Перенапруги при несиметричному відключенні фаз
При несиметричному вимкненні фаз лінії електропередачі, коли вимикаються одна чи дві фази лінії, можливе виникнення резонансних перенапруг (ферорезонанс). Такі випадки можуть мати місце при: обриві одного проводу на лінії; перегорянні плавких вставок; однофазному чи двофазному КЗ; неодночасному вимкненні фаз вимикача, що може мати місце при пофазному керуванні вимикачами і т.д.
У мережах з ізольованою нейтраллю при несиметричних комутаціях можуть утворитися резонансні контури, якщо підключені трансформатори на неробочому ході чи мало завантажені. В таких контурах і виникають ферорезонансні (ФР) перенапруги.
Загальна схема, в котрій можливе виникнення ФР перенапруг представлена на рис. 4.10.
Ключем
умовно показане місце розриву фази А.
На схемі також показані ємності фаз між
собою (
)
і на землю (
)
до розриву (до ключа
)
і відповідні ємності
і
після розриву. Нейтраль системи –
джерела може бути заземлена чи ізольована
(ключ
).
А нейтраль трансформатора навантаження
повинна бути ізольована. Це характерно
для всіх ліній аж до 110 кВ включно.
(При
заземленні нейтралі навантаження
ферорезонанс не виникає).
Приймемо,
що в фазі А обірвався провід і впав на
землю, тобто розімкнемо ключ
та заземлимо фазу А зі сторони системи
ключем Р. Тоді заступна схема буде мати
вигляд як на рис. 4.11, де трикутник ємностей
замінений
на відповідну йому еквіваленту зірку,
а трикутником ємностей
модна
знехтувати, оскільки вони не впливають
на розглядувані процеси.
Рисунок
4.10 – Схема для дослідження перенапруг
при несиметричному відключенні фаз:
- фази джерела;
– фази навантаження – трансформатора
з ізольованою нейтраллю;
- міжфазні ємності системи до ключа
;
- ємності фаз на землю системи до ключа
;
- міжфазні ємності навантаження;
- ємності фаз навантаження;
- ключі
Рисунок 4.11 – Заступна схема з несиметричною комутацією (один провід заземлений)
Струм
у фазі А після обриву проводу буде йти
на землю через місце заземлення, а потім
через ємність
буде повертатися знову на провід до
навантаження. Тут він розділяється:
частина стуму протікає через ємність
,
а друга частина через обмотки
(індуктивності)
трансформатора. Весь струм замикається
через фази
і
джерела. Потенціали нульових точок
трансформатора навантаження і зірки
міжфазних ємностей
однакові.
Тому схему рис. 4.12 можна перетворити в однофазну (рис. 4.11).
Рисунок 4.12 – Однофазна заступна схема для схеми рис. 4.10
Рисунок 4.13 – Графічне розв’язання рівняння для коливального контуру з нелінійною індуктивністю: 1 – зміна напруги на нелінійній індуктивності (обмотці трансформатора); 2 – зміна напруги на ємності; 3 – сумарна зміна напруги в контурі
У відповідності до цієї схеми:
83483\* MERGEFORMAT (.)
84484\* MERGEFORMAT (.)
Перенапруги
виникають завдяки проходженню струму
через послідовно з’єднані ємності
та індуктивність
- коливальний контур. Тут виникає
необхідність визначити величини напруг
на ємності та індуктивності. Рівняння
484 може бути розв’язано графічно.
Графічний розв’язок представлено на
рис. 4.13.
З рисунка 4.13 видно, що для схеми рис. 4.12 можливі три режими, що відповідають точкам а, б, в. Два з цих режимів (точки а і б) є індуктивними, а один (точка а) – ємнісний. Стійкими є тільки два режими точки а і б. Режим в точці в нестійкий і обов’язково переходить в точку а або б. Якщо в схемі переважає індуктивний режим, то система повернеться в точку б і перенапруг не виникне. Якщо переважає ємнісний режим, то виникає гармонійний резонанс (ферорезонанс), котрий призводить до значних перенапруг (як видно з рис. 4.13), в три рази і більше. Крім цього, на трансформаторі навантаження змінюється порядок чергування фаз на зворотний – це «перекидання» чергування фаз. При цьому, якщо трансформатор мав двигунові навантаження, то після обриву проводу (чи неодночасній комутації вимикачів) напрямок обертання двигунів зміниться на зворотній.
Найбільш радикальним засобом, що усуває подібні явища, може бути заземлення нейтралі трансформатора навантаження. Однак, ця вимога не завжди здійсненна навіть для систем 110 кВ. Тому необхідно прямувати до зменшення ймовірності несиметричних вимкнень (відмова від плавких запобіжників та вимикачів з пофазним керуванням, не слід на тривалий час залишати ввімкненими неробочі та слабо завантажені трансформатори).