Эксплуатация электрических систем - Повреждения из-за феррорезонансных явлений в распределительных устройствах

Рис. 7.14. Эквивалентная схема замещения РУ для рассмотрения феррорезонанса

Рис. 7.13. Емкостный делитель напряжения для выравнивания потенциалов на гасительных камерах воздушных выключателей

Рис. 7.15. Вольт-амперные характеристики элементов схемы для рассмотрения явлений феррорезонанса
Представляют интерес реактивные составляющие токов в цепи трансформатора напряжения. Характеристики реактивных элементов контура, состоящего из параллельного соединения емкости шин Cj и сопротивления X трансформатора напряжения, показаны на
* 1. Портной М. Г. Повреждение трансформаторов напряжения при субгармоническом резонансе: Информационные материалы ВНИИЭ. М., 1958. Вып. 26.
2. Цирель А. Поляков В. С. Феррорезонансные явления в сетях с глухозаземленной нейтралью // Электрические станции. 1977, № 3, С. 71—75.
Воздушные выключатели имеют несколько последовательно включенных гасительных камер, для распределения напряжения между которыми параллельно им включаются емкостные делители напряжения (рис. 7.13). Через данные делители поступает напряжение на шины в случае отключения всех присоединений, остающихся под напряжением с противоположной стороны. Емкость делителей зависит от числа отключенных в этом режиме выключателей. Емкость одного делителя известна, например, у выключателя ВВБ-220 С=825 пФ; шины также обладают известной емкостью — до нескольких тысяч пикофарад. Кроме того, к шинам присоединены трансформаторы напряжения, обладающие индуктивностью, зависящей в соответствии с кривой намагничивания от приложенного напряжения. Так, индуктивность трансформатора напряжения составляет 2,4-106—0,2-106 Ом, а активное сопротивление его обмоток 9-10+3 Ом*. Образующееся в этом случае соединение соответствует схеме замещения, изображенной на рис. 7.14, где Сх — емкость делителей выключателей; С2 — емкость шин; L, R — индуктивное и активное сопротивления трансформатора напряжения.

Этот ток невелик и не представляет опасности для трансформатора напряжения.
Иной результат возникает при резонансе напряжений. Для получения результирующей характеристики контура необходимо сложить характеристику параллельного контура с характеристикой последовательно включенной емкости делителей С{ (см. рис. 7.15). Форма результирующей характеристики зависит от числа пересечений характеристики Сх и параллельного контура. В зависимости от наклона характеристики Сi пересечения могут быть в одной, двух и трех точках. С учетом потерь в элементах контура напряжение на трансформаторе напряжения Хт. н может иметь характеристики, соответствующие кривым 1, 2, 3, изображенным на рис. 7.16.
Число индуктивных сопротивлений Хг.н, при которых может установиться резонанс, равно
m=:ti— 1,
где п — число реактивных элементов контуров. 200
В частности, для схемы замещения, приведенной на рис. 7.14, возможны два резонанса (токов и напряжений) на частоте 50 Гц.
Опасность для трансформатора напряжения возникает при резонансе напряжений. В этом случае активное входное сопротивление всей двухконтурной схемы равно активному сопротивлению обмотки ВН трансформатора напряжения. Ток, протекающий по обмотке при номинальном напряжении,

Он может превысить значение, при котором плавится металл обмотки. Обычно при этом обугливается витковая изоляция. Токи, протекающие через делители выключателей, достаточно велики для того, чтобы вызвать значительные перенапряжения при отключении их разъединителями. При этом в трансформаторе напряжения возникают перекрытия обуглившейся витковой изоляции. В то же время делители ограничивают токи до значений, при которых мощность недостаточна для разрушения аппарата.
Феррорезонанс возникает в результате сочетания параметров элементов схемы. Изменяющимися являются емкости делителей напряжения выключателей и индуктивности трансформатора напряжения в функции приложенного к нему напряжения. Если пренебречь высшими гармониками, то варьируя параметры X и С2, а при необходимости и R и для различных длин системы шин, можно определить сочетания, при которых возникает резонанс напряжения. Для этого можно воспользоваться символическим методом, рассмотренным ниже.

Рис. 7.16. Характеристики феррорезонанса
Ток, протекающий в двухконтурной схеме,


В результате расчета на ЭВМ можно получить семейство кривых (см. рис. 7.16) и с их помощью выявить области резонанса напряжений для заданных значений Сь числа отключенных выключателей и индуктивностей трансформаторов напряжения, определяющихся как функция напряжения (из характеристики Iт.н1^ ==f (U)). По мере увеличения числа выключателей, через делители которых на шины поступает напряжение (кривые 1, 2, 3), возрастает напряжение на шинах и резонанс наступает при меньшей индуктивности трансформатора напряжения.
Для исключения феррорезонанса в случаях, когда такая опасность существует, целесообразно перед отключением всех присоединений выключателями отключить присоединения с противоположной стороны. Можно также использовать емкостные трансформаторы напряжения вместо обычных, а также присоединять к шинам в качестве дополнительной емкости, устраняющей резонанс, конденсатор связи. При обесточении шин защитой схема должна предусматривать сохранение присоединения к шинам трансформатора с заземленной нейтралью.
Существуют и другие явления, связанные с резонансом в ЭС. К ним относятся ультрагармонические и субгармонические резонансы, рассматривать которые мы не будем.