Экспериментальные исследования феррорезонанса в схеме с НТМИ-6

30 мая 2022 года на РЭТЗ прошла встреча ~~фан-клуба Гриши Ведерникова~~ заинтересованных в организации аттестации ТН 6–35 кВ с нормальными испытаниями на стойкость к феррорезонансу. Наша выездная бригада (aka "Наука приехала") помогала демонстрировать гостям трехфазный стенд на 6 кВ для проверки ТН на стойкость к феррорезонансу в режиме перемежающихся дуговых ОЗЗ. "Вертушка" отработала хорошо, трехфазная группа ЗНОЛ-6 отрезонировала еще лучше, всем все понравилось.

После окончания официальной части мероприятия мы отыскали НТМИ-6 и решили немного поиспытывать и его (когда еще такой момент представится?). Полноценными эти испытания конечно не назовешь – всего 6 значений суммарной емкости (0,12; 0,36; 0,72; 2,17; 3,62 и 4,82 мкФ), на двух из них всего по одной осциллограмме. Но хоть что-то. Чтобы не затерялись результаты, я решил по-простенькому не заморачиваясь построить графики и свести их в одно место.

Замыкания делали "вертушкой" и, если наблюдался устойчивый ФР между ПЗ (которые шли с периодом чуть более секунды), имитировали металл вакуумником, дабы проследить устойчивость на длительном интервале времени.

Опыты проводили как без резистора 25 Ом в нагрузке дополнительной обмотки, так и при его наличии (правда, ни сразу сообразили его включать, поэтому для пары значений емкости опытов с резисторов не выполнили).

Итак, привожу графики опытов от минимальной суммарной емкости к максимальной. На графиках вверху расположены:

осциллограммы напряжений фаз и нейтрали на всем интервале опыта;
осциллограмма тока в нейтрали обмотки ВН (3i0) на всем интервале опыта.

Справа на этих осях текстовая "заплатка" с информацией о емкостях установки и наличии/отсутствия резистора 25 Ом. На этих же осях голубым контуром выделен для "зуммирования" и подробного разглядывания некоторый интервал времени (для каких-то опытов, где больше того, что хочется разглядеть, контуров "зуммирования" не 1, а 3: еще фиолетовый и салатовый). Ниже этот интервал/интервалы масштабируются в том же порядке (сначала напряжения, под ними ток). Если на интервале устанавливается ФР, то в углу приводится оценка его частоты.

0,12 мкФ

2 "опарыша" последовательно в нейтрали, в фазы конденсаторы не включали. НТМИ при такой маленькой емкости без резистора устойчиво резонирует охотно. Либо сразу на частоте около 25 Гц, либо сначала недолго пытается на частоте 50 Гц, потом все равно срывается на 25 Гц. Резистор 25 Ом все ФР-процессы гасит (забегая вперед – НТМИ вообще с резистором 25 Ом ни на каких емкостях у нас не резонировал).

Перемежающееся дуговое ОЗЗ "вертушкой" (опыт 14)

Устойчиво резонирует более чем в 50 % случаев.

Опыт 14. Весь опыт и zoom 1

Опыт 14. Zoom 2 и zoom 3

Металлическое замыкание вакуумником (опыт 15)

Зарезонировал на 25 Гц сразу после подачи напряжения на установку. После окончания замыкания была даже попытка в 50 Гц (быстро сорвалось на устойчивые 25 Гц).

Опыт 15. Весь опыт и zoom 1

Опыт 15. Zoom 2 и zoom 3

Включение установки под рабочее напряжение (опыт 16)

В некотором роде – имитация испытаний на "ложную землю" (хоть и коммутация по низкой стороне испытательного тр-ра). НТМИ это испытание без резистора не прошел.

Опыт 16. Весь опыт и zoom

Перемежающееся дуговое ОЗЗ "вертушкой", с резистором 25 Ом (опыт 13)

Никаких намеков на феррорезонанс, резистор все гасит (формально колебательно, но очень быстро – близко к апериодическому характеру).

Опыт 13. Весь опыт и zoom

0,36 мкФ

По 2 "опарыша" последовательно в каждой фазе, в нейтрали без конденсаторов. НТМИ (без резистора) при такой емкости резонирует на частоте порядка 25 Гц, но условно-устойчиво: не более 3-х секунд.

Перемежающееся дуговое ОЗЗ "вертушкой" (опыт 10)

ФР развивается во что-то продолжительностью хотя бы несколько десятых долей секунды примерно после трети гашений дуги, примерно в половине этих случаев (т. е. около 15 % от общего числа ПЗ) ему удается продержаться до следующего зажигания дуги (т. е. более секунды).

Опыт 10. Весь опыт и zoom 1

Опыт 10. Zoom 1 и zoom 2

Металлическое замыкание вакуумником (опыт 11)

За 50 секунд записи успели сделать вакуумником 5 ПЗ, ни в одном случае ФР не продержался больше 3 секунд.

Опыт 11. Весь опыт и zoom 1

Опыт 11. Zoom 1 и zoom 2

Перемежающееся дуговое ОЗЗ "вертушкой", с резистором 25 Ом (опыт 12)

Резистор отрабатывает. Нейтраль разряжается за 2-3 полупериода с низкой частотой.

Опыт 12. Весь опыт и zoom

0,72 мкФ

По 1 "опарышу" в каждой фазе, в нейтрали без конденсаторов. НТМИ (без резистора) при такой емкости устойчиво резонирует на частоте порядка 25 Гц.

Перемежающееся дуговое ОЗЗ "вертушкой" (опыт 4)

Устойчивый ФР развивается примерно после двух гашений дуги из трех. То прям четко на частоте 25 Гц, то на частоте ниже на несколько десятых Гц (при этом обе разновидности процесса довольно устойчивы, по крайней мере доживают до следующего зажигания дуги).

Опыт 4. Весь опыт и zoom 1

Опыт 4. Zoom 1 и zoom 2

Металлическое замыкание вакуумником (опыт 5)

Сделали 1 зажигание/гашение, устойчивый ФР держался до самого отключения питания (более 40 секунд). В основном процесс шел на частоте 25 Гц, порой на 1-2 секунды сбиваясь на "24 с копейками".

Опыт 5. Весь опыт и zoom 1

Опыт 5. Zoom 1 и zoom 2

Перемежающееся дуговое ОЗЗ "вертушкой", с резистором 25 Ом (опыт 7)

Резистор отрабатывает. Нейтраль разряжается колебательно с низкой частотой, можно выделить примерно 2-3 периода.

Опыт 7. Весь опыт и zoom

Металлическое замыкание вакуумником, с резистором 25 Ом (опыт 6)

Попробовали и так, успели сделать 5 ПЗ. Резистор по-прежнему отрабатывает.

Опыт 6. Весь опыт и zoom

2,17 мкФ

По 1 "опарышу" в каждой фазе, в нейтрали примерно 1,4 мкФ. НТМИ при такой емкости где-то после каждого второго гашения дуги пытается резонировать на довольно непривычной частоте порядка 22,3 Гц. Иногда такой феррорезонанс держится до следующего ПЗ, но чаще успевает затухнуть.

К сожалению, сделали только опыт с вертушкой и без резистора 25 Ом. Но, судя по остальным результатам, резистор такой ФР должен подавить.

Перемежающееся дуговое ОЗЗ "вертушкой" (опыт 3)

Опыт 3. Весь опыт и zoom 1

Опыт 3. Zoom 1 и zoom 2

3,62 мкФ

По 1 "опарышу" в каждой фазе, в нейтрали примерно 2,9 мкФ. При замыкании вертушкой в отсутствии резистора 25 Ом устойчивых феррорезонансов мы не зарегистрировали, поэтому ограничились только одним опытом в такой конфигурации.

Перемежающееся дуговое ОЗЗ "вертушкой" (опыт 2)

Разряд нейтрали имеет ярко выраженный колебательный характер с уменьшающейся частотой, занимает несколько периодов. Но частота изначально ниже 25 Гц, скорее всего именно поэтому ФР не развивается.

Опыт 2. Весь опыт и zoom

4,82 мкФ

По 1 "опарышу" в каждой фазе, в нейтрали примерно 4,1 мкФ. Сделали по одному опыту с вертушкой в отсутствии и при наличии резистора 25 Ом. Феррорезонансов не обнаружили.

Перемежающееся дуговое ОЗЗ "вертушкой" (опыт 9)

Картина аналогична той, что наблюдалась при емкости 3,62 мкФ: разряд нейтрали имеет ярко выраженный колебательный характер с уменьшающейся частотой, занимает несколько периодов, частота изначально ниже [потенциально] резонансной 25 Гц.

Опыт 9. Весь опыт и zoom

Перемежающееся дуговое ОЗЗ "вертушкой", с резистором 25 Ом (опыт 8)

С резистором 25 Ом нейтраль разряжается еще быстрее, хоть и все равно колебательно.

Опыт 8. Весь опыт и zoom

Сводка результатов

Для удобства главное из вышеизложенного по каждому опыту свел в таблицу. Сюда же включен опыт 17: установка без конденсаторов (имитация ненагруженных шин), просто включаем питание по низкой стороне (своеобразная имитация испытания на "ложную землю"). Без резистора не делали (судя по результатам опыта с емкостью 0,12 мкФ, можно не сомневаться – ФР бы имел место), а вот с резистором проверили. И тут он отработал – ФР и смещений нейтрали не было.