Развитие повреждений при неполнофазных режимах

По данным отечественных и зарубежных исследований, а также опыта эксплуатации, в сетях с изолированной нейтралью, чаще всего возникновение перенапряжений связано с неполнофазными режимами. Здесь имеется в виду, что неполнофазный режим это не только явный обрыв фазного провода или перегорание предохранителя, но и те случаи, когда отключение ненагруженного понижающего трансформатора или электродвигателя происходит коммутационным аппаратом с неодновременным отключением всех трех фаз. Если неодновременность отключения составляет 0,04 с (2 периода частоты 50 Гц) и более, то за это время успевают развиться перенапряжения опасной величины. При неполнофазных режимах возникают феррорезонансные перенапряжения, которые превышают уровень изоляции электродвигателей. Они опасны для разрядников с шунтирующими сопротивлениями и ОПН, а также для трансформаторов напряжения своей длительностью, так как существуют столько времени, сколько существует неполнофазный режим [2]. Их опасность состоит еще и в том, что при неполнофазных режимах наличие или отсутствие компенсации не влияет на вероятность возникновения и уровень перенапряжений [3-5], при этом установка защитных аппаратов на шинах бесполезна, так как перенапряжения возникают на отделенном от шин участке фазы (за обрывом фазы).

     Неполнофазный режим приводит к феррорезонансному преобразованию однофазного напряжения в трехфазное. Направление чередования фаз может быть как прямым, так и обратным. Установление прямого чередования фаз при­водит к длительному повышению напряжения до (2,2 - 2,3) × U _ф и вызывает пере­горание предохранителей ТН. При обратном чередовании про­­исходит опро­ки­ды­ва­ние фазы и повышение одного из фазных напряжений до (3,8 - 4,2) ×U _ф, а мало нагруженные двигатели у потребителя начинают вращаться в обратную сто­рону; при этом происходят повреждения разрядников с шунтирующими сопротивлениями, ОПН и ТН.

Необходимо отметить, что характер и уровни перенапряжений при феррорезонансе понижающих трансформаторов и самопроизвольном смещении нейтрали абсолютно похожи как по величинам перенапряжений, равным 3,8 ×U _ф и 4,0 ×U _ф в одном случае, и равным 2,2 ×U _ф  и 2,0 ×U _ф при втором виде перенапряжений, так и по возникающим при этом повреждениям сети. То есть речь идёт об одном и том же явлении, называемом разными терминами. Более правильным следует считать термин “феррорезонанс понижающих трансформаторов”, как соответствующий реальному физическому явлению.

Развитие повреждений ТН при ФРП

       Ежегодно в энергосистемах страны по оценкам ОРГРЭС повреждается до 6-8% от числа установленных ТН в сетях с изолированной нейтралью. Повреждения происходят при воздействии на ТН перемежающейся дуги в тех случаях, когда зажигание и гашение дуги происходит один раз в период или реже, или когда возникает регулярная дуга с зажиганием один раз в период при напряжении только одной полярности. Повреждения ТН от воздействия феррорезонансных перенапряжений происходят практически после каждого случая образования схемы, приводящей к возбуждению ФРП. Повреждения ТН происходят даже при наличии активных сопротивлений, включенных в схему разомкнутого треугольника.

       Анализ причин повреждений ТН показывает, что ТН является достаточно надежным аппаратом и не повреждается ни по каким другим причинам, кроме воздействия режимов, на которые он не рассчитан. Таким режимом является длительное протекание по первичной обмотке ТН токов, величина которых значительно превышает величину тока, максимально допустимого по тепловой устойчивости изоляции обмотки. Установлено, что такие токи возникают при феррорезонансных процессах (ФРП) в контуре, образующемся при определенных режимах сети, в которой установлен ТН. Возникновение ФРП становится возможным из-за явлений, вызывающих насыщение стали магнитопровода ТН. Это приводит к плавному изменению индуктивности обмотки ТН и при благоприятном соотношении параметров емкостей элементов сети, включенных последовательно и параллельно с ТН, возникает ФРП.

Условия возникновения и существования феррорезонансных