Перенапруги при несиметричному відключенні фаз

При несиметричному відключенні фаз лінії електропередачі, коли відключаються одна або дві фази лінії, можливе виникнення резонансних перенапруг (ферорезонанс). Такі випадки можуть мати місце при: обриві одного проводу на лінії; перегорянні плавких вставок; однофазному або двофазному к.з.; неодночасному відключенні фаз вимикача, що може мати місце при пофазному керуванні вимикачами й т.д.

У мережах з ізольованою нейтраллю при несиметричних комутаціях можуть утворитися резонансні контури, якщо до лінії підключені на холостом ходу або мало навантажені трансформатори.

У таких контурах і виникають ферорезонансні (ФР) перенапруги. Загальна схема, у якій можливе виникнення ФР перенапруг представлена на мал. 4.9.

Ключем Р_А умовно показане місце розриву фази А. На схемі також показані ємності фаз між собою (C' ₁₂) і на землю (C'₀) до розриву (до ключа Р_А) і відповідні ємності С ₁₂ і С₀ після розриву.

Нейтраль системи - джерела може бути заземлена або ізольована (ключ Р_н). А нейтраль трансформатора навантаження повинна бути ізольована. Це характерно для всіх ліній аж до 110 кВ включно. (При заземленні нейтралі навантаження ферорезонанс не виникає).

Джерело Навантаження

Рис. 4.9. Схема для дослідження перенапруг при несиметричному відключенні фаз: А1, В1, С1 — фази джерела; А2, В2, С2 — фази навантаження — трансформатора з ізольованою нейтраллю; С'12 — міжфазні ємності системи до ключа РА; С'0 — ємності фаз на землю системи до ключа РА; С12 — міжфазні ємності навантаження; С0 — ємності фаз навантаження; Р, РА, РН — ключі

Приймемо, що у фазі А обірвався провід й упав на землю, тобто розімкнемо ключ РА й заземлимо фазу А з боку системи ключем Р. Тоді схема заміщення буде як на мал. 4.10, де трикутник ємностей С ₁₂ замінений на відповідну йому еквівалентну зірку, а трикутником ємностей C'_{1 2} можна знехтувати, тому що вони не впливають на розглянуті процеси.

Струм I ₁ у фазі А після обриву проводу буде йти на землю через місце заземлення, а потім через ємність С ₀ буде повертатися знову на провід до навантаження. Тут він розгалужується: частина струму тече через ємність С_{1 2}, а інша частина через обмотки (індуктивності) L _T трансформатора. Весь струм замикається через фази В ₁ і С ₁ джерела. Потенціали нульових точок трансформатора навантаження й зірки міжфазних ємностей З ₁₂ однакові.

 

Рис. 4.10. Схема заміщення з несиметричною комутацією (один провід заземлений)

Тому схему мал. 4.10 можна перетворити в однофазну (мал. 4.11).

Рис. 4.11. Однофазна схема заміщення для схеми по мал. 4.10

Відповідно до цієї схеми

U _экв =1,5 U_L + U_{C 0}

або

U _экв= 1,5 U _ф =1,5 U_L − U_{C 0} (4.12)

Перенапруги виникають завдяки проходженню струму через послідовно з'єднані ємності С₀ і індуктивність 1,5 L _т — коливальний контур. Тут виникає необхідність визначити величини напруг на ємності й індуктивності. Рівняння (4.12) може бути вирішене графічно. Графічне рішення представлене на мал. 4.12.

З мал. 4.12 видно, що для схеми мал. 4.11 можливі 3 режими, що відповідають точкам а, б, в. Два із цих режимів (точки а й б) є індуктивними, а один (точка а) — ємнісний. Стійкими є тільки два режими — точки а й б. Режим у 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 перенапруг не виникне. Якщо переважає ємнісний режим. то виникає гармонічний резонанс (ферорезонанс), що приводить до значних перенапруг (як видно з мал. 4.12), в 3 рази й більше.

Рис. 4.12. Графічне рішення 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

Крім цього на трансформаторі навантаження змінюється порядок чергування фаз на зворотний - це «перекидання» чергування фаз. При цьому, якщо трансформатор мав моторне навантаження, те після обриву проводу (або неодночасної 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 здійснена навіть для систем 110 кВ.

Тому необхідно прагнути до зменшення ймовірності несиметричних відключень (відмова від плавких запобіжників і вимикачів з пофазним керуванням, не слід довгостроково залишати включеними холості або слабко навантажені трансформатори).