Серьезным источником небаланса может явиться разрыв одной фазы в обмотке силового трансформатора. Напряжение небаланса для случая питающего трансформатора уже было определено на примере, приведенном в § 2 гл. 2 (см. рис. 10) и оказалось равным
Еф. Легко убедиться, что та же разность потенциалов существует между нейтралью трехфазной симметричной системы и нейтралью подстанционного трансформатора, один вывод которого отключен. Смещение нейтрали, вызванное этим небалансом напряжений, будет рассмотрено ниже.
Целесообразно рассмотреть отдельно два случая разрыва обмотки для трансформатора, питающего систему, и трансформатора, получающего энергию из системы.
Для трансформатора, получающего энергию из системы, влияние дугогасящей катушки окажется незначительным или будет отсутствовать, даже если катушка включена в нейтраль этого трансформатора. Это объясняется тем, что последовательно с катушкой включается полное реактивное сопротивление намагничивания трансформатора, поскольку сердечник поврежденной фазы представляет собой обратный путь для потока, возбуждаемого в сердечниках двух других фаз. Вторичная нагрузка может рассматриваться как включенная параллельно реактивному сопротивлению намагничивания.
Если система питается от нескольких трансформаторов и обрыв произошел в обмотке только одного из них, то потенциалы нейтралей системы и трансформатора остаются неизменными. Таким образом, если дугогасящая катушка присоединена к нейтрали поврежденного трансформатора, то она не вызовет образования небаланса потенциалов системы. Катушка может продолжать выполнять функцию компенсации емкостного тока.
Рис. 208. Распределение токов дугогасящей катушки в системе с одним отключенным проводом.
(Через каждую из двух здоровых фаз протекает половина емкостного тока; общий ток равномерно распределяется между тремя фазами системы с помощью обмоток других трансформаторов.)
Если работает только один питающий трансформатор с дугогасящей катушкой в нейтрали и произошел обрыв обмотки в одной фазе, то напряжение небаланса проявляется так, как это было описано в § 4.1.5 настоящей главы. Было найдено, что распределение напряжения аналогично распределению напряжения при замыкании на землю. Распределение токов в трансформаторе иллюстрирует рис. 208. Третичная обмотка не играет роли для трансформатора стержневого типа. Существенной чертой этой схемы является наличие добавочного тока нулевой последовательности, нагружающего генератор, что увеличивает потери в контуре и ограничивает смещение нейтрали.
Небаланса в компенсированной системе также не возникает, если только две фазы присоединены к источнику, а дугогасящая катушка включена в нейтраль трансформатора на приемном конце. Эффект компенсации не ухудшается.
Таким образом, различные случаи разрыва фазы в трансформаторной обмотке или ее отключения в большинстве случаев не приводят к значительным смещениям нейтрали.
Небаланс напряжений, вызванный составляющей нулевой последовательности
Если через нейтраль и обмотки трансформатора проходит ток нулевой последовательности, то падения напряжения в обмотках трансформатора передаются в другие обмотки, соединенные в звезду, в соответствии с коэффициентом трансформации.
Таким образом, возникают составляющие нулевой последовательности в фазах; если в нейтраль вторичной обмотки трансформатора включена дугогасящая катушка, то эти индуктированные напряжения оказываются приложенными к резонансному контуру.
Влияние индуктивной связи между обмотками сказывается особенно сильно в случае трансформатора с соединением звезда — звезда с дугогасящими катушками в обеих нейтралях.
Рис. 209. Включение двух дугогасящих катушек в нейтрали первичной и вторичной обмоток трансформатора и вспомогательный отсасывающий трансформатор.
В случае замыкания на землю в одной из двух систем 10—20% падения напряжения обусловлены реактивным сопротивлением нулевой последовательности, если мощность катушки составляет 20% номинальной мощности трансформатора, а трансформатор не имеет обмоток, соединенных в треугольник (см. § 8 гл. 5). Таким образом, напряжение нулевой последовательности от 0,1 до 0,2 Еф прикладывается к резонансному контуру, образованному дугогасящей катушкой и емкостью в другой системе. Смещение нейтрали может возникнуть без каких-либо серьезных причин, свойственных самой системе.
Средство борьбы с подобным источником небаланса является весьма простым. Нужно ослабить или уничтожить индуктивную связь между двумя системами, например путем включения устройства со взаимоиндукцией той же величины, но обратного знака. Рис. 209 показывает, каким образом это может быть осуществлено с помощью вспомогательного трансформатора, обычно включаемого между дугогасящими катушками и землей. Кроме того, может быть подсчитана величина L2, которая также должна составлять небольшую часть р2 от Lе2. Не представляет труда сделать p1 и р2 величинами одного и того же порядка. С другой стороны, если можно обойтись без регулирования тока, одна из дугогасящих катушек может быть совмещена с обмоткой вспомогательного трансформатора (р2=1). Может быть легко доказано, что произведение р1р2 не превышает 0,04, если падение напряжения нулевой последовательности в главном трансформаторе не превосходит 20%.
Напряжение небаланса в цепи, состоящей из емкости системы, трансформаторов и дугогасящей катушки, часто содержит третью гармонику, обусловленную насыщением сердечников трансформаторов.
Вероятность резонанса на третью гармонику обычно отсутствует, за исключением того случая, когда большая часть системы отключена и в цепи с дугогасящей катушкой остается около 1/9 емкости системы. В системах с изолированной нейтралью аналогичные условия возникают, когда несколько трансформаторов напряжения вместе с короткой кабельной линией образуют контур, настроенный на тройную частоту сети. Таким образом, наличие дугогасящей катушки не является специфической причиной резонанса на высшие гармоники; она только изменяет размеры системы, при которых может возникнуть это явление.
