Исследование антирезонансных свойств трансформаторов напряжения
НАЛИ-НТЗ-10 и НАЛИ-НТЗ-35

Основной целью данной НИР является исследование антирезонансных свойств ТН типа НАЛИ-НТЗ-10 и НАЛИ-НТЗ-35 производства ООО «Невский трансформаторный завод «Волхов». Существенным обстоятельством является то, что на заводе была разработана испытательная схема для проверки стойкости ТН 10 кВ к горению перемежающейся дуги и имеется большое количество опытных осциллограмм. Исследование поведения ТН в испытательной схеме и сравнение расчётных и опытных осциллограмм позволит проверить достоверность математических моделей.

​

Для достижения поставленной цели в НИР решаются следующие задачи:

​

• Разработка математических моделей исследуемых ТН НАЛИ-НТЗ-10 и НАЛИ-НТЗ-35 и определение параметров трансформаторов, входящих в их состав (ТПП-10, ТНП-10, ТПП-35, ТНП-35);

• Разработка математических моделей сети с изолированной нейтралью при исследовании процессов при однофазных замыканиях на землю, при неполнофазном режиме работы силового трансформатора;

• Разработка математической модели силового трансформатора;

• Исследование процессов в ТН при приведенных выше аварийных воздействиях;

• Исследование поведения ТН типа НАЛИ-НТЗ-10 в испытательной схеме, используемой для проверки стойкости ТН к перемежающейся дуге.

• Формулировка общего заключения об антирезонансных свойствах исследуемых ТН.

 

​

Введение

​

Режим феррорезонанса является одной из основных причин повреждения электромагнитных ТН. В том числе и в сетях средних классов напряжения 6-35 кВ с изолированной нейтралью. В режиме феррорезонанса в обмотке ВН ТН возникают большие токи, приводящие к разогреву и повреждению обмотки. В некоторых ситуациях феррорезонансные явления могут привести и к ложным срабатываниям защиты от замыкания на землю.

​

В сетях средних классов напряжения 6-35 кВ с изолированной нейтралью широко применяются трансформаторы напряжения типов ЗНОМ, ЗНОЛ, НТМИ. Принципиальная схема ТН типа НТМИ приведена на рис. 1,а. Характерной особенностью перечисленных выше типов ТН является то обстоятельство, что они либо однофазного исполнения, либо в корпусе трёхфазного ТН (НТМИ) находится три отдельных магнитопровода (существуют также пятистержневые магнитопроводы). Такое исполнение необходимо для того, чтобы ТН выполнял одну из своих основных функций в сетях с изолированной нейтралью – обеспечивал измерение напряжения нулевой последовательности (эти трансформаторы часто обозначаются как ТНКИ – трансформатор напряжения для контроля изоляции). Однако такая конструкция ТН приводит к образованию нелинейного шунта намагничивания нулевой последовательности, который может войти в резонанс с ёмкостью сети. Это обстоятельство и определяет сложность борьбы с феррорезонансом в сетях с изолированной нейтралью, так как ТН в любом случае должны выполнять свои основные функции измерительного устройства.

​

К возникновению феррорезонанса может привести возникновение любой несимметрии сети, в результате которой в контуре нулевой последовательности появится напряжение. В сетях 6-35 кВ основной причиной этих повышений являются однофазные дуговые замыкания на землю (ОДЗ). Эти замыкания характеризуются перенапряжениями уровня 2,3 – 2,5Uф.max, возникающими уже при первом зажигании дуги. Горение дуги может сопровождаться многократными зажиганиями и погасаниями, что приводит к большим перенапряжениям. К возникновению феррорезонанса может также приводить отключение однофазного металлического замыкания на землю (ОЗЗ), отключение двухфазных коротких замыканий и прочие нарушения симметрии сети с последующим восстановлением.

​

Явление феррорезонанса в сетях с изолированной нейтралью достаточно хорошо изучено [1-9] и предусмотрен ряд мер для его предотвращения или демпфирования. Среди мер по предотвращению феррорезонанса в сетях 6-35 кВ следует выделить основную – включение дополнительного активного сопротивления величиной 25 Ом в рассечку обмотки ТН, соединенной в открытый треугольник. Эта мера не является абсолютно эффективной, так как зачастую требуется уменьшать величину активного сопротивления, а это не всегда допустимо по тепловой устойчивости обмоток ТН.

​

Другой распространённой мерой является включение дополнительных активных сопротивлений последовательно с обмотками ВН трансформаторов напряжения (возможен вариант непосредственного увеличения активного сопротивления обмоток ВН), либо включение сопротивления между нейтральной точкой соединения обмоток ВН и землей. В обоих случаях дополнительные сопротивления включаются последовательно с нелинейной индуктивностью ТН в резонансный контур, уменьшая падение напряжения на ней при насыщении, и, соответственно, возможности для развития феррорезонанса. Применение этой меры также позволяет предотвратить феррорезонанс при правильно выбранных величинах активных сопротивлений. Но величина этих сопротивлений (включаемых в контур со стороны ВН) должна составлять десятки кОм для эффективного предотвращения феррорезонанса, что технически трудновыполнимо и отрицательно сказывается на метрологических характеристиках ТН.

​

Весьма эффективной мерой по предотвращению феррорезонанса является резистивное заземление нейтрали сети. Резистор в нейтрали сети входит в резонансный контур параллельно нелинейной индуктивности ТН по нулевой последовательности и, фактически, шунтирует трансформатор напряжения. Применение резистивного заземления нейтрали также позволяет снизить кратности перенапряжений на фазах сети при дуговых замыканиях и обеспечить селективную работу релейной защиты при однофазных замыканиях на землю (определение повреждённого присоединения).

​

Одной из наиболее эффективных мер по предотвращению феррорезонанса является применение антирезонансных ТН. Можно выделить несколько конструкций антирезонансных ТН, выпускаемых в России: ТН типа НАМИ, выпускаемые Раменским заводом электрооборудования, ТН типа НАЛИ-СЭЩ выпускаемые ЗАО «ГК «Электрощит»- ТМ Самара», трехфазные антирезонансные группы ТН типа 3хЗНОЛ Свердловского завода трансформаторов тока и рассматриваемые в настоящей НИР ТН типа НАЛИ-НТЗ производства ООО «Невский трансформаторный завод «Волхов».

​

Наиболее используемым в настоящее время техническим решением по обеспечению ТН антирезонансными свойствами является включение в нейтральную точку соединения обмоток ВН фаз дополнительного трансформатора, так называемого трансформатора нулевой последовательности (ТНП). При этом существует две основных концепции использования этого трансформатора.

​

Первая концепция была положена в основу конструкции ТН типа НАМИ Раменского завода. В этом ТН для предотвращения феррорезонанса магнитопровод ТН выполняется трёхстержневым, тем самым исключая возможность существования магнитного потока нулевой последовательности значительной величины и, следовательно, источника ЭДС в контуре нулевой последовательности. Устойчивый колебательный процесс в контуре нулевой последовательности становится невозможен. Сам ТН при такой конструкции теряет возможность выполнять измерения напряжения нулевой последовательности. Соответственно дополнительный трансформатор ТНП включённый между нейтральной точкой соединения обмоток ТН и землёй в данном случае необходим для выполнения функции контроля изоляции. Принципиальная схема ТН типа НАМИ приведена на рис. 1,б.

​

Вторая концепция применения ТНП использовалась в ТН типа НАМИТ производства предприятия «Самарский трансформатор» и в трёхфазных антирезонансных группах ТН типа НАЛИ-СЭЩ. Принцип действия этих ТН основан на использовании изобретения А.с.№1319158 СССР, МНИ НО2Н9/04 «Устройство для защиты от резонансных перенапряжений трансформатора напряжения в сети с изолированной нейтралью» //Ю.А.Степанов, А.П.Кузнецов, М.Н.Игнатьев//Открытия. Изобретения.1987.№23.