Широко застосовуються в даний час дугогасні котушки (ДГК) як засіб захисту електрообладнання від наслідків однофазних замикань через наявність несиметрії по фазах не тільки не покращують роботу мережі, а навпаки, створюють більш несприятливі умови для роботи ізоляції електрообладнання. Перекоси напруг по фазах різко скорочують термін служби ізоляції всієї електрично пов'язаної мережі і не забезпечують необхідної ефективності захисту електрообладнання мереж в режимі дугових замикань фази на землю в тому числі і вимірювальних трансформаторів напруги тому зростання кратності перенапруг на елементах мережі пропорційний ступеню несиметрії напруги по фазах, і може досягати величини (3-4) Uф і більше. Через зазначених причин аварійність в сучасних мережах сягає 120-140 ушкоджень на рік на кожні 100 км ліній, до 80% з яких розвиваються у міжфазні короткі замикання або багатомісні пробої ізоляції на пошкодженій фазі.

       У числі досліджень численних комутаційних перенапруг, що виникають внаслідок всякого роду замикань і розмикань електричних ланцюгів, найбільша кількість досліджень було присвячено досить поширеним перенапряжениям при дугових замиканнях на землю в високовольтних мережах, що працюють з ізольованою нейтраллю.
       Основоположником досліджень цих перенапруг був Петерсен, який в 1916 р. розробив теорію, що пояснює фізичну сутність процесу виникнення максимальних перенапруг.
       У 1923 р. Петерс і Слепян запропонували іншу теорію, принципово відмінну від теорії Петерсена.
       Пізніше ці теорії доповнюється різними авторами на підставі теоретичних і лабораторних досліджень щодо рівнів максимальних перенапруг і форми їх розвитку.
       У 1957 р. М. М. Беляковим була опублікована теорія виникнення перенапруг при дугових замикання на землю також у мережах з ізольованою нейтраллю.
       Процес виникнення максимальних перенапруг у відповідності з теорією Петерсена має такі характерні особливості:
       а) Повторні запалювання заземлювальної дуги представляються у вигляді металевих замикань. У зв'язку з цим не враховується наявність у дуги вольт-амперної залежності, яка в дійсності для струмів високої частоти має явно динамічний характер, тобто напруга на дузі не має чітко виражених піків гасіння та запалення, як це зазвичай прийнято вважати для статичної характеристики. Процес деионизации запізнюється щодо зміни струму в дузі.
       Повторні запалення по Петерсену відбуваються регулярно через кожен напівперіод при максимальній напрузі на пошкодженій фазі, коли напруга джерела живлення дорівнює максимальному значенню. Максимальні перенапруги можуть досягати величини 7.5 Uф.
       б) тривалість горіння дуги при кожному повторному запалюванні дорівнює напівперіоду вільних коливань, незважаючи на те, що величина струму та швидкість його зміни з кожним напівперіодом збільшується, а також збільшується його теплове і іонізуюче дію.
       в) Після кожного гасіння дуги в мережі з'являється дедалі більше постійна напруга зсуву Uсм.
       г) Відновлення напруги на пошкодженій фазі після гасіння дуги має коливальний характер з високочастотним піком, що перевищує величину фазної напруги. Однак, припущено, що діелектрична міцність місця пошкодження наростає швидше, ніж напруги, що відновлюється.
       д) При кожному напівперіоді перенапруги змінюють свій знак.
       Характерними особливості виникнення перенапруг з теорії Петерса і сліпучі є:
       а) Повторні запалювання представляються також у вигляді металевого замикання на землю. Вони відбуваються регулярно через кожен період при максимальному значенні напруги на пошкодженій фазі (при першому і всіх наступних запалювання відповідно ± Uф і ± 2 Uф).
       б) тривалість горіння дуги при кожному повторному запалюванні дорівнює напівперіоду промислової частоти.
       в) Оскільки гасіння дуги відбуваються при кожному проходженні струму промислової частоти через нульове значення, то піки гасіння відсутні. Відновлення напруги на пошкодженій фазі після гасіння дуги відбувається плавно з промислової частотою.
       г) Однакові (за винятком першого) перенапруги при кожному запалюванні дуги утворяться в результаті неизменяющиеся початкових і кінцевих напруг на пошкоджених фазах, відповідно ± 0.5Uф і ± 1.5Uф.
       д) перенапруги знака не змінюють.
       Для виникнення максимальних перенапруг по Белякова необхідно збіг двох основних умов в одному циклі, а саме:
       а) Перше запалювання дуги має відбутися ранбше максимуму е.р.с. пошкодженої фази, щоб до моменту гасіння (максимуму напруги на пошкодженій фазі) перший пік напруги, що відновлюється досягав величини 0.4Uф.
       б) Друге запалювання дуги, при якому на відстаючій фазі виникають найбільші перенапруги 3.2Uф, має відбутися саме в момент при напрузі пошкодженої фази, приблизно рівному 2.2Uф, тобто більше, ніж перше запалювання [1, 2].

       Мережі одного і того ж номінального напруги при різних способах заземлення нейтралі мають ряд відмінностей в технічних і економічних показниках. Спосіб заземлення нейтралі в першу чергу впливає на величину струму замикання на землю. Тому ПУЕ всі електричні мережі, в залежності від величини струму, поділяє на мережі з малим і мережі з великим струмом замикання на землю. Згідно з прийнятими в Україні нормами мережі 6-10 кВ відносяться до мереж з малим струмом замикання на землю. [2]

       Для теоретичних досліджень за основу взята мережа зображена на рис.1, в якій джерело харчування представлений своїми ЕРС і параметрами схеми заміщення, мережа представлена міжфазних ємністю і ємністю фаз по відношенню до землі, вимірювальний трансформатор зображений у вигляді індуктивності розсіювання обмоток та їх активними опорами, в нейтралі вимірювального трансформатора включений активний резистор. Режим замикання фази на землю імітувався замиканням і розмиканням рубильника S [3].

Рисунок 1 — Принципова схема заміщення електричної мережі з ТН, для дослідження перехідних процесів в режимі дугових замикань фази на землю

       1) У результаті проведених досліджень встановлено, що однією з можливих причин пошкодження ТН в мережах з ізольованою нейтраллю при дугових замиканнях на землю є ферорезонансні процеси, що виникають у мережі після гасіння дуги в місці замикання фази на землю, що ілюструється осцилограм, представленої на рис2.
       2) За результатами дослідження запропоновано ряд заходів, практична реалізація яких дозволить істотно поліпшити умови роботи ТН, у розглянутих мережах з ізольованою нейтраллю і знизити їх пошкоджуваність.

       На основі великого обсягу досліджень, виконаних з використанням математичних і фізичних моделей в мережі з ТН і окремих дослідах в реальних мережах, нами виявлені принципово нові явища, про причини пошкоджуваності вимірювальних трансформаторів в електричних мережах з ізольованою нейтраллю при дугових і переміжних замиканнях фази на землю, вимагають принципово нових підходів до вибору засобів і схемних рішень для вдосконалення умов роботи ТН в розглянутих мережах.
       При виборі засобів захисту для кожної конкретної мережі повинні враховуватися її специфічні особливості, зокрема: її параметри, стан ізоляції, категорія споживачів, наявності засобів захисту від замикань на землю, вимоги до електробезпеки і т.д.

Рисунок 2 — Розрахункова осцилограма перехідних процесів в мережі з ТН при дугових замиканнях фази на землю.

(Анімація: обсяг — 76 КБ; розмір — 76 КБ; кількість кадрів — 4; затримка між кадрами — 50 мс; кількість циклів повторення — 7.)
        

1. Лихачев Ф.В. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. — Москва: Энергия, 1971. — 254 с.
2. Евдокунин Г. А., Гудилин С. В., Корепанов А. А. Выбор способа заземления нейтрали в сетях 6-10 кВ. Электричество, 1998, N 12
3. Брянцев А.М., Базылев Б.И., Бики М.А., Уколов С.В., Долгополов А.Г.. Лурье А.И., Евдокунин Г.А., Славин Г.А. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы - новое электротехническое оборудование. Электротехника, N 7, 1999.

!!! При написанні даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Дата остаточного завершення роботи: грудень 2011 Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його наукового керівника після зазначеної дати.