Меню

Трансформатор напряжения емкостной феррорезонанс

Особенности явления феррорезонанса в трансформаторах напряжения

В электрических сетях 6-35 кВ возникает феррорезонанс в трансформаторе напряжения (ТН) при:

  • дуговом замыкании на землю,
  • работы сети с неполнофазной нагрузкой;
  • переключениях с недогруженными линиями.
  • В условиях перегрузок ТН выходит из строя, создавая аварии в сети.

Феррорезонанс особенно опасен для критических перегрузок на основной частоте (50 Гц). Возможны субгармонические резонансы на 1/3 и 1/5 от основной частоты.

Что такое феррорезонанс

Феррорезонанс— это явление резкого возрастания тока, приводящее к перегреву и повреждению преобразователя и сопутствующего электротехнического оборудования.

Вызывающий аварию резонанс наблюдается при возникновении колебательного контура с последовательным соединением индуктивности ТН и емкостью сети.

Почему появляется в трансформаторах

Явление резонанса возникает при незаземленной (изолированной) нейтрали совместно с неполнофазным режимом. При изолированной нейтрали ёмкость сети относительно земли образует последовательное соединение с индуктивностью конструкции незаземленного ТН. Неполнофазный режим возникает при частичном включении фаз, при фазовом разрыве или при коротком замыкании несимметричного типа.

Механизм возникновения явления

Вольтамперная характеристика (ВАХ)

ТН содержат катушки индуктивности с сердечниками из ферромагнитных материалов, имеющими нелинейную вольтамперную характеристику (ВАХ). На линейной ВАХ каждому значению напряжения Ui соответствует единственное значение тока Ii. На нелинейной ВАХ для определенного (резонансного) Uр реализуется режим с двумя различными величинами тока — I1 и I2.

Резонансный переход

При значении Uр на обмотках ТН сопротивление резко падает. Происходит мгновенный переход от I1 к I2, приводящий к «опрокидывание фазы» приложенного Uр, характер которого изменяется с активно-индуктивного на активно-емкостной.

Длительные колебания, вызванные резкими переходами тока в первичных обмотках ТН, вызывают тепловой пробой изоляции.

Вольтамперная характеристика (ВАХ)

Какие трансформаторы нейтрализуют эффект феррорезонанса

Для предотвращения скачкообразных токовых перегрузок защитные ТН исполняются совместно с трансформаторами нулевой последовательности (ТНП). Такие специализированные устройства называются антирезонансными.

НАМИТ-10-2

Оборудование относится к типу ТН (Н), А — антирезонансный (А), с естественным масляным охлаждением (М), для измерительных цепей (И), трехфазный (Т), номинальным напряжением 10 кв, вариант исполнения— 2.

Измерительное оборудование состоит из двух единиц, размещенных в общем корпусе:

  • ТНКИ — это трехобмоточный ТН контроля изоляции;
  • ТНП — это двухобмоточный ТНП, выполняющий защиту ТНКИ от аварий при замыканиях отдельных фаз. Фоторезонанс компенсируется индуктивным сопротивлением ТНП в первичной цепи преобразователя.
Читайте также:  Реле напряжения однофазное 380в

трансформатор намит 10-2

НАМИ-10-95

Антирезонансное, масляное, измерительное оборудование состоит из:

  • трехфазного трехстержневого ТН прямой (обратной) последовательности с дополнительной вторичной обмоткой;
  • однофазного двухстержневого ТНП со вторичной обмоткой, соединенной по схеме замкнутого треугольника, снижающей сопротивление нулевой последовательности устройства до величины сопротивления рассеяния.

НАМИ-10-95 трансформатор

НАЛИ-СЭЩ-6(10)

Оборудование НАЛИ-СЭЩ -6(10) представлено литой (Л) трехфазной антирезонансной группой измерителей номинальным напряжением 6(10)кв.

Отличием литого исполнения от масляного является высокая пожаро- и взрывобезопасность, что обусловливает применение в особых условиях, например на АЭС.

НАЛИ-СЭЩ-6(10) исполнен посредством четырех активных элементов:

  • блока из трех однофазных, двухполюсных, измерительных ТН НОЛ-СЭЩ, каждый из которых содержит до трех вторичных обмоток;
  • одного ТНП-СЭЩ, выполняющего функцию защиты НОЛ-СЭЩ от скачкообразных токовых переходов.

Трансформатор НАЛИ-СЭЩ-10-6

НАЛИ-СЭЩ-1

Оборудование выполнено из однофазных ТН с литой изоляцией типа НОЛ-6(10) и ТНП на основе принципа действия и релейной схемы устройства НАМИТ-10-2.

НАЛИ-СЭЩ-2

Данный тип повторяет НАЛИ-СЭЩ-1 при исключении дополнительной вторичной обмотки, соединенной по схеме открытого треугольника, а также при исключении релейной схемы дешунтирования постоянно включенного ТНП. Явление фоторезонанса в трансформаторе напряжения НАЛИ-СЭЩ-2 не возникает при работе с пониженной рабочей индукцией. Защитная конструкция обеспечивает практически линейную ВАХ.

Источник



Защита от повреждений трансформаторов напряжения 6-35 кВ при феррорезонансных процессах

Ежегодно в сетях напряжением 6-35 кВ повреждаются примерно 6-8% трансформаторов напряжения (ТН). Причиной повреждения является длительное протекание по первичной обмотке ТН токов, величина которых значительно превышает максимально допустимую по условию тепловой устойчивости изоляции обмотки. Эти токи возникают при феррорезонансных процессах (ФРП) в контуре, образующемся при определённых режимах сети, когда после угасания дуги через индуктивность обмоток ТН «стекает» ёмкостный заряд.

Насыщение магнитопровода может возникнуть, если энергия, запасённая в емкостях сети, к моменту угасания дуги окажется больше порогового значения электромагнитной энергии, запасённой в индуктивностях ТН.

В [Л1] приведены три причины возникновения ФРП:

1. Величина ёмкости сети Сэкв должна находиться в интервале, определённом пределами изменения индуктивности ТН, т.е.

Величина ёмкости сети Сэкв

  • Lхх и Lн — индуктивности холостого хода и насыщения, соответственно;
  • w — угловая частота напряжения сети.

Приведенные в [Л2] расчёты показали, что для ТН типа ЗНОМ-35 при емкостном токе сети равном 4 А и более на один ТН феррорезонанс не возникает. Однако, в сетях с воздушными линиями, особенно на напряжении 6-10 кВ, емкостный ток может быть меньше.

Читайте также:  Как называется напряжение при котором прочность обеспечена

2. Феррорезонанс возникнет в контуре с резонансными параметрами после скачкообразного понижения напряжения от Uл до Uф при отключении однофазного замыкания (ОЗЗ) на землю. Феррорезонанс в сети с ТН не возникает при номинальной индукции, равной 0,9 Тл. В настоящее время величина индукции выпускаемых ТН составляет 1,5 Тл.

3. Величина энергии, поступающей в феррорезонансный контур при каждом изменении индуктивности ТН, должна быть больше величины потерь в нём. Данный показатель позволяет оценить эффективность включения резистора сопротивлением rвт=25 Ом в схему разомкнутого треугольника ТН, как указано в ПУЭ. Величина сопротивления резистора определена длительно допустимой мощностью ТН, равной 400 ВА при напряжении 100 В.

В соответствии с [Л2] эквивалентная ёмкость сети определяется из выражения:

эквивалентная ёмкость сети

где: R1 — сопротивление rвт, приведенное к первичной стороне и определяемое из выражения:

сопротивление rвт

коэффициент трансформации ТН— коэффициент трансформации ТН.

В соответствии с ПУЭ rвт= 25 (Ом).

Ёмкости Сэкв соответствует емкостный ток сети, определяемый из выражения:

емкостный ток сети

Для сети напряжением 35 кВ Ic= 0,013 А, что значительно меньше фактических значений Ic. Для сети напряжением 10 кВ Ic= 0,044 А, что также значительно меньше фактических значений Ic.

Таким образом, включение резистора сопротивлением 25 Ом в схему разомкнутого треугольника ТН не имеет практического эффекта, а уменьшение его сопротивления приведёт к недопустимому для ТН увеличению мощности.

Из практики известно, что наступление феррорезонанса происходит, когда емкостной ток на ТН находится в интервале 0,3-4 А, что характерно для воздушных линий напряжением 6 -35 кВ. Поэтому целесообразно включение между фазным проводником и землёй конденсаторной установки необходимой мощности.

Для исключения феррорезонанса в сети 35 кВ необходимо в нейтраль силового трансформатора включить высоковольтный резистор.

В сети 6 — 10 кВ необходимо в обмотку разомкнутого треугольника трансформатора заземления нейтрали включить низковольтный резистор.

Подобное резистивное заземление нейтрали ограничивает также напряжение смещения нейтрали в компенсированных сетях.

В [Л1] доказана эквивалентность схем подключения высоковольтного и низковольтного резистора с точки зрения уровня перенапряжений при ОЗЗ. Результаты моделирования дугового ОЗЗ полностью совпали. Кратность уровня напряжения в обеих схемах не превышала 2-2,5 величины фазного напряжения.

Читайте также:  Напряжение для зарядки аккумулятора фонарика

Кроме подавления феррорезонансных процессов, резистор разряжает сеть в случае, когда дуга замыкается один раз за период и, фактически, является выпрямителем, приводящим к перевозбуждению индуктивности сети постоянным током.

Сопротивление резистора выбирается по условию ограничения напряжения при ОЗЗ и обеспечения чувствительности защиты от ОЗЗ.

На распределительных устройствах, подключаемых к питающей подстанции, необходимо применение ТН без заземления нейтрали.

Одной из причин высокой повреждаемости ТН является полное отсутствие их защиты. Применение предохранителей ПКН001 и ПКТ неоправданно, так как их токи срабатывания значительно превышают предельно допустимые токи первичных обмоток ТН, составляющие для ТН 6 кВ — 0,115 А, для ТН 10 кВ — 0,109 А и для ТН 35 кВ — 0,049 А.

При феррорезонансе токи достигают нескольких десятков ампер. Поэтому по рекомендации завода-изготовителя необходимо применение ТН со встроенным предохранительным устройством с током срабатывания не более 0,7 А за время срабатывания не более 20-30 с, например, антирезонансных ТН типа ЗхЗНОЛП напряжением 6 -10 кВ.

1. Для исключения перенапряжений необходимо предусмотреть:

  • в сетях 35 кВ — подключение к нейтрали 35 кВ силового трансформатора высоковольтного резистора;
  • в сетях 10 кВ — подключение в разомкнутый треугольник трансформаторов заземления нейтрали низковольтного резистора.

2. Для исключения феррорезонанса целесообразно между фазным проводником и землёй подключить конденсаторную установку необходимой мощности на ток не менее 4 А.

3. Для защиты от повреждений необходимо применение антирезонансных ТН со встроенными в ТН предохранительными устройствами, например, типа ЗхЗНОЛП напряжением 6-10 (кВ).

4. На распределительных устройствах, где не требуется контроль изоляции, целесообразно применение ТН без заземления нейтрали.

  1. Сивокобыленко В. Ф., Лебедев В. К., Сердюков Р. П. Переходные процессы в электрических сетях с резистивным заземлением нейтрали. Тезисы. Технические науки — Электротехника. – Донецкий национальный технический университет.
  2. Халимов Ф. X., Евдокунин Г. А., Таджибаев А. Н. Защита сетей 6 — 10 кВ от перенапряжения. — Санкт-Петербург, 2001

Источник