Явление перенапряжения очень распространено в системах электроснабжения. При отсутствии профилактических мер оно может возникнуть в любой момент. Существует множество факторов, способных вызвать перенапряжение в электрической сети, основными из которых являются резонансное перенапряжение, коммутационное перенапряжение и грозовое перенапряжение.
Резонансное перенапряжение возникает на высокой частоте и представляет значительную опасность в режиме нормальной эксплуатации. Как только возникает перенапряжение, оно часто приводит к повреждению электрического оборудования и даже вызывает масштабные отключения электроэнергии. Обычно аварии, связанные с перенапряжением в сетях среднего и низкого напряжения, в большинстве случаев вызваны резонансными явлениями.
В сетях среднего и низкого напряжения, используемых для производства и эксплуатации электроэнергии, наблюдаются различные формы и способы возникновения аварийных ситуаций, а также различаются свойства резонанса. Поэтому необходимо понимать свойства и особенности различных типов резонансов, овладеть знаниями об их колебательных характеристиках и разработать контрмеры и мероприятия по предотвращению и гашению колебаний. В настоящее время большинство распределительных сетей в Китае напряжением 35 кВ и ниже по-прежнему функционируют с изолированной (незаземлённой) нейтралью, а некоторые используют устаревшие дугогасительные (гармонические) реакторы для заземления. Практика показала, что в системах с изолированной нейтралью, с одной стороны, часто возникают перенапряжения феррорезонанса, вызванные насыщением сердечника трансформаторов напряжения. Хотя для ограничения перенапряжений резонанса применяется множество мер — например, гармонические лампы, устройства подавления гармоник, добавление резисторов в точку нейтрали высокого напряжения трансформаторов напряжения или использование одного трансформатора напряжения — фундаментального решения этой проблемы до сих пор не найдено. Продолжают происходить случаи выхода из строя трансформаторов напряжения и перегорания предохранителей. С другой стороны, основной особенностью режима работы с изолированной нейтралью является то, что при однофазном замыкании на землю допускается сохранение работоспособности сети в течение определённого времени (обычно 2 ч) без отключения потребителей. Однако по мере расширения сетей среднего и низкого напряжения количество отходящих линий и общее число проводов увеличиваются, а ёмкостный ток сетей среднего и низкого напряжения относительно земли значительно возрастает. Если при однофазном замыкании на землю дуга не гасится автоматически, неизбежно возникают дуговые перенапряжения, величина которых обычно составляет от трёх до пяти и более фазных напряжений. Это приводит к электрическому пробою в участках слабой изоляции сети и вызывает повреждение оборудования и отключения питания вследствие междуфазных коротких замыканий. Из-за конструктивных ограничений системы, использующие устаревшие методы заземления с применением дугогасительных реакторов, могут функционировать только в режиме перекомпенсации и не способны обеспечить полную компенсацию. Следовательно, степень расстройки установлена относительно высокой — примерно 20–30 %, и такие системы не оказывают подавляющего действия на дуговые перенапряжения. Кроме того, требуется ручная регулировка ответвлений, однако в этом случае напряжение не может быть своевременно отрегулировано до оптимального рабочего значения в соответствии с изменениями ёмкостного тока замыкания на землю в сети, что снижает эффективность функционирования и делает такие системы непригодными для применения в автоматизированных (безлюдных) подстанциях энергосистемы.
Следовательно, устройство компенсации замыкания на землю, основанное на принципе автоматической настройки, может эффективно решать подобные проблемы за счёт режимов работы: сверхкомпенсации, полной компенсации и недокомпенсации. В настоящее время автоматическое устройство компенсации замыкания на землю состоит в основном из пяти частей: заземляющего трансформатора, катушки гашения дуги, части микрокомпьютерного управления, части демпфирующего резистора, специального трансформатора нейтрали и нелинейного резистора. Заземляющий трансформатор подключён к катушке гашения дуги в качестве искусственной нейтральной точки. Ток катушки гашения дуги регулируется посредством нагрузочного переключателя и удалённо управляется автоматически. Применяется метод предварительной регулировки, то есть при нормальном режиме работы отвод катушки гашения дуги в любой момент времени настраивается на оптимальное положение в соответствии с изменениями параметров электрической сети. Автоматическое слежение и автоматическая настройка осуществляются с помощью микрокомпьютерного контроллера. Измеряя фазу между напряжением смещения и токами и напряжениями основной и нейтральной точек, можно точно рассчитать, проанализировать и выдать команды на автоматическую регулировку, а также отобразить соответствующие параметры, такие как ёмкостный ток, индуктивный ток, остаточный ток и напряжение смещения. Устройство также способно выполнять функции вызова данных, сигнализации, автоматической печати и удалённой передачи сигналов, что удовлетворяет требованиям无人-подстанций.
Автоматическое устройство насm