4.5.2. Перенапруги при несиметричному відключенні фаз
При несиметричному відключенні фаз лінії електропередачі
коли відключаються одна або дві фази лінії, можливе виникнення резонансних перенапружень (ферорезонанс). Такі випадки можуть мати місце: обриві одного дроту на лінії; перегоранні плавких вставок; однофазному або двофазному к.з.; неодночасному відключенні фаз вимикача, що може мати місце при пофазном управлінні вимикачами і так далі
У мережах з ізольованою нейтраллю при несиметричних комутаціях можуть утворитися резонансні контури, якщо до лінії підключені трансформатори на неодруженому ходу або мало навантажені. У таких контурах і виникають ферорезонансні (ФР) перенапруження.
Загальна схема, в якій можливе виникнення ФР перенапружень представлена на рис. 4.9.
Рис. 4.9. Схема для дослідження перенапружень при несиметричному відключенні фаз : А1, В1, С1 - фази джерела; А2, В2, С2 - фази навантаження - трансформатора з ізольованою нейтраллю; С12 - міжфазні місткості системи до ключа РА; С0 - місткості фаз на землю системи до ключа РА; С12 - міжфазні місткості навантаження; С0 - місткості фаз навантаження; Р, РА, РН - ключі
Ключем РА умовно показано місце розриву фази А. На схемі також показані місткості фаз між собою ( C12 /) і на землю ( C0 / ) до розриву (до ключа РА) і відповідні місткості С12 і С0 після розриву. Нейтраль системи - джерела може бути заземлена або ізольована (ключ Рн). А нейтраль трансформатора навантаження має бути ізольована. Це характерно для усіх ліній аж до 110 кВ включно. (При заземленні нейтралі навантаження ферорезонанс не виникає).
Приймемо, що у фазі А обірвався дріт і впав на землю, тобто розімкнемо ключ РА і заземлимо фазу А з боку системи ключем Р. Тоді схема заміщення буде як на мал. 4.10, де трикутник місткостей С12 замінений на відповідну йому еквівалентну зірку, а трикутником місткостей С12’ можна нехтувати, оскільки сморід не впливають на дані процеси.
Рис. 4.10. Схема заміщення з несиметричною комутацією (один дріт заземлений)
Струм у фазі А після обриву дроту йтиме на землю через місце заземлення, а потім через місткість С0 повертатиметься знову на дріт до навантаження. Тут він розгалужується: частина струму тече через місткість С12, а інша частина через обмотки (індуктивності) LT трансформатора. Увесь струм замикається через фази В1 і С1 джерела. Потенціали нульових точок трансформатора навантаження і зірки міжфазних місткостей С12 однакові.
Тому схему рис. 4.10 можна перетворити в однофазну (рис. 4.11).
Рис. 4.11. Однофазна схема заміщення для схеми по мал. 4.10
Відповідно до цієї схеми
чи
(4.12)
Перенапруження виникають завдяки проходженню струму через послідовно сполучені місткості С0 і індуктивність 1,5 Lт - коливальний контур. Тут виникає необхідність визначити величини напруги на місткості і індуктивності. Рівняння (4.12) може бути вирішене графічно. Графічне рішення представлене на рис. 4.12.
Рис. 4.12. Графічне рішення рівняння для коливального контура з нелінійною індуктивністю: 1 - зміна напруги на нелінійній індуктивності (обмотці трансформатора); 2 - зміна напруги на місткості; 3 - сумарна зміна напруги в контурі
З рис. 4.12 видно, що для схеми рис. 4.11 можливі 3 режими, відповідні точкам а, би, ст.. Два з цих режимів (точки а і б) є індуктивними, а один (точка а) - місткість. Стійкими є тільки два режими - точки а і б. Режим в точці в нестійкий і обов'язково переходить або в точку б, або в точку а. Якщо в схемі переважає індуктивний режим, то система повернеться в точку б і перенапружень не виникне. Якщо переважає режим місткості. те виникає гармонійний резонанс (ферорезонанс), який призводить до значних перенапружень (як видно з рис. 4.12), в 3 рази і більш. Окрім цього на трансформаторі навантаження змінюється порядок чергування фаз на зворотний - це "перекидання" чергування фаз. При цьому, якщо трансформатор мав моторне навантаження, то після обриву дроту (чи неодночасній комутації вимикачів) напрям обертання двигунів зміниться на зворотний.
Найбільш радикальним засобом, що усуває подібні явища, може бути заземлення нейтралі трансформатора навантаження. Проте, це вимога не завжди здійснимо навіть для систем 110 кВ. Тому необхідно прагнути до зменшення вірогідності несиметричних відключень (відмова від плавких запобіжників і вимикачів з пофазным управління, не слід тривало залишати включеними неодружені або слабо навантажені трансформатори).