsleitungen.

• Externe Ursache: Äußere Ursachen sind nur Blitze. „Eine elektrische Entladung zwischen Wolke und Erde, zwischen Wolken oder zwischen dem Ladungszentrum derselben Wolke wird als Blitz bezeichnet“. Wir werden diese Ursache im nächsten Artikel ausführlich besprechen.