Більшість електричних мереж 6-35 кВ країн СНД виконані із ізольованою нейтраллю. Ці мережі за певних струмів замикання на землю (для Uн=35 кВ – ≥10 А; Uн=10 кВ – ≥20 А; Uн=6 кВ – ≥30 А) повинні мати, як правило, реакторну або резистивну компенсацію нейтралі.
Основною перевагою мереж із ізольованою нейтраллю є можливість забезпечувати тривалий час споживачів електроенергією навіть за наявності «землі» в мережі без їх відключення. У той же час одним із основних недоліків є небезпека виникнення (при малих струмах замикання на землю рівних 0,5÷3,5 А) ферорезонансних процесів з подальшим пошкодженням електромагнітних індуктивних трансформаторів напруги (ТН).
Феррорезонансні процеси (ФРП) у таких мережах, як показує досвід експлуатації та дослідження, проведені багатьма вченими, виникають під час появи та обриву «землі» в мережі (спрацьовування розрядників, торкання гілками дерев, обрив троса фаз ЛЕП, стікання крапель роси по ізоляторах, особливо забруднених, деяких комутаційних перемиканнях, що призводять до зміни ємності в мережі тощо). У більшості випадків ці ферорезонансні процеси проходять при частотах 17 і 25 Гц і супроводжуються протіканням через первинну обмотку трансформатора напруги надструмів, які на порядок і більше перевищують допустимі для трансформатора напруги струми, через що первинні обмотки перегорають протягом декількох хвилин. В експлуатації мають місце випадки, коли спочатку по два-три рази (після заміни) перегорає високовольтний запобіжник від 6 до 35 кВ, розрахований на номінальний струм спрацьовування ≤2 А (це при тому, що допустимий струм первинної обмотки трансформатора напруги не перевищує 60 мА) при цьому ушкоджується трансформатор напруги. Таким чином, має місце неодноразові протікання великих струмів через обмотку трансформатора напруги понад допустимі, які поступово, за рахунок перегріву внутрішніх шарів, призводять до розкладання ізоляції та пошкодження трансформаторів напруги.
В даний час, якщо судити з публікацій, проводиться велика робота із захисту трансформаторів напруги від їх ушкоджень у мережах. Однак кожен із запропонованих методів має свої недоліки і не в змозі повністю вирішити проблему захисту трансформаторів напруги від впливу ферорезонансних процесів ФРП. Крім того, відсутня можливість фіксації появи ферорезонансних процесів на ділянці мережі з трансформатора напруги.
З цієї точки зору найбільш ефективним способом придушення (а головне фіксацією часу та тривалості) ферорезонансних процесів є пристрої придушення резонансу (УПР), розроблене для електричних мереж типу PZFR-1 (рис. 1, 2).
При виникненні ферорезонансу на висновках обмотки «розімкнутого трикутника» трифазного трансформатора напруги (або групи трьох однофазних трансформаторів напруги) виникає напруга нульової послідовності 3U0 100 В з субгармонійною частотою (найчастіше 20÷25 Гц). Після появи напруги із субгармонійною частотою пристрій PZFR-1 із заданою затримкою часу одноразово підключає до висновків обмотки «розімкнутого трикутника» резистор 5÷6 Ом на час, заданий для гасіння ФРП. Підключений резистор забезпечує зрив (погашення) ферорезонансних коливань протягом t ≤0,3 с, що виключає можливість термічного пошкодження обмоток ВН ТН ферорезонансними процесами.
Малюнок № 1 Схема захисту від ферорезонансу PZFR-1
TV – трансформатор напруги;
Т – знижуючий трансформатор;
D – операційний підсилювач;
БМК – блок мікроконтролера;
VТ – оптотиристори;
R – резистор;
Д – дисплей;
БО – блок управління;
БП – блок живлення;
KL1, KL2 – сигнальні реле
У PZFR-1 передбачено одноразовість його включення на заданий час з повторною готовністю до спрацьовування через заданий час. При тривалому ферорезонансі передбачено повторне одноразове спрацювання пристрою з подальшою забороною (блокуванням) імпульсу гасіння аж до ліквідації ферорезонансу, після чого пристрій знову буде готовий до роботи.
Це забезпечує термічну стійкість резистора при багаторазових частих пусках пристрою (наприклад при переміжній дузі, частими замикання на землю проводів мережі гілками дерев поривами вітру і т.д.). Пристрій формує архів і відображає на дисплеї 5 останніх режимів ферорезонансу (Спрацьовування пристрою). В «архіві аварій» пристрою накопичується інформація про дату і час аварійних станів, що дає експлуатації додаткову інформацію про стан мережі в тому чи іншому режимі, а за аналізом «архіву» є можливість вжити заходів щодо підвищення надійності мережі в цілому.
Малюнок № 2 Схема підключення пристрою захисту від ферорезонансу PZFR-1
TV - voltage transformer;
T - step-down transformer;
D - operational amplifier;
BMK - microcontroller unit;
VT - optothyristors;
R is a resistor;
D - display;
BU - control unit;
BP - power supply;
KL1, KL2 - signal relays
У PZFR-1 передбачено одноразовість його включення на заданий час з повторною готовністю до спрацьовування через заданий час. При тривалому ферорезонансі передбачено повторне одноразове спрацювання пристрою з подальшою забороною (блокуванням) імпульсу гасіння аж до ліквідації ферорезонансу, після чого пристрій знову буде готовий до роботи.
Це забезпечує термічну стійкість резистора при багаторазових частих пусках пристрою (наприклад при переміжній дузі, частими замикання на землю проводів мережі гілками дерев поривами вітру і т.д.). Пристрій формує архів і відображає на дисплеї 5 останніх режимів ферорезонансу
(Спрацьовування пристрою). В «архіві аварій» пристрою накопичується інформація про дату і час аварійних станів, що дає експлуатації додаткову інформацію про стан мережі в тому чи іншому режимі, а за аналізом «архіву» є можливість вжити заходів щодо підвищення надійності мережі в цілому.
Малюнок № 2 Схема підключення пристрою захисту від ферорезонансу PZFR-1
