4.6.2. Влияние продольных и поперечных компенсирующих устройств на вынужденную составляющую напряжения

1. Реактор поперечной компенсации установлен в начале линии (рис. 4.38, а).

Расчетная схема содержит три четырехполюсника, соединенных последовательно. Вынужденная составляющая напряжения на разомкнутом конце ЭП определяется по той же формуле:

(4.76)

где А_н – коэффициент четырехполюсника, эквивалентного всей электропередачи в целом, при реакторе, подсоединенном в начале линии.

В соответствии с правилами сложения четырехполюсников, соединенных по цепной схеме, получим:

. (4.77)

Тогда напряжение на разомкнутом конце рассматриваемой электропередачи V_рн равно:

V_рн = . (4.78)

При этом V_рн < V_р (V_р соответствует ЭП без реактора). Аналогично можно проанализировать влияние на вынужденную составляющую напряжения на разомкнутом конце ЭП реактора поперечной компенсации, присоединенного к концу линии (рис. 4.38, г). Коэффициент А_к четырехполюсника, эквивалентного всей ЭП в целом, когда реактор подключен к концу линии, равен:

(4.79)

Так как А_к > А_н, то V_рк < V_рн, т. е. реактор, подсоединенный в конце линии, ограничивает резонансные перенапряжения в большей степени, чем реактор в начале линии. Таким же образом можно показать, что установка продольной компенсации (C_упк, рис. 4.38, д) снижает вынужденную составляющую напряжения.

4.7. Феррорезонансные перенапряжения

Феррорезонансные явления возникают в схемах, которые содержат элементы с ферромагнитными сердечниками. В электрических сетях такие элементы практически есть всегда, и поэтому в любой сети имеется принципиальная возможность появления феррорезонансных процессов на промышленной частоте, на высших или низших гармониках. В симметричных трехфазных режимах сети емкостные элементы обычно оказываются зашунтированными низкоомным входным сопротивлением питающей сети, которое всегда имеет индуктивный характер. Поэтому в нормальных режимах феррорезонанс маловероятен. Он возникает в несимметричных режимах. Например, при неполнофазных режимах сети с изолированной нейтралью, когда емкость фазы относительно земли (рис. 4.39, а) включается последовательно с обмотками силового трансформатора или электромагнитного трансформатора напряжения. В качестве примера можно рассмотреть схему, которая образуется при обрыве одного провода с падением его на землю в системе с изолированной нейтралью. Пусть провод оборвался в фазе А, причем упал на землю конец провода, присоединенный к источнику. Упрощенная схема для этого случая представлена на рис. 4.39.

Ток в фазе А после обрыва провода будет стекать в землю через место заземления, затем возвращаться на провод через емкость С₀, после чего он разветвляется: часть тока проходит через междуфазную емкость С₁₂, а другая – через индуктивность трансформатора L_т. Цепь тока замыкается через фазы В и С источника. В силу симметрии потенциалы нулевых точек трансформатора и звезды междуфазовых емкостей одинаковы.

Поэтому схему рис. 4.39, а можно преобразовать в схему рис. 4. 39, б, в которой ЭДС источника на основании правил перехода от трехфазной системы к однофазной схеме замещения будет равна 1,5U_ф.

Можно показать, что влияние междуфазовой емкости на амплитуду перенапряжений относительно невелико. Полагая в первом приближении С₁₂ ≈ 0, получим схему замещения, представленную на рис. 4.39, в. В соответствии с этой схемой можем написать:

^{или ±} (4.80)

где плюс соответствует режиму с отстающим током (1,5U_L > U_C ), а минус – режиму с опережающим током.

Рис. 4.39. Схема замещения для случая обрыва одного провода с падением на землю в системе с изолированной нейтралью

Графическое решение уравнения (4.80) представлено на рис. 4.40, из которого видно, что в рассматриваемой схеме принципиально возможны три режима, соответствующие точкам а, б, в.

Два из них являются индуктивными (б, в; U_L > U_C) и один – ёмкостный (а, U_C > U_L). При этом режимы, соответствующие точкам а, б, являются устойчивыми, а режим, соответствующий точке в, – неустойчивым, т. е. физически не реализуемым. Проверка устойчивости решения осуществляется обычно путем исследования поведения схемы при небольшом изменении тока в цепи.

С ростом нагрузки трансформатора, что эквивалентно введению в схему замещения (рис. 4.39, в) увеличивающегося активного сопротивления, область существования гармонического резонанса сужается и при некотором значении нагрузки возникновение резонансных явлений становится невозможным.

Если построить векторную диаграмму для емкостного режима, соответствующего точке а, то увидим, что порядок чередования фаз на трансформаторе нагрузки изменился на обратный (рис. 4.41). Произошло так называемое «опрокидывание» чередования фаз. При этом, если трансформатор имел небольшую моторную нагрузку, то после обрыва провода направление вращения двигателей может измениться на обратное. Как следует из рассмотренного нами случая, перенапряжения при несимметричном отключении фаз могут превышать 3U_ф и, следовательно, представлять непосредственную опасность для изоляции. Поэтому в эксплуатации следует ограничить вероятность появления перенапряжений рассматриваемого вида. Наиболее радикальным средством, позволяющим полностью устранить перенапряжения при обрыве проводов, является заземление нейтрали трансформатора нагрузки. Однако это требование не всегда выполнимо даже для систем 110 кВ, не говоря уже о системах более низкого напряжения. Поэтому необходимо стремиться к уменьшению вероятности несимметричных отключений, например, путем отказа от применения плавких предохранителей и выключателей с пофазным управлением. Кроме того, не следует длительно оставлять включенными холостые или слабо нагруженные трансформаторы.