ГЛАВА VII
ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЕ ПРОЦЕССЫ В СЕТИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ЕЕ ИСПРАВНОМ СОСТОЯНИИ
Недогруженный ФННП в сети с изолированной нейтралью при отсутствии потерь в сети и ТН
В настоящей главе рассматриваются феррорезонансные процессы, иногда возникающие при нормальном исправном состоянии сети с изолированной нейтралью. Далее будет видно, что в отличие от процессов при замыкании на землю, феррорезонансные процессы, имеющие место при нормальном состоянии сети, являются весьма опасными не только для ФННП, по обмоткам которых проходят большие токи, но и для других элементов оборудования. Последнее связано с тем, что во всей сети значительно повышаются напряжения фаз относительно земли. В таких случаях ФННП оказывают обратное неблагоприятное воздействие на всю сеть.
При вольт-амперной характеристике ФННП, полученной в действующих значениях, например при синусоидальном напряжении, отношение напряжения к току в заданной точке кривой представляет собой действующее сопротивление намагничивания. Следовательно, это сопротивление равно тангенсу угла наклона прямой, проведенной через начало координат и рассматриваемую точку кривой.
Если пренебречь потерями на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе, то сопротивление намагничивания оказывается чисто индуктивным, пропорциональным действующей индуктивности намагничивания Lнам. Если, кроме того, приближенно принять, что каждая вольт-амперная характеристика является зависимостью между основными гармониками подведенных к ТН напряжения и тока, то комплексное сопротивление намагничивания будет равно мнимой величине jXнам= jU/Iнам = jωLнам.
Практически вольт-амперные характеристики трех фаз ФННП не полностью совпадают. Пусть характеристика одной из фаз, например фазы А, проходит несколько ниже характеристик фаз В и С, которые в свою очередь не отличаются одна от другой (рис. 36). Следовательно, при включении такого фильтра на симметричные напряжения трех фаз сети начальное сопротивление намагничивания будет меньше сопротивлений ХВнам =XС нам, причем ХВ нам = ХС нам (см. рис. 36).
Рис. 36. Смещение вольт-амперной характеристики одной из фаз ФННП.
В настоящем параграфе приведено приближенное описание феррорезонансного процесса в основном в соответствии с данными работы [49]. Считаем, что ТН не нагружен, т. е. его фазовые и нулевые обмотки разомкнуты. Кроме того, пренебрегаем активными сопротивлениями первичных обмоток ТН, а также продольными и поперечными активными проводимостями и индуктивными сопротивлениями линий в сети.
Обычно начальные сопротивления намагничивания фильтра превышают по абсолютному значению соответствующие ем костные сопротивления между фазами сети и землей, которые составляют
На каждой фазе индуктивность намагничивания ФННП и емкость сети частично взаимно компенсируются. При указанных допущениях результирующие начальные сопротивления фаз
(VII. 1) (VII.2) (VII.3)
Для простоты примем, что емкостные сопротивления трех фаз сети равны между собой; хАс = хВс = хСс= хс· Следовательно, начальные результирующие сопротивления фаз В
и С хВрез= xСрез= хрез И сопротивление фазы А, причем все эти сопротивления имеют емкостный характер.
Следовательно, напряжение фазы А становится еще больше по абсолютному значению, напряжения фаз В и С также начинают увеличиваться, а сопротивления намагничивания уменьшаются. При этом происходит так называемое опрокидывание тока в фазе А, в результате чего чередование токов трех фаз в неразветвленной части схемы (см. рис. 36) изменяется на обратное.
Рассмотрим теперь другой случай несимметрии ФННП, когда вольт-амперная характеристика одной из фаз, например фазы А, проходит выше характеристик фаз В и С, причем последние две совпадают.
В этом случае
напряжение нейтрали направлено противоположно ЭДС ЕА. В треугольнике напряжений (см. рис. 37) нулевая точка располагается выше центра тяжести 0. Следовательно, напряжение UА уменьшается, а напряжения Ub и Uq возрастают. Поэтому результирующие сопротивления ХВрез и ХСрез продолжают увеличиваться. Когда сопротивления полностью взаимно компенсируются (U0 =—ЕА), нейтраль системы совпадает с вершиной треугольника А, напряжение Uа = 0, а напряжения UB и UС возрастают в √3 раз по сравнению с нормальными. При этом имеет место ложный эффект металлического замыкания на землю фазы А.
Дальнейшее уменьшение сопротивлений фаз В и С фильтра и повышение соответствующих напряжений приводит к тому, что нулевая точка 0IV выходит вверх за пределы треугольника АВС.
Описанные процессы самопроизвольного возрастающего смещения нейтрали могут продолжаться до некоторых пределов, которые будут рассмотрены в параграфе 3 данной главы. В этих условиях токи в фазах ФННП достигают больших значений, в десятки раз превышающих номинальные, что приводит к перегоранию предохранителей ФННП или сгоранию его обмоток. Несимметрия емкостей фаз сети относительно земли, атмосферные влияния, передача смещения нейтрали через емкости между обмотками понижающих трансформаторов, повышение напряжений в сети иногда также могут быть причиной аналогичного самопроизвольного процесса.
Вследствие нелинейности индуктивностей намагничивания фильтра токи намагничивания имеют сильно искаженную форму. Поэтому иногда явления феррорезонанса наступают на половинной, двойной или тройной частоте [39,48].
Возникновение в сети напряжения на нейтрали, т. е. напряжения нулевой последовательности, приводит к протеканию токов той же последовательности, так же как при однофазном замыкании на землю.
В работах [39, 48] описаны случаи, когда в сетях напряжением 6—35 кВ при небольшой емкости фаз и наличии заземленных ТН фазовые напряжения без каких-либо видимых причин искажались и возникали токи нулевой последовательности. В некоторых случаях напряжение одной из фаз становилось равным нулю, как при металлическом замыкании на землю. Иногда эти явления истолковывались как замыкание на землю, тогда как в действительности они были следствием самопроизвольного смещения нейтрали.
