Перенапряжения в системах электроснабжения

90-летию 
МГА-МГИ-МГГУ 
посвящается 

Р Е Д А К Ц И О Н Н Ы Й 

С
О
В
Е
Т 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 

Председатель 

Л.А. 
ПУЧКОВ 
президент 
МГГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

Зам. 
председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 
директор 
Издательства 
МГГУ 

Члены 
редсовета 

ИВ. 
ДЕМЕНТЬЕВ 
академик 
РАЕН 

А.П. 
ДМИТРИЕВ 
академик 
РАЕН 

Б.А. 
КАРТОЗИЯ 
академик 
РАЕН 

А.В. 
КОРЧАК 
академик 
МАНВШ 

, 
М.В. 
КУРЛЕНЯ 
академик 
РАН 

В.Н 
ОСИПОВ 
академик 
РАН 

В.Л. 
ПЕТРОВ 
академик 
МАН 
ВШ 

Э.М. 
СОКОЛОВ 
академик 
МАНВШ 

КН. 
ТРУБЕЦКОЙ 
академик 
РАН 

В.А. 
ЧАНТУРИЯ 
академик 
РАН 

Е.И. 
ШЕМЯКИН 
академик 
РАН 

< 
Е.Ф. Цапенко 
* 
s 
X 
ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ 

< 
В СИСТЕМАХ 

X 
ш 
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 

s о 

0 . 
н 
Аопушено 
Учебно-метолмческим 

объединением вузов Российской 
Федерации 

по образованию в облает 
горного дела в качестве 

• • • 
учебного пособия для студентов вузов, 
обучающихся 
ш 
по специальности «Электроснабжение» 
направления 

подготовки дипломированных 
специалистов 
с 

«Электроэнергетика* 

о 
ОС 
< 
X 
Q. 

М О С К В А 
• 
ИЗДАТЕЛЬСТВО 
м о с к о в с к о г о 
о 
ГОСУДАРСТВЕННОГО Г О Р Н О Г О УНИВЕРСИТЕТА 

• 

2008 

УДК 622.27:621.31 
ББК 32.211 
Ц 17 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям 
книжным для взрослых. СанПиН 1.2.1253-03», 
утвержденным 
Гчавным государственным санитарным врачом России 30 марта 
2003 г. (ОСТ 29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое 
заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей № 77.99.60.953.Д. 008501.07.07 

Рецензенты: 

• 
кафедра «Электроснабжение промышленных 
предприятий» 
Московского энергетического института (ТУ), д-р техн. наук, 
проф. СИ. Гамазин; 
• 
генеральный директор «РК-Строй», канд. техн. наук А.С. Кудрявцев 

Цапенко Е.Ф. 

Ц 17 
Перенапряжения в системах электроснабжения: Учебное пособие. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2008. — 64 с. 

ISBN 978-5-7418-0236-2 

Изложены основные виды перенапряжений, возникающих в системах электроснабжения горных предприятий напряжением 6—10 кВ. 
Главное внимание уделено резонансным перенапряжениям, являющимся наиболее частой причиной возникновения пожаров и взрывов в горном производстве. 

Учебное пособие является второй частью дисциплины «Электробезопасность и перенапряжения в системах электроснабжения», предусмотренной для студентов, обучающихся по направлению «Электроэнергетика» специальности «Электроснабжение». Может быть полезно 
бакалаврам при выполнении ими дипломных работ, а также аспирантам при 
исследовании опасных перенапряжений в системах электроснабжения горных предприятий. 

УДК 622.27:621.31 
ББК 32.211 

ISBN 978-5-7418-0236-2 
© Е.Ф. Цапенко, 2008 
© Издательство МГГУ, 2008 
© Дизайн книги. Издательство 
МГГУ, 2008 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Вопросы, относящиеся к перенапряжениям, рассматриваются в дисциплине, которая называется «Техника высоких напряжений» (ТВН). Эта дисциплина помимо перенапряжений 
включает в себя много других вопросов, таких, например, как 
физические процессы, происходящие в изоляции (твердой, жидкой и газообразной), и ряд других, имеющих сугубо общенаучный характер. Эти части дисциплины ТВН представляют определенный интерес для специалистов электротехнических и электроэнергетических вузов, а также соответствующих научноисследовательских организаций. 

В то же время в курсах ТВН перенапряжения обычно рассматриваются без строгого применения теоретической электротехники. Громоздкое изложение вопросов перенапряжений не 
является необходимым и не может должным образом повысить 
профессиональный уровень инженеров-электриков технических 
вузов, в том числе и горных инженеров-электриков. 

Для горных инженеров-электриков в их практической деятельности гораздо важнее знать механизм возникновения перенапряжений и средства их предотвращения с целью обеспечения нормальной работы систем электроснабжения 6—10 кВ. 

Поэтому в МГГУ разделы указанных дисциплин выделены 
в одну самостоятельную дисциплину «Электробезопасность и 
перенапряжения в системах электроснабжения». 

Назначение дисциплины — дать студентам обоснованное 
представление об основных видах перенапряжений в системах 
электроснабжения 6—10 кВ и средства их ограничения, а также 
ознакомить с защитой от прямых ударов молнии и индуктированных волн, набегающих с линии. 

Задачами изучения дисциплины является освоение студентами известных способов и средств защиты от перенапряжений 
в конкретных системах электроснабжения, а также осуществлять разработку и совершенствование различных защитных 
устройств. 

Дисциплина базируется, главным образом, на дисциплине 
«Теоретические основы электротехники», читаемой на кафедре электротехники МГГУ, а также на дисциплине «Высшая математика». 

Книга состоит из предисловия, введения, девяти глав и списка рекомендуемой литературы. 

ВВЕДЕНИЕ 

Под перенапряжением понимают всякое превышение напряжения в электрической системе относительно его номинального значения. Практический интерес представляют только перенапряжения, опасные для изоляции электроустановки. 

Перенапряжения в зависимости от причин их возникновения можно разделить на две группы: внешние (атмосферные) и 
внутренние (коммутационные, резонансные, дуговые, при переходе высшего напряжения в сеть низшего и др.). Наиболее часто возникают внутренние перенапряжения. Кратность коммутационных и дуговых перенапряжений невелика. В [1] показано, что коммутационные увеличения напряжений и тока в 
линейных цепях не могут превышать двойной амплитуды установившегося их значения. Это же относится и к дуговым перенапряжениям, так как погасание и зажигание перемежающейся 
дуги эквивалентно отключению и включению цепи, в которой 
возникла дуга. Кратность резонансных перенапряжений зависит от того, насколько активные, индуктивные и емкостные 
элементы цепи близки к условию резонанса данной цепи. Она 
может быть весьма большой и достигать в пределе (теоретически) бесконечности. При отсутствии в сети индуктивностей относительно земли, очевидно, и не возникали бы резонансные 
перенапряжения. 

В сетях 6—10 кВ с изолированной нейтралью резонансные 
перенапряжения относительно земли обусловлены образованием резонансного контура из индуктивностей и емкостей между 
фазами сети и землей. В сетях с изолированной нейтралью резонансный контур включает в себя, например, индуктивности 
измерительных трансформаторов напряжения и компенсирующих катушек, а емкости в сети всегда имеются как между фазами сети, так и между фазами и землей. 

Перенапряжения приводят к повреждению электрической 
изоляции, которая после этого может оказаться в одном из следующих состояний. 

1. Полный пробой твердой изоляции (активное сопротивление изоляции равно нулю). В этом случае возникает ток ко
6 

роткого замыкания и обычно релейная защита отключает поврежденную электроустановку или сеть. 

2. Неполный пробой твердой изоляции (активное сопротивление изоляции не равно нулю). Возникает ток замыкания 
обычно недостаточной величины дтя четкой работы защиты. В 
месте повреждения изоляции происходит интенсивный нагрев 
ее, и в конце концов проводка возгорается. Этот случай является наиболее опасным с точки зрения возникновения пожара и 
взрыва. 

3. Возникает дуговое замыкание в газообразной изоляции 
(в воздухе). Дуга то гаснет, то снова возникает. Такие высокотемпературные дуги (3000°С и выше) воспламеняют горючие 
вещества, находящиеся вблизи, и приводят к пожарам в зданиях. 

Однако причину пожара от электрического тока специалисты почти всегда объясняют возникновением в сети короткого 
замыкания. Для многих не сведущих людей короткое замыкание 
воспринимается как неизбежное бедствие и поэтому для них такое 
объяснение является вполне понятным и достаточным. 

На самом деле все обстоит гораздо сложнее. Дело в том, 
что короткое замыкание не всегда приводит к пожарам. Как 
известно, короткое замыкание — это металлическое соединение 
двух или более токоведущих частей электроустановки, находящихся под напряжением, при котором возникают большие токи, отключаемые защитой (предохранителями, автоматическими выключателями и др.). При правильной эксплуатации сетей 
и надежной защите их пожар при металлическом коротком замыкании маловероятен. 

Те же специалисты называют коротким замыканием и замыкание при пробое изоляции, при котором в цепи также возникает большой ток, но часто недостаточный для четкой работы защиты. Такой вид замыкания нельзя назвать коротким. 
Это не металлическое замыкание, а замыкание через сопротивление в месте повреждения. Оно и создает условия дтя возникновения пожара, так как в месте повреждения происходит нагрев изоляции проводов, и в конце концов проводка загорается, 
создавая пожар. Необходимо подчеркнуть, что в этом случае 
пламя распространяется относительно медленно и поэтому пожар часто удается устранить. 

7