39.Квазистационарные перенапряжения. Феррорезонансные перенапряжения. Физическая природа явления. Ситуации, приводящие к феррорезонансу.

В сетях различного назначения и разных классов напряжения практически всегда есть элементы, содержащие ферромагнитные сердечники. Поэтому в любой содержащей их цепи имеется принципиальная возможность возникновения феррорезонансных явлений. Для возникновения феррорезонансных перенапряжений должны быть выполнены три условия:

–наличие индуктивных элементов с насыщающимся ферромагнинтным сердечником,

–емкостной характер сети по отношению к зажимам этих индуктивностей,

–достаточный для перехода в режим насыщений ток в цепи индуктивного элемента

Рис. 1. Феррорезонанс в L-C контуре с ЭДС и насыщающейся индуктивностью

(а и с – устойчивые состояния, b – неустойчивые)

Указанные выше условия возникновения явления в принципе позволяют свести задачу к рассмотрению LC – контура с источником питания, причём индуктивность L содержит ферромагнитный сердечник, при насыщении которого индуктивность уменьшается. Поэтому зависимость падения напряжения на индуктивности является нелинейной. При малых токах наклон кривой этой зависимости большой, как показано на рисунке, а с ростом тока наклон кривой значительно уменьшается. При графическом решении следует найти такие точки на оси тока, в которых разность падений напряжения на индуктивности и ёмкости будет равна ЭДС, включённой в контур (горизонтальная линия).

,

На рисунке видно два устойчивых решения. Первое при относительно малом токе соответствует нормальному режиму работы сети. Второе приходится на область больших напряжений, существенно превосходящих ЭДС источника. Это состояние соответствует феррорезонансному режиму. Объектом воздействия перенапряжений в данном случае является индуктивный элемент. В реальной сети это может быть, например, обмотка трансформатора.

Резонансные перенапряжения могут возникнуть на основной частоте, а также высших или низших гармониках.

Практически условия возникновения феррорезонансных перенапряжений возникают в несимметричных режимах сети, когда режимы отдельных фаз могут существенно отклоняться от номинального. Рассмотрим в качестве примера случай обрыва и падения провода в сети с изолированной нейтралью. Схема состоит из трехфазного источника напряжения, проводов сети и трехфазного индуктивного приемника (трансформатора).

При упрощении схемы сети следует принять во внимание емкости фаз на землю и междуфазные емкости, играющие важнейшую роль в возникновении резонансных процессов. При преобразованиях треугольник междуфазных емкостей преобразуем в звезду.

Дальнейшее упрощение схемы позволяет получить более простой её вариант, в котором фигурируют насыщающиеся индуктивности фаз трансформатора L_т. Перенапряжения возникают в результате прохождения тока через ёмкость C₀, последовательно соединённой с индуктивностью 1.5L_т. Графические построения, аналогичные предыдущим, показывают возникновение феррорезонансных перенапряжений в случае, если в сети преобладает емкостной режим. Причём кратность этих перенапряжений может быть весьма большой, в нашем примере около 3.

Если преобладает индуктивный режим

сети она вернётся в точку б и

перенапряжений нет. При емкостном

характере (точка а) возникают

перенапряжения высокой кратности.

Графические построения, аналогичные предыдущим, показывают возникновение феррорезонансных перенапряжений в случае, если в сети преобладает емкостной режим. Причём кратность этих перенапряжений может быть весьма большой, в нашем примере около 3.

Меры предотвращения феррорезонансных перенапряжений

• Снижение вероятности несимметричных отключений

• Отказ от плавких вставок и выключателей с пофазным управлением

• Отказ от длительных режимов трансформаторов без нагрузки

Основная организационная мера борьбы с феррорезонансом – избегать несимметричных режимов.

Для защиты оборудования от повреждений, связанных с феррорезонансом, можно рекомендовать:

1.тщательный контроль за симметрией параметров нагрузки и самой сети; применение выключателей с трёхфазным приводом, обеспечивающих малую вероятность неполнофазных включений и отключений.

2.введение в схему дополнительных элементов, обеспечивающих достаточное увеличение активных потерь, препятствующих появлению высоких кратностей перенапряжения. Например, одна из вторичных обмоток трансформатора может быть замкнута на активное сопротивление, величиной в несколько десятков Ом.

3.снижение нелинейности кривой намагничивания индуктивных элементов, например, применением в шунтирующих реакторах магнитных сердечников с воздушным зазором.