過電圧とは何ですか?

過電圧の核心は電圧の瞬間的または短期間の異常な増加であり、その重要な測定基準は倍数と波形です。{0}

 倍数: システムの最高動作相電圧のピーク値に対する過電圧振幅の比。たとえば、2.0 倍の過電圧は、電圧が通常の動作ピーク値の 2 倍に達したことを意味します。

 波形: 過電圧のエネルギーと破壊力を決定します。たとえば、雷のインパルス波（マイクロ秒範囲の急勾配）は、インパルス電圧に耐える絶縁体の能力をテストします。一方、一時的な過電圧（ミリ秒から数秒持続）は、長時間の高電圧に耐える絶縁体の能力と熱安定性をテストします。

雷は自然界で最も集中した過電圧源であり、電流は数十キロアンペアから数百キロアンペアに達します。

1. 直撃雷過電圧

◦ 発生状況: 雷が鉄塔、避雷針、または送電線の導体に直接落ちます。巨大な雷電流はインピーダンスを介して地面に流れ込み、衝突点で非常に高い電圧を発生させます。

特徴: 非常に高い振幅、最大数千キロボルト。波面時間は 1 ～ 4 マイクロ秒で非常に急勾配であり、絶縁に対して最大の脅威となります。電力線の雷保護に重点を置いています。

2. 誘導雷過電圧

◦ 発生状況: 雷は直接電線に落ちるのではなく、電線近くの地面に放電します。

機構：

静電誘導: 雷雲のリーダー段階では、雷雲とは逆の極性の大量の束縛電荷が線路の導体上に誘導されます。主放電が発生すると、これらの束縛された電荷が突然解放され、導体に沿って伝播する過電圧波が形成されます。

電磁誘導: 強力な雷電流により、放電チャネルの周囲に急速に変化する磁場が生成されます。この磁場は導体ループを通過し、起電力を誘導します。

◦ 特徴：通常、振幅は直撃雷の振幅（通常 300 ～ 400 kV を超えない）より小さいですが、35 kV 以下の配電線や弱電機器（通信や監視システムなど）の絶縁レベルが比較的低いため、重大な脅威となります。

これはシステム内の内部エネルギー変換またはパラメータの変化によって引き起こされ、システムの定格電圧に比例します。

1. スイッチング過電圧

◦ 発生: 回路ブレーカーの動作またはシステム障害により、回路状態が突然変化し、電磁エネルギー振動を引き起こします。

◦ 主な種類:

▪ 無負荷送電線のスイッチオフによる過電圧: 回路ブレーカーが容量性電流（無負荷の長い送電線など）を遮断すると、「再点火」が発生して電磁発振が発生し、電圧が通常レベルの 3 ～ 4 倍に達することがあります。これは、現代の「再点火なし」回路ブレーカーの採用により大幅に減少しました。-

▪ 無負荷ラインのスイッチングによる過電圧: 残留電荷のあるラインが閉じると、コンデンサが充電されるのと同じになり、高振幅の過電圧が発生する可能性があります。-これは、超高電圧システムおよび超高電圧システムの絶縁設計における制御要素の 1 つです。-

▪ 無負荷変圧器のスイッチオフによる過電圧: 小さな誘導電流 (励磁電流) が遮断されると、磁界エネルギーが電界エネルギーに変換され、機器の等価静電容量に過電圧が発生します。{0}避雷器は一般的に保護のために使用されます。

▪ アーク接地過電圧: 非接地の中性点を持つシステムでは、単相地絡が発生すると、故障点のアークが消失と再点火を繰り返し、システムの静電容量とインダクタンスの間でエネルギー交換が発生し、その結果、システム全体に振幅が最大 3.5 倍に達する過電圧が発生します。これは、消弧コイルや小さな抵抗器を介して中性点を接地することで抑制できます。

2. 一時的な過電圧

◦ 発生: 電源周波数または電源周波数に近い周波数で、比較的長い継続時間 (0.1 秒から数秒) の過電圧。

◦ 主な種類:

▪ 電源周波数の電圧上昇: 長い線路の容量効果 (線路の終端の電圧が最初の電圧よりも高い)、非対称短絡によって引き起こされる正常な相の電圧上昇、負荷遮断によって引き起こされる電圧上昇など。これは動作過電圧の「ベース電圧」であり、避雷器の連続動作電圧を決定します。

▪ 鉄共振過電圧: システムに非線形インダクタンス (変圧器のコアなど) とキャパシタンス (ライン対グランド間キャパシタンス、直列キャパシタンスなど) が含まれる場合、外乱を受けると励起されて、電源周波数の分数である非常に高い振幅と周波数 (1/2、1/3 など) の共振が発生する可能性があります。単相地絡の除去-）。長期間持続し、非常に危険です。

1. 絶縁体への直接的な損傷: 電気機器の固体、液体、または気体の絶縁体が破壊され、短絡が発生します。

2. 絶縁劣化の促進：絶縁破壊値に達しない過電圧が継続すると、絶縁材料の劣化が促進され、機器の寿命が短くなります。

3. 保護装置の誤動作または動作不良: リレー保護装置や自動化装置の通常の動作に支障をきたす可能性があります。

4. 電子機器に対する「ソフトダメージ」: 特に雷サージ。集積回路の性能低下、データのエラーや損失、その他の目に見えない損害を引き起こす可能性があります。

さまざまなタイプの過電圧に対する保護は、体系的なプロジェクトです。

1. 直撃雷に対する保護:

◦ 避雷器: 避雷針と避雷針 (架空地線) は、雷を自分自身に引き寄せます。

優れた接地装置: 雷電流を低インピーダンスで素早く大地に放電し、電位を低下させます。

2. 雷サージおよび動作過電圧に対する保護:

◦ バルブ-タイプ/ギャップレス金属酸化物サージアレスタ: コア保護デバイス。通常の状態では高抵抗を示しますが、過電圧が発生するとすぐに低抵抗に変化し、過電圧エネルギーをグランドに放電し、保護された機器の電圧を安全レベル（保護レベル）以下にクランプします。これらは、外部および内部の両方の過電圧に対する最後の、そして最も重要な防御線です。

サージ保護装置: 低電圧配電システムや電子情報システムにおけるマルチレベルの精密保護に使用されます。{0}{1}{0}

3. 内部過電圧の抑制:

◦ サーキットブレーカーの並列抵抗: 開閉プロセス中に抵抗を直列に挿入して、振動を減衰させます。

分路リアクトルの設置：長い配線の容量効果を補償し、電源周波数の電圧上昇と動作過電圧を抑制します。

アーク抑制コイルを介して中性点接地・小抵抗：アーク接地過電圧を抑制します。

高性能酸化亜鉛避雷器の使用は、さまざまな種類の内部過電圧を制限する最も経済的で効果的な方法です。-

概要: 過電圧は、電力システムの安全な動作に重大な脅威をもたらします。現代の電力システムは、「分流、放電、クランプ、減衰」の包括的な戦略を通じて、発電、送電、変電から配電、消費に至るまで、多層かつ深層の防御システムを確立しています。-

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