Трансформатори напруги (ТН) в електричних мережах 6–10 кВ забезпечують безпеку вимірювань, живлення засобів обліку електроенергії, контроль ізоляції обладнання, живлення оперативних ланцюгів, ланцюгів сигналізації, автоматики та релейного захисту. Більшість розрахункових лічильників змонтовано на приєднання 6–10 кВ. Тому для забезпечення надійності та точності роботи до ТН 6–10 кВ висуваються підвищені вимоги. Насамперед це стосується ТН контролю ізоляції (ТНКІ), які, крім всіх перерахованих функцій, повинні забезпечувати захист від пошкоджень при ферорезонансних процесах. Виконання всіх цих вимог веде до збільшення габаритів ТНКИ та до складнощів компонування у малогабаритних осередках КРУ. Надія на підвищення точності обліку енергії за рахунок застосування електронних лічильників та автоматизованих вимірювальних систем не виправдалася через високі систематичні похибки. Певною мірою це стосується ТНКИ, умовою роботи яких є заземлення нейтралі обмотки ВН. Її розземлення усунуло б основну причину їх ушкодження (протікання значних струмів через обмотки ВН на землю) та зменшило похибки.
Таким чином, найбільш актуальним завданням було створення ТНКІ, що не має всіх перерахованих вище недоліків, а найскладнішою виявилася проблема захисту ТН від ферорезонансних процесів. Думаємо, що на даний момент найбільш надійним і ефективним виявився пристрій, розроблений у 1985 році і що має авторське свідоцтво на винахід N1319158 СРСР, МКИ3 НО2Н9/04 (Пристрій для захисту від резонансних перенапруг трансформатора напруги в мережі з ізольованою нейтраллю / Ю.А. , А. П. Кузнєцов, М. Н. Ігнатьєв / / Відкриття. Винаходи. - 1987, N 23). У цьому пристрої був використаний індуктивний елемент, виконаний у вигляді однофазного трансформатора напруги нульової послідовності (ТНП), первинна та вторинна обмотки якого підключаються відповідно між нейтралями первинної та вторинної обмоток трифазного трансформатора напруги та землею.
У трансформаторів серії НАМІ 6-10-35 кВ та НАМІ-10/6-95 (випускаються з 1995 року на Раменському електротехнічному заводі) як індуктивний елемент також використовується трансформатор нульової послідовності, включений аналогічно схемою описаного вище пристрою. Відмінність полягає в тому, що додаткова вторинна обмотка 3U0 розташована на стрижні трансформатора нульової послідовності. На трьох стрижнях першого трансформатора міститься компенсаційна обмотка, з'єднана в замкнутий трикутник без зовнішніх висновків, що суперечить ГОСТ 1983-2001. Ці відхилення від схеми, запропонованої у зазначеному авторському свідоцтві, знижують ефективність ТНКІ, а також визначають збільшення похибок як у нормальному режимі, так і однофазного замикання.
Відомо, що у будь-якому разі, коли в обмотки ВН нейтраль заземлена, можуть виникати ферорезонансні процеси. Прикладом їхнього прояву можуть бути ситуації, що склалися з трансформаторами НАМИ-6 на Самарській ТЕЦ та НТМІ-6–10 на двох знижувальних підстанціях 35/6 та 110/10 кВ Самарської області.
Процеси відбувалися за симетричного режиму, але без підключених до шин ліній електропередачі 6-10 кВ. Вони супроводжувалися хибним сигналом про замикання на землю, сильним нагріванням резисторів, підключених до обмотки 3U0 у трансформаторів НТМІ-6-10 (у трансформатора НАМІ резистор не встановлюється), підвищенням фазної напруги у НТМІ-6-10 до 125 В, а 3U0 до 2 В. Значення лінійної напруги 100 В залишалися без змін, струм ферорезонансу в цьому випадку менше номінального струму високовольтної обмотки ТН. Після відключення резисторів, реле та апаратів (включених на Uф або 3U0) з Uн меншими, ніж напруги 125 або 220, трансформатори тривалий час працювали нормально і при підвищених значеннях напруги. При цьому не була можливість фазування з іншими секціями.
Ферорезонанс припинявся після включення однієї з ліній електропередачі, хоча згідно з методом, описаним в авторському свідоцтві, для припинення ферорезонансу достатньо було б шунтувати або дешунтувати вторинну обмотку трансформатора нульової послідовності ТНП.
У 1985-1990 роках. на семи підстанціях 35/10 кВ ВАТ «Самараенерго» із сумарною довжиною повітряних ліній 10 кВ 40–60 км на секцію, де за однофазних замикань ушкоджувалися трансформатори НТМІ-10, були встановлені ТНП, включені за схемою, описаною в авторському свідоцтві. Як ТНП застосовувалися трансформатори напруги НОМ-6. У цьому використовувалася автоматична схема оперативних ланцюгів. Після встановлення антирезонансного пристрою ферорезонансні явища практично миттєво усувалися і пошкодження ТНКІ припинилися.
Повертаючись до вже розглянутих трансформаторів НАМІ-6-10-35 кВ (див. рис. 1) та НАМІ-10/6-95, треба зазначити, що у них струм компенсаційної обмотки, з'єднаної в замкнутий трикутник, істотно впливає на збільшення його похибок завжди виникнення напруги небалансу цієї обмотки.
Нульова робоча точка вторинної обмотки, зібраної у зірку, перенесена на точку вторинної обмотки нульової послідовності – ТНП. Внаслідок цього клас точності, згідно із заводськими даними, при вимірюванні фазних напруг знижується до класу точності 3.
Відсутність висновків вторинної обмотки замкнутого трикутника не дозволяє оцінити її технічний стан у процесі експлуатації, визначити опір ізоляції, опір обмоток постійному струму, перевірити відсутність коротких виткових замикань і обриву ланцюга обмоток.
Це є порушенням "Норм випробування електрообладнання". Наприклад, відсутня можливість виявлення виткового замикання у процесі налагодження та експлуатаційних перевірок, що збільшує ризик загоряння ТН.
Трансформатори напруги НАМІ-10/6-95 відрізняються від НАМІ-6-10-35 кВ наявністю на стороні ВН додаткової компенсаційної обмотки, схема включення якої аналогічна схемою з'єднання обмоток ВН трансформатора напруги типу НТМК. Щоб виключити можливості пошкодження трансформатора НТМК, нейтраль його обмоток ВН згідно з ГОСТ 1983-2001 не заземлюється, а у НАМІ-10/6-95 заземлена. При порушенні порядку чергування фаз високого боку ТН компенсаційні обмотки не зменшуватимуть, а збільшуватимуть похибку. Слід зазначити також, що у заводській схемі НАМИ-10/6-95 не відображено схему з'єднання компенсаційної обмотки, з'єднаної в зірку.
На рис. 2 показана електрична схема з'єднань трансформатора контролю ізоляції типу НАМІ-10/6. Цей трансформатор є антирезонансним лише для обмоток фаз А і З, включених за схемою відкритого трикутника, оскільки ці високовольтні обмотки немає заземлення. Однак відомо, що схема, що розглядається, виключає можливість підключення навантаження до висновків а-с через виникнення недопустимих похибок. А робота ТНКІ з незавантаженими висновками а-с практично нереальна.
У разі використання схеми відкритого трикутника неможливий контроль стану ізоляції високовольтної електричної мережі. Для виключення цього недоліку в корпусі трансформатора встановлено додатковий трансформатор, високовольтна обмотка якого підключена до фази, а другий її виведення заземлений.
Низьковольтні обмотки розімкнутого трикутника зібрані так, щоб у нормальному режимі геометрична сума вторинної напруги дорівнювала нулю. Це досягається тим, що напруга на обмотках ах і cz дорівнює відповідно: Uаb/3 і Ucb/3, а на обмотку by подається напруга Ubo. Причому полярність обмотки трикутника змінена. Внаслідок цього векторна діаграма трансформатора напруги НАМИ-10 набуде вигляду, де сума напруг дорівнює нулю: Uаb/3 + Ucb/3 + Ubo = 0.
При замиканні на землю будь-якої з фаз А, В, З цієї формули виключається одне з доданків і на висновках розімкнутого трикутника з'явиться напруга, рівне геометричній сумі векторів двох складових фаз, що залишилися.
Виникнення ферорезонансних явищ у нормальному режимі та режимі замикання на землю фаз А або С – значний, на наш погляд, недолік трансформатора НАМІ-10.
У нормальному режимі при рівності індуктивного опору обмотки фази В і сумарного ємнісного опору електричної мережі виникає ферорезонансний процес, який через малі струми не викликає пошкоджень трансформатора напруги, але визначає недопустиме підвищення фазної напруги і напруги 3U0 розімкнутого трикутника** замикання на землю в електричній мережі. При замиканні на землю фази А або С при рівності індуктивного опору обмотки фази і ємнісного опору між фазами АВ або СВ виникає ферорезонанс з можливим пошкодженням трансформатора.
Крім того, слід зазначити, що вектори фазних напруг Uао та Uсо отримані штучним шляхом – додаванням двох векторів інших фаз, а саме: Uао = Ubo + Uab та Uсо = Ubo + Ucb. Внаслідок цього Uао та Uсо не відповідатимуть своїм істинним параметрам. Похибки ТНК НАМИ-10 в нормальному режимі і при нормальному навантаженні представлені в таблиці. Для класу точності 0,5 межа допустимої похибки напруги +0,5%, кутовий +20'.
У точній відповідності до авторського свідоцтва на вказаний вище винахід випускається трифазний антирезонансний ТНКІ марки НАМІТ-10-2 (виробляються з 1997 р. у ВАТ «Самарський трансформатор»). На рис. 3 представлена схема з'єднання НАМІТ-10-2, а на рис. 4 – автоматична схема оперативних кіл.
Нормальний режим роботи ТНК здійснюється при замкнутій вторинній обмотці ТНП за допомогою перемикача SA або при автоматичному режимі контактами реле KL. У цьому режимі обмотка високої напруги ТНП має тільки активний опір порядку 6 кОм, що забезпечує зниження зазначеного негативного ефекту роботи ТНКИ в режимі відкритого трикутника при однофазному замиканні в електричній мережі.
При симетричному трифазному напрузі з допомогою неідентичності повного опору фаз А, У, З боку ВН на висновках пекло – хд виникає напруга небалансу Uнб. При розмиканні вторинної обмотки ТНП опір його обмотки ВН збільшується до 300 кОм і, як наслідок, через збільшення падіння напруги на ній підвищується напруга зміщення нуля Uо обмотки ВН. Це викликає зростання напруги Uнб на висновках пекло – хд.
При виникненні ферорезонансу (XL=XC), автоматично розмикається вторинна обмотка ТНП. При цьому опір первинної обмотки збільшується до 300 кОм, рівність XL=XC порушується і ферорезонанс зривається.
При однофазному замиканні на землю при шунтуванні та дешунтуванні обмотки ПН ТНП напруга Uнб на висновках пекло – хд дорівнює відповідно » 100 В і » 70-80 В. При шунтуванні обмотки ПН ТНП струм у ній досягає значення 7-8 А, що менше допустимого струму цієї обмотки. Однак цей струм не впливає на навантаження ТНКІ, а отже, і на його похибку. Оптимальним з точки зору виконання функціональних можливостей та вимог до класу точності серед трансформаторів контролю ізоляції в мережі 6-10 кВ слід вважати ТНКІ марки НАМІТ-10-2, що виготовляється у ВАТ «Самарський трансформатор» відповідно до Патенту N 1319158 на винахід «Пристрій для захисту від резонансних перенапруг трансформатора напруги в мережі з ізольованою нейтраллю».
Автори: Степанов Ю.А., Кузнєцов А.П., Ігнатьєв М.М.
Всього коментарів: 0