Длительные повышения напряжения с частотой, отличной от промышленной
Если в сети образуются резонансные контуры, то возникают длительные повышения напряжения вследствие резонансов на высших гармониках. Причиной возбуждения этих резонансов являются несинусоидальные токи намагничивания силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения. Высшие гармоники токов особенно ярко выражены в схемах с наличием уравнительных сердечников с сильным насыщением (так называемые схемы Ружа); во всех случаях доминирующей является 3-я гармоника [2.6].
Рис. 2.5. Схема сети среднего напряжения с заземленной нейтралью и индуктивным трансформатором напряжения (а) и схема ее замещения для частоты 3-й гармоники (б):
Lh — нелинейная индуктивность намагничивания трансформатора; Се — емкость проводов относительно земли; С0 — емкость нейтрали относительно земли
В контурах с насыщающимися сердечниками при определенных условиях возможны также стационарные релаксадионные колебания, частота которых не связана с промышленной и может отличаться от последней [2.7].
Условия, требуемые для существования повышенных напряжений, вызванных резонансами или релаксационными колебаниями, в реальных сетях выполняются чрезвычайно редко, но принципиально возможны такие повышения напряжения, поэтому ниже приведены некоторые типичные примеры.
2.1.2.1. Резонансы.
Устройство, в котором сравнительно часто возникают резонансные повышения напряжения, — это сеть среднего напряжения с изолированной нейтралью, содержащая индуктивные трасформаторы напряжения (рис. 2.5).
Известно, что третьи гармоники токов намагничивания всех фаз и все высшие гармоники, кратные трем, совпадают по фазе. Поэтому токи в нейтрали не компенсируются и должны замыкаться через емкость С0. Если, например, емкости на землю Се малы, то большая часть токов высших гармоник проходит через С0.
При характерных для сетей среднего напряжения параметрах возможен резонанс на частоте 3-й гармоники, сопровождающийся повышением напряжения на С0 и Lh.
Включением трансформаторов напряжения в треугольник можно уменьшить ток высших гармоник в нейтрали.
Следующий случай, имеющий практическое значение, — это однополюсное включение или двухполюсное отключение ненагруженного трансформатора, возникающие при неправильной работе выключателей или предохранителей (рис. 2.6).
Упрощенная схема сети с глухозаземленной нейтралью приведена на рис. 2.6,б. В данном случае имеет место последовательное соединение в колебательный контур индуктивности
и емкости 2Се.
Р и с. 2.6. Однополюсное и двухполюсное отключение ненагруженном) трансформатора:
а — полная схема; б — упрощенная схема замещения; Lh — нелинейная индуктивность намагничивания трансформатора; Се — емкость проводов относительно земли
При изолированной нейтрали необходимо учесть ее емкость относительно земли С0. В зависимости от соотношения параметров схемы могут возникнуть резонансы на частоте 3-й гармоники.
Резонанс возникает при включении ненагруженного кабеля или воздушной линии (резонанс индуктивности питающей сети и емкости линии), а также при включении компенсирующего реактора или ненагруженного трансформатора через длинную линию (резонанс емкости линии и индуктивности намагничивания трансформатора или реактора) [2.5].
Однако вероятность критического повышения напряжения сравнительно невелика, так как даже при незначительной расстройке резонансного контура имеет место существенное уменьшение напряжения по сравнению с резонансным.
Феррорезонансные колебания.
Феррорезонансные процессы возможны опять-таки в цепях с насыщающимися сердечниками. Схема контура приведена на рис. 2.7,а.
Рис. 2.7. Феррорезонанс в параллельном контуре L—С: а — схема контура; б — вольт-амперная характеристика
Нелинейная индуктивность L включена параллельно с емкостью С. На рис. 2.7,6 приведены вольт-амперные характеристики участков схемы с частичными токами iL и iС, а также результирующая характеристика их параллельного соединения. Если в схеме проходит ток i с положительной производной, то справедлива характеристика, показанная в четвертом квадранте. Точка 1 соответствует максимально возможному току в квадранте, и дальнейшее увеличение тока возможно только в соответствии с характеристикой в первом квадранте.
Поэтому рабочая точка должна скачком перейти из точки 1 в точку 2, при этом приложенное к параллельной цепочке L — С напряжение меняет знак и становится существенно выше по амплитуде. Этот процесс называется опрокидыванием. При уменьшении тока аналогичный процесс опрокидывания имеет место при переходе от точки 3 к точке 4. Принципиально такие же явления возможны и при последовательном включении L и С и переменном входном напряжении [2.5]. В цепях, в которых возможны феррорезонансные колебания, опрокидывание может происходить в результате перенапряжений или неполных коммутаций, например, при отключении одной фазы ненагруженного трансформатора [2.7].
Если речь идет о простейшем феррорезонансном контуре,, например, показанном на рис. 2.7,а, то в нем будет иметь место только однократное опрокидывание. Однако если схема содержит по крайней мере два феррорезонансных контура, то могут возникнуть стационарные феррорезонансные колебания с соответствующими перенапряжениями. Подобные случаи имеют место в трехфазных цепях, например, в устройстве, показанном на рис. 2.5, в котором емкости С0 и 3Се с индуктивностью намагничивания трансформатора напряжения, равной
образуют два феррорезонансных контура.
Стационарные феррорезонансные колебания в трехфазной сети всегда являются переходными процессами относительно земли. Возможные частоты наряду с основной частотой — это 2-я и 3-я высшие гармоники, а также 2-я субгармоника; 2-я высшая гармоника и 2-я субгармоника не являются строго синхронными относительно основной частоты, поэтому возникают биения [2.8]. Субгармоники также критичны к сильному перенасыщению сердечника.
