ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ 10-35 КВ

FERRORESONANCE OVERVOLTAGE DISTRIBUTION NETWORKS 10-35 KV

Аннотация. В данной статье исследуются такие перенапряжения распределительных сетей 10-35 (кВ), как феррорезонансные. Приведена характеристика подобных перенапряжений. Предполагается эффективной мера повышения надежности электроснабжения и безопасности эксплуатации в распределительных сетях 6-35 (кВ). Указаны преимущества одних трансформаторов (типа НАМИ) над другими. Сделаны выводы о способах защиты силовых трансформаторов от феррорезонансных повреждений.

Abstract. This article examines such overvoltage distribution networks 10-35 (kV), as ferroresonance. The characteristic of such surges. An effective measure of improving the reliability of power supply and operating safety in distribution networks of 6-35 (kV) is assumed. The advantages of some transformers (type NAMI) over others are indicated. Conclusions about the methods of protection of power transformers from ferroresonance damage are made.

Ключевые слова: силовой трансформатор, феррорезонансные перенапряжения, распределительные сети, обмотки трансформаторов, трансформаторы НАМИ.

Keywords: power transformer, ferroresonance overvoltage, distribution networks, transformer windings, NAMI transformers.

Распределительные сети 10-35 (кВ) являются сетями с наиболее тяжелым режимом работы электрооборудования по действию внутренних перенапряжений. Самыми распространенными причинами аварийных повреждений в этих электросетях являются дуговые и коммутационные перенапряжения, а также феррорезонансные процессы. Дуговые замыкания на землю опасны не только по своей величине, но и продолжительностью, вследствие чего может повреждаться изоляция электрооборудования, повреждения могут переходить в двух- и трехфазные короткие замыкания. Коммутационные процессы в электросетях характеризуются, прежде всего, опасными величинами перенапряжений. Особенно опасны перенапряжения, которые развиваются во время коммутаций электродвигателей, причисляемых к электрооборудованию с облегченной изоляцией.

Что же касается феррорезонансных перенапряжений, то основную опасность они представляют не своей величиной, а продолжительностью феррорезонансного процесса и насыщением магнитной системы измерительных трансформаторов напряжения. Вследствие этого значительно возрастают токи в первичных обмотках трансформаторов напряжения, что приводит к их повреждениям. Феррорезонансный процесс продолжается до тех пор, пока не случится расстройство феррорезонансного контура. Этот процесс может занять несколько минут и более. В течение этого времени постоянно могут срабатывать нелинейные ограничители перенапряжений и может происходить их термическое повреждение.

Феррорезонансные перенапряжения представляют собой серьезную опасность для электрооборудования сетей 6-35 (кВ). В сетях различного назначения практически всегда есть элементы, содержащие ферромагнитные сердечники. Поэтому в любой схеме имеется принципиальная возможность появления феррорезонансных процессов на промышленной частоте, на высших или низших гармониках. Для возникновения этих процессов необходимо наличие двух условий: токи должны быть достаточны для перехода кривых намагничивания за колено насыщения, а входное сопротивление сети, подключенной к обмотке, должно иметь емкостной характер. Активные сопротивления входных сопротивлений как подключенной сети, так и самой обмотки демпфируют феррорезонансные колебания. Поэтому наиболее опасными в отношении феррорезонансных перенапряжений являются режимы холостого хода.

Феррорезонансные перенапряжения обусловлены высшими гармониками. Основную опасность в данном случае представляют резонансные явления. Резонанс тока повышает интенсивность старения изоляции, а напряжения - ее пробой. Высокий уровень высших гармонических составляющих оказывает негативное влияние на все элементы систем электроснабжения. Они могут вызвать не только перенапряжения, но и его провалы [6, с. 77].

В симметричных трехфазных режимах сети имеющееся в схеме емкостные элементы (участки воздушных и кабельных линий, батареи конденсаторов) обычно оказываются зашунтированными низкоомным входным сопротивлением питающей сети, которое всегда имеет индуктивный характер. Поэтому в нормальных режимах феррорезонанс маловероятен. Наиболее часто возникает феррорезонанс при неполнофазных режимах сети, когда емкость сети относительно земли оказывается соединенной последовательно с обмотками силового трансформатора или электромагнитного трансформатора напряжения. Феррорезонансным процессам посвящено достаточно много исследований и статей [3, 4, 5].

Первопричиной самопроизвольного феррорезонансного процесса могут быть неодинаковые характеристики намагничивания фазных обмоток трансформаторов напряжения, несимметрия емкостей фаз относительно земли, повышение рабочего напряжения сети, повреждения отдельных элементов сети (заземление фазы, обрыв фазы и др.), неустойчивость нейтрали при возникновении колебательных контуров (включение трансформаторов на холостые шины, включение холостой линии и др.), влияние ненормальных режимов в одном участке сети на смежные здоровые участки сети.

Эффективной мерой повышения надежности электроснабжения и безопасности эксплуатации в распределительных сетях 6-35 (кВ) является включение в нейтраль сети высокоомного резистора оптимальной величины [1, с. 17]. Создание активного тока замыкания на землю в пределах (0,5-1,0) от емкостного ведет к снижению кратности перенапряжений при дуговых и металлических однофазных замыканиях на землю, полностью исключает возможность феррорезонансных процессов, создает условия для обеспечения надежной и селективной работы защит от однофазных замыканий и ограничения напряжения прикосновения и шага при дуговых замыканиях на землю. Эта мера обеспечивает защиту от повреждений трансформаторов напряжения при феррорезонансных процессах, а также всего высоковольтного оборудования от перенапряжений при дуговых однофазных замыканиях на землю.

В ряде публикаций по результатам исследования резонансных процессов в электрических сетях 6-35 (кВ) [2,4] указывается на необходимость разработки новых конструкций трансформаторов напряжения, устойчивых ко всем процессам, происходящих в сети. В настоящее время разработан и выпускается Раменским электротехническим заводом «Энергия» трехфазный антирезонансный трансформатор напряжения НАМИ, который удовлетворяет следующим требованиям [3, с. 55]:

- не вступает в резонанс с емкостью ненагруженных шин 35(кВ);

- не вступает в феррорезонанс с емкостью линий любой протяженности;

- выдерживает без ограничения длительности любые виды однофазных замыканий на землю, в том числе через перемежающуюся дугу;

- выдерживает без ограничения повышения напряжение, вызванное феррорезонансом емкости сети с индуктивностью других трансформаторов напряжения (например, ЗНОМ-35).

Трансформаторы напряжения типа НАМИ имеют специальную схему соединения обмоток и пониженную номинальную индукцию. В баке антирезонансного трансформатора размещаются два трансформатора (трехфазный и однофазный), имеющие отдельные магнитопроводы. В нейтраль высоковольтной обмотки трехфазного трансформатора, имеющего вторичную (компенсационную) обмотку, соединенную треугольником, включен однофазный трансформатор, который измеряет напряжение нулевой последовательности. Предотвращению феррорезонанса способствует то, что в контур нулевой последовательности входит только одна индуктивность намагничивания однофазного трансформатора, и этот феррорезонансный контур лишен источника ЭДС.

Выводы:

1. Для уменьшения числа повреждений трансформаторов напряжения в электрических сетях 6-35 (кВ) необходимо использовать следующие мероприятия: 

- В сетях 6-10 (кВ) эффективным способом является модернизация существующих трансформаторов напряжения – оснащение устройствами контроля УКИ-10.

- Самым эффективным способов борьбы с феррорезонансными перенапряжениями, как в сетях 35 (кВ), так и в сетях 6-10 (кВ), является применение в нейтрале сети высокоомного сопротивления.

2. В настоящее время существуют разработки новых конструкций трансформаторов напряжения, устойчивых к феррорезонансным процессам, происходящих в сети. Плановая и поэтапная замена трансформаторов напряжения типа НТМИ, ЗНОМ на НАМИ является эффективным мероприятием по защите от феррорезонансных перенапряжений.

Список литературы:

1. Валькевич А.Н. Феррорезонансные перенапряжения в электрических сетях 6-35 кВ Кыргызстана. Повреждения трансформаторов напряжения 6-35 кВ// Наука и новые технологии. – Бишкек: Наука и новые технологии, 2009. - №3. – С. 16-20.
2. Виштибеев А.В., Кадомская К.П., Хныков В.А. Повышение надежности электрических сетей установкой трансформаторов напряжения типа НАМИ // Электрические станции, 2002. – №3 – С. 47-51 .
3. Зихерман М.Х., Левковский А.И. Резонансные процессы в сетях 35кВ с трансформаторами напряжения. // Электрические станции, 1996. –  №5 – С. 54-56 .
4. Зихерман М.Х., Львов Ю.Н., Львов М.Ю. Об антирезонансных трансформаторах напряжения 6- 35кВ. // Энергетик, 2003.  – №10 – С. 16-18.
5. Поляков В.С. Феррорезонанc в сетях с изолированной нейтралью.// Материалы Международной научно-технической конференции. Выпуск 1. – Санкт-Петербург, 2003 – С. 78.
6. Шпиганович А.Н. Перенапряжения систем электроснабжения и их квалификация// ИЗВЕСТИЯ ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. – Тула: Тульский государственный университет, 2018. – №12. – С. 75-82.