Большинство электрических сетей 6-35 кВ стран СНГ выполнены с изолированной нейтралью. Эти сети при определенных токах замыкания на землю (для Uн=35 кВ – ≥10 А; Uн=10 кВ – ≥20 А; Uн=6 кВ – ≥30 А) должны иметь, как правило, реакторную или резистивную компенсацию нейтрали.
Основное преимущество сетей с изолированной нейтралью является возможность обеспечивать длительное время потребителей электроэнергией даже при наличии «земли» в сети без их отключения. В то же время одним из основных недостатков является опасность возникновения (при малых токах замыкания на землю равных 0,5÷3,5 А) феррорезонансных процессов с последующим повреждением электромагнитных индуктивных трансформаторов напряжения (ТН).
Феррорезонансные процессы (ФРП) в таких сетях, как показывает опыт эксплуатации и исследования, проведенные многими учёными, возникают во время появления и обрыва «земли» в сети (срабатывание разрядников,касание ветвями деревьев, обрыв троса фаз ЛЭП, стекание капель росы по изоляторам, особенно загрязненных, некоторых коммутационных переключениях, приводящих к изменению ёмкости в сети и т.д.). В большинстве случаев эти феррорезонансные процессы проходят при частотах 17 и 25 Гц и сопровождаются протеканием через первичную обмотку трансформатора напряжения сверхтоков, которые на порядок и больше превышают допустимые для трансформатора напряжения токи, из-за чего первичные обмотки перегорают в течение нескольких минут. Вэксплуатации имеют место случаи, когда первоначально по два-три раза (после замены) перегорает высоковольтный предохранитель от 6 до 35 кВ, расчитанный на номинальный ток срабатывания ≤2 А (это при том, что допустимый ток первичной обмотки трансформатора напряжения не превышает 60 мА), при этом повреждается трансформатор напряжения. Таким образом, имеет место неоднократные протекания больших токов через обмотку трансформатора напряжения сверх допустимых, которые постепенно, за счет перегрева внутренних слоев, приводят к разложению изоляции и повреждению трансформаторов напряжения.
В настоящее время, если судить по публикациям, проводится большая работа по защите трансформаторов напряжения от их повреждений в сетях. Однако каждый из предлагаемых методов имеет свои недостатки и не в состоянии полностью решить проблему защиты трансформаторов напряжения от воздействия феррорезонансных процессов ФРП. Кроме того, отсутствует возможность фиксации появления феррорезонансных процессов на участке сети с трансформатора напряжения.
С этой точки зрения наиболее эффективным способом подавления (а главное фиксацией времени и длительности) феррорезонансных процессов является устройства подавления резонанса (УПР), разработанное для электрических сетей типа PZFR-1 (рис. 1, 2).
При возникновении феррорезонанса на выводах обмотки «разомкнутого треугольника» трехфазного трансформатора напряжения (или группы трех однофазных трансформаторов напряжения) возникает напряжение нулевой последовательности 3U0≈100 В с субгармонической частотой (чаще всего 20÷25 Гц). После появления напряжения с субгармонической частотой устройство PZFR-1 с заданной задержкой времени однократно подключает к выводам обмотки «разомкнутого треугольника» резистор 5÷6 Ом на время, заданное для гашения ФРП. Подключенный резистор обеспечивает срыв (погашение) феррорезонансных колебаний в течение t ≤0,3 с, что исключает возможность термического повреждения обмоток ВН ТН феррорезонансными процессами.
Рисунок № 1 Схема устройства защиты от феррорезонанса PZFR-1
TV – трансформатор напряжения;
Т – понижающий трансформатор;
D – операционный усилитель;
БМК – блок микроконтроллера;
VТ – оптотиристоры;
R – резистор;
Д – дисплей;
БУ – блок управления;
БП – блок питания;
KL1, KL2 – сигнальные реле
У устройства PZFR-1 предусмотрено одноразовость его включения на заданное время с повторной готовностью к срабатыванию через заданное время. При длительном феррорезонансе предусмотрено повторное одноразовое срабатывание устройства с последующим запретом (блокированием) импульса гашения вплоть до ликвидации феррорезонанса, после чего устройство снова будет готово к работе.
Это обеспечивает термическую стойкость резистора при многократных частых пусках устройства (например при перемежающей дуге, частыми замыканиями на землю проводов сети ветками деревьев порывами ветра и т.д.). Устройство формирует архив и отражает на дисплее 5 последних режимов феррорезонанса
(срабатываний устройства). В «архиве аварий» устройства накапливается информация о дате и времени возникавших аварийных состояний, что дает эксплуатации дополнительную информацию о состоянии сети в том или ином режиме, а по анализу «архива» есть возможность принять меры по повышению надежности сети в целом.
Рисунок № 2 Схема подключения устройства защиты от феррорезонанса PZFR-1
