Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние электрооборудования и электробезопасности сельского хозяйства 10
1.1 Анализ состава и состояния электрооборудования сельскохозяйственных потребителей 10
1.2 Общая характеристика н анализ работы системы электрической защиты 12
1.3 Обзор аппаратов для защиты от аварийных режимов 14
1.3.1. Плавкие предохранители 14
1.3.2 Автоматические выключатели 17
1.3.3 Защита по минимальному напряжению 19
1.3.4 Защита электродвигателей с контролем по току фаз 19
1.3.5 Защита от поражения электрическим током
1.3.5.1 Принцип действия УЗО 20
1.3.5.2 Основные виды УЗО 24
1.3.5.3 Комбинированные устройства защитного отключения 27
1.3.5.4 Особенности работы в пятипроводной сети 29
1.4 Основные методы расчета аварийных и ненормальных режимов..34
1.4.1. Исходные положения о ненормальных режимах работы асинхронных электродвигателей 34
1.4.2. Аварийные режимы
1.4.2.1. Исходные положения об аварийных режимах 46
1.4.2.2. Классификация аварийных режимов 47
1.5. Обзор основных методов расчета аварийных и ненормальных режимов 49
1.5.1. Метод симметричных составляющих 49
1.5.2 Метод фазных координат 52
1.6. Цели и задачи исследования 52
1.6.1 Выводы по главе 1 53
ГЛАВА 2 Разработка комбинированного устройства защиты 57
2.1. Разработка КУЗО 57
2.2. Предлагаемое комбинированное устройство защиты электроустановок 65
2.3. Предлагаемое устройство контроля сопротивления изоляции и сушки обмоток электродвигателя 66
2.4 Выводы по главе 2 68
ГЛАВА 3 Теоретические исследования, положенные в основу разработанного комбинированного устройства защиты 69
3.1 Математическая модель устройства защиты 69
3.2 Математическая модель асинхронного электродвигателя (АЭ) 72
3.2.1 Влияние электрической сети на работу устройства защиты 77
3.3 Определение несимметрии напряжения в фазах при различных видах нагрузки 83
3.3.1 Влияние несимметрии питающей сети на работу асинхронного электродвигателя 88
3.3.2 Математическая модель «комбинированное устройство защиты -электродвигатель-электрическая сеть» 3.4 Влияние температуры на сопротивление изоляции 97
3.5 Определение порога срабатывания КУЗО 98
3.6 Выводы по главе 3 102
ГЛАВА 4 Экспериментальные исследования комбинированного устройства защиты 104
4.1 Программа экспериментальных исследований 104
4.2 Описание экспериментальной установки 104
4.3 Результаты экспериментальных исследований порога срабатывания комбинированного устройства защиты оттока утечки и величины напряжения 106
4.3.1 Проверка эксплуатационных свойств комбинированного устройства защитного отключения 122
Выводы по главе 4 132
ГЛАВА 5 Экономическое обоснование комбинированных устройств защиты 134
5.1 Расчет надежности проектируемого устройства 134
5.2 Надежность системы электрификации при введении комбинированного устройства защитного отключения 137
5.3 Экономическая эффективность от внедрения комбинированного устройства защитного отключения 138
Заключение 142
Выводы по работе 142
Список использованных источников
- Защита по минимальному напряжению
- Предлагаемое комбинированное устройство защиты электроустановок
- Влияние электрической сети на работу устройства защиты
- Надежность системы электрификации при введении комбинированного устройства защитного отключения
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В сельском хозяйстве большинство
агрегатов, стационарных и мобильных, часто используется в сырых,
неотапливаемых помещениях и на открытом воздухе. Климатические,
биологические факторы внешней среды отрицательно влияют на
электрическую изоляцию и другие элементы электроустановок, способствуя химическому разложению материалов, потери их механической прочности и ухудшению их электрических характеристик. Низкое качество электроэнергии и плохое состояние электрических сетей приводят к возникновению аварийных режимов в электроустановках. Для обеспечения надежности электроустановок в таких условиях приходится использовать комплекс защитных и управляющих средств, что усложняет системы управления и повышает их стоимость.
Поэтому научные исследования, направленные на создание эффективных устройств, обеспечивающих повышение надежности и безопасности электрооборудования без серьезного усложнения конструкции и значительного увеличения затрат, актуальны и имеют важное народнохозяйственное значение.
Весомый вклад в исследование повышения эффективности защиты сельскохозяйственных электроустановок от аварийных и ненормальных режимов внесен учеными: Грундулисом А.О., Монаковым В.К., Сошниковым А.А., Никольским O.K., Олиным Д.М., Монаховым А.Ф., Балашовым О.П., Сомовым И.Я. и др.
Основываясь на работах этих ученых, предлагается комбинированное устройство защиты электроустановок от токов утечки и несимметрии питающего напряжения.
Исследования выполнены в лаборатории кафедры "Электротехнологии" Брянской государственной сельскохозяйственной академии.
Цель исследования. Разработка комбинированного устройства защиты электроустановок от токов утечки и несимметрии питающего напряжения.
Объектом исследования явилось комбинированное устройство защиты.
Предметом исследования являются процессы, протекающие в комбинированном устройстве защиты при несимметрии напряжения, однофазных и двухфазных утечках тока, изменении сопротивления изоляции.
Для достижения цели исследования в диссертационной работе поставлены следующие научно-практические задачи:
разработка комбинированного устройства защиты;
разработка теоретических закономерностей, характеризующих работу комбинированного устройства защиты (КУЗО);
экспериментальное исследование влияния параметров напряжения сети и токов утечки на порог срабатывания КУЗО;
разработка устройства контроля и сушки обмоток электродвигателя;
определение эффективности применения КУЗО.
Методы исследования. В работе использовались: метод фазных
координат, теория электрических цепей, средства математической обработки результатов эксперимента, в частности регрессионный анализ.
Научная новизна.
Разработана математическая модель комбинированного устройства защиты, которая позволила определить теоретические закономерности, характеризующие работу комбинированного устройства защиты при несимметрии питающего напряжения;
Разработано комбинированное устройство защиты электроустановок от токов утечки и несимметрии питающего напряжения;
Получены закономерности, позволяющие определить параметры КУЗО и производить его настройку;
Для предотвращения возникновения токов утечки вследствие увлажнения изоляции электродвигателей предложено устройство контроля сопротивления изоляции и автоматической сушки обмоток электродвигателей;
Практическая ценность работы.
Разработано комбинированное устройство защиты электроустановок, защищающее от утечек тока и несимметрии питающего напряжения;
Предложены закономерности, позволяющие вести расчет и настройку комбинированного устройства защиты;
Разработано устройство контроля сопротивления изоляции и сушки
обмоток электродвигателей, позволяющее автоматически проводить сушку обмоток при их увлажнении после отключения питания электродвигателя;
Проведенные экспериментальные исследования и апробация на
предприятиях агропромышленного комплекса показали эффективность
предлагаемых решений и позволяют рекомендовать их к использованию в
агропромышленном комплексе.
Новизна технических решений защищена патентами РФ.
Достоверность выводов и рекомендаций обусловлена использованием современных теорий, методов расчета и обработки результатов исследований, а также совпадением проверки КУЗО в лабораторных и производственных условиях с теоретическими предпосылками. Эксперименты выполнены в соответствии с действующими ГОСТами и разработанными методиками, подтвержденными актами и протоколами испытаний.
Экономическая эффективность. Результаты выполненных исследований способствуют повышению конкурентоспособности аграрного сектора экономики страны. Использование разработанного КУЗО в колхозе «Перенка» Смоленской области позволит сократить ущерб от выхода из строя электрооборудования и получить годовой экономический эффект в размере 109305 руб.
Основные положения работы, выносимые на защиту:
техническое решение, защищенное патентом РФ №95433, на полезную
модель «Комбинированное устройство защиты электроустановок»;
математические соотношения, позволяющие произвести необходимую
настройку комбинированных устройств защиты с учетом взаимного влияния цепей и воздействия мешающих факторов;
математическая модель системы «электрическая сеть - комбинированное устройство защиты - электродвигатель» в несимметричных и аварийных режимах работы;
техническое решение, защищенное патентом РФ №2446546, на
изобретение «Устройство контроля сопротивления изоляции и сушки обмоток электродвигателя»;
результаты экспериментальных исследований.
Апробация работы. Диссертационная работа обсуждена и одобрена на объединенном заседании кафедр ФГБОУ ВПО БГСХА в 2013 г. Отдельные материалы, входящие в диссертацию, стали темой докладов ежегодных и публикаций на международных научно-технических конференциях в ФГБОУ ВПО БГСХА (Кокино, 2009-2013 гг.), ФГБОУ ВПО СГАУ им. Н.И.Вавилова (г. Саратов, 2010 г.), на международной научно-практической заочной конференции в филиале Вяземского ФГБОУ ВПО МГИУ (г. Вязьма, 2012 г.)
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 14 печатных работах, в том числе в 3 изданиях, рекомендованных ВАК, включая 2 патента РФ: №95433 на полезную модель «Комбинированное устройство защиты электроустановок», опубликованный в бюллетене №18 27.06.2010 года и патент №2446546 на изобретение «Устройство контроля сопротивления изоляции и сушки обмоток электродвигателя», опубликованный в бюллетене №9 27.03.2012 года.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание диссертации изложено на 170 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок, 13 таблиц, 8 приложений и список литературы из 106 наименований.
Защита по минимальному напряжению
Главная цель эксплуатации электрооборудования состоит в поддержании таких уровней его надёжности и использования, при которых обеспечивается эффективная работа технологических объектов, оснащённых этим оборудованием. Условия эксплуатации оказывают существенное влияние на эксплуатационную надёжность электрооборудования. Климатические, биологические и механические факторы внешней среды отрицательно влияют на электрическую изоляцию и другие элементы электроустановок, способствую химическому разложению материалов, потери их механической прочности и ухудшению их электрических характеристик.
Внедрение новых технологий, оборудования, электронных систем управления и автоматизации, новых форм организации труда позволит вывести сельское хозяйство из затянувшегося кризиса, перевести сельскохозяйственное производство на высокоиндустриальную основу, превратив его в высокорентабельное и высокоэффективное.
Рассмотрим состояние сельскохозяйственных потребителей электрической энергии на примере предприятий Рославльского района Смоленской области. Состояние сельского хозяйства Смоленской области выглядит довольно удручающим. Если взять, к примеру, сельскохозяйственные предприятия Рославльского района, то на них можно обнаружить минимум электрооборудования и электротехнологических установок. Выпущенное в 80-х годах прошлого века, оно уже давно не отвечает даже минимальным техническим, экологическим, санитарным, эргономическим требованиям. В связи с большим энергопотреблением некоторые установки и вовсе отключены и не используются по своему прямому назначению, например сенажная башня СБ-9,15 в колхозе «Перенка» (см. приложение 1,2,3).
Наиболее распространённые сельскохозяйственные агрегаты и установки в сельскохозяйственных предприятиях Рославльского района являются: доильные установки АД-100Б; очистители вороха и первичной обработки зерна ОВС-25(20); машины первичной очистки и сортировки зерна СМ-4,ОС-4,5; зерноочистительно-сушильные комплексы КЗС-25/1, КЗС-20/2, ЗАВ-20/1; молокоохладители СМ-1250, водоподогреватели ВЭП-400 (табл. 1.2 -1.4).
Всё это оборудование работает в агрессивных средах. Пусковая аппаратура данных установок размещается в несоответствующих ГОСТам металлических, порой в самодельных деревянных(!) ящиках и коробах, подверженных воздействию влаги и сырости, в большинстве механических мастерских работает немудрёное старое оборудование.
Изменить сложившееся положение в электрохозяйствах можно, решив следующие задачи: - установка пускорегулирующей аппаратуры в коробки из термопластичных компаундов; - применение альтернативных источников энергии (гелиоколлекторов и др.); - внедрение систем зонного обогрева инфракрасными излучателями; - использование современных энергосберегающих систем управления технологическими процессами; - внедрение энергоэффективных систем освещения производственных помещений, уличного освещения; - внедрение систем местного обогрева производственных помещений инфракрасными излучателями; - регенерация теплоты на животноводческих фермах; - производство и использование биогаза; - использование естественного холода; - внедрение энергоэффективных систем и технологий поения, кормления, улучшенного содержания птицы; - внедрение экономичных теплогенераторов, воздухонагревателей для сушки зерна.
Из рассмотренных задач наиболее актуальной, на наш взгляд, является необходимость использования современных технологий и систем управления производственными процессами. Ее решение потребует замены большинства технологического оборудования и значительной модернизации инженерных сооружений и зданий, что в настоящее время не под силу сельхозпроизводителям.
Исходя из этого, мы предлагаем на первом этапе ограничиться модернизаций уже существующего оборудования.
Энергосбережение с каждым годом становится все более актуальной проблемой. Ограниченность энергетических ресурсов, высокая стоимость энергии, негативное влияние на окружающую среду, связанные с её производством, - все эти факторы невольно наводят на мысль, что разумней снижать потребление энергии, нежели постоянно увеличивать её производство, а значит, и количество проблем. Кроме того, из-за возрастающих экологических требований и высокой стоимости энергоресурсов предлагаемые технологии могут дать существенный экономический эффект.
Предлагаемое комбинированное устройство защиты электроустановок
Особой схемой построения является схема с коррекцией контролируемой величины (рис. 24). Такие устройства позволяют без существенного изменения базового защитного средства придать ему дополнительные функции, не меняя принципа защиты и не совмещая формально отдельные узлы. Дополнительное звено коррекции изменяет контролируемую величину, что приводит к срабатыванию основного (первого)канала
Широкие возможности для построения подобных устройств предоставляют устройства защитного отключения (УЗО).
Основная задача построения и выбора физических принципов работы дополнительного звена коррекции - обеспечение селективности каналов защит. Также необходимо обеспечить оптимальный алгоритм защиты, т.е. необходимую защитную характеристику.
Применение данного структуры позволяет без существенных затрат повысить эффективность защиты.
Для выполнения в полном объеме исследований, определяемых целью и научными задачами, разработана структурно-логическая схема, она определяет последовательность выполнения в диссертационной работе комплексных исследований КУЗО (рис. 25).
Регистрация различных аварийных режимов осуществляется различными методами, что приводит к использованию множества технических аппаратов или сложных комбинированных устройств. Это, Структурно-логическая схема разработки КУЗО для защиты электроустановок от токов утечки, коротких замыканий, мелолмофазных рожимоп, несимметрии напряжения
Структурно-логическая схема комплексных исследооаний КУЗО несомненно, приводит к повышенной стоимости защиты и снижению их надежности. Если перегрузки и короткие замыкания происходят обычно в конкретных условиях и именно эти установки требуется защищать, то возникновение неполнофазного режима в сети воздействует на всех потребителей.
Предлагаемое комбинированное устройство защиты электроустановок предназначено для защиты от поражения электрическим током и несимметрии напряжения. В стандартное УЗО вводятся дополнительные обмотки в дифференциальный трансформатор и токоограничительные конденсаторы.
Устройство состоит из дифференциального трансформатора, ключа К, электромагнитного исполнительного органа Y, конденсаторов (рис. 26).
При возникновении токов утечки суммарный магнитный поток катушек 1, 2, 3, 4 не будет нулевым, в катушке 8 индуцируется ЭДС, начинает протекать ток по исполнительному механизму Y, который отключает установку при помощи ключа К. Также не нулевым будет магнитный поток в сердечнике от катушек 5, 6, 7 при несимметрии питающего напряжения. Это приведет к отключению установки как описано выше. Конденсаторы С1...СЗ необходимы для создания необходимого порога срабатывания защиты.
Катушки 5, 6, 7 имеют большее по сравнению с катушками /, 2, 3, 4 числа витков (по 52 витка) для увеличения намагничивающей силы, что позволяет использовать для УЗО на дифференциальный ток срабатывания 30 мА конденсаторы ёмкостью 10 мкФ. При таком выборе элементов срабатывание защиты происходит при увеличении коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности до 9,3%.
Введение дополнительных катушек в трансформатор искажает магнитное поле сердечника и заметно увеличивает взаимную зависимость каналов защиты, т.е. при одновременном воздействии двух аварийных режимов пороги срабатывания защит снижаются. Поэтому целесообразно использовать устройство с большей селективностью по каналам защиты, что можно достичь введя пороговый элемент хотя бы в один канал. Это позволит работать каналу защиты только по достижению контролируемой величины близкой к пороговому значению. Схема такого устройства представлена на рис. 27.
При несимметрии в средней точке конденсаторов С1...СЗ появляется напряжение и при достижении им уровня стабилизации напряжения стабилизации стабилитрона VI возникает ток утечки, срабатывает УЗО и обесточивает нагрузку. Стабилитрон необходим для задания порога срабатывания и исключения влияния дополнительных устройств на порог срабатывания УЗО при небольших несимметриях. Резистор R\ является токоограничительным. Рисунок 28. Внешний вид комбинированного устройства защитного отключения в собранном состоянии
Основная причина возникновения токов утечки - уменьшение сопротивления изоляции, из-за наличия влаги и агрессивных сред, в которых эксплуатируется сельскохозяйственное оборудование. Большинство современных средств контроля состояния изоляции электродвигателей предполагает проверку сопротивления изоляции перед пуском и блокировку включения при его снижении ниже допустимого уровня или контроль токов утечки во время работы с последующим отключения двигателя. Они не поддерживают работоспособность привода, а лишь выполняют функции защиты.
Влияние электрической сети на работу устройства защиты
Упрощенная блок-схема математической модели АД-УЗ Если на промышленных предприятиях силовые и осветительные электросети, как правило, разделены, а расстояние до трансформатора обычно велико, то в сельских электрических сетях значительная длина низковольтных линий, а также смешанное подключение однофазных и трехфазных потребителей сильно влияют на стабильность и симметрию трёхфазных напряжений. Именно однофазные потребители, общая мощность которых часто превышает мощность трёхфазных потребителей, вызывают асимметрию в сельских электрических сетях.
Подключение и отключение всех однофазных потребителей происходят без определённой закономерности. Это означает, что в сельских электрических сетях всегда существует переменная асимметрия, которая влияет на стабильность работы устройств защиты.
Мощности сельских потребительских трансформаторов часто бывают соизмеримы с мощностями питающихся от них электродвигателей. В этом случае соизмеримы их сопротивления. Т.к. пусковой ток асинхронного электродвигателя в 5-7 раз превышает номинальный, то при пуске двигателя, мощность которого соизмерима с мощностью питающего трансформатора, его пусковой ток, вызывает значительные потери напряжения в обмотках трансформатора и питающей линии. И напряжение на зажимах двигателя соответственно будет значительно ниже номинального. Из-за снижения напряжения резко снизится пусковой момент двигателя. Может случиться так, что сниженного пускового момента электродвигателя окажется недостаточным, чтобы преодолеть момент сопротивления машины в момент трогания с места. В этом случае, если не сработает защита, длительный пусковой ток выведет его из строя.
Повышение напряжения на зажимах двигателя приводит к увеличению потребляемой им реактивной мощности. В среднем на каждый процент возрастания напряжения потребляемая реактивная мощность увеличивается на 3% и более, что вызывает дополнительные потери электроэнергии в статоре [49]. Основные потребители реактивной мощности - асинхронные двигатели, они потребляют 75% всей вырабатываемой реактивной мощности [50,56]. В целом реактивная нагрузка сельскохозяйственных предприятий не только соизмерима с активной, но и нередко превышает её.
Согласно [41] наиболее экономичная область применения асинхронных электродвигателей при напряжении до 1 кВ и мощности до 100 кВт; при напряжении до 6 кВ и мощности до 300 кВт; при напряжении 10 кВ и мощности до 400 кВт.
Как было отмечено в главе I, устройства защиты чувствительны к напряжению сети. Основными регулирующими устройствами напряжения в сетях 0,38 кВ являются трансформаторы. Цель такого регулирования -повышение качества электрической энергии по напряжению у электродвигателей. Для обеспечения экономичности режимов работы электрической сети необходимо, чтобы были обеспечены ограничения по напряжению в узлах нагрузки и минимум расхода активной мощности в сети: ит и ии, (54) ДР—»min Здесь U„„ /-соответственно нижний и верхний пределы напряжения; АР — суммарный расход активной мощности в сети.
В связи с этим необходимо выбрать такие временно-стабильные коэффициенты трансформации трансформаторов (КТТ) и значения источников реактивной мощности, которыми можно было обеспечить условия (55). Величина расхода энергии в элементе электрической сети определяется по формуле: № = P, (55) где Р - расход активной мощности, t - продолжительность времени. Р2 +02 С другой стороны ДW = Ъ1гып = - 2 Rt, (56) где /ср, Рср, Qcp, - соответственно среднеквадратичное значение тока активной и реактивной мощности; Ucp - среднее значение напряжения. Учитывая, что
Для определения степени влияния регулирующих устройств на напряжение узлов электрической сети можно использовать методы и алгоритмы теории чувствительности [57,58].
В качестве критериев для оценки чувствительности используется коэффициент чувствительности = —, (58) АК где Л U- приращение напряжения; АК - изменение коэффициента трансформации трансформатора. Поочередно меняя КТТ между верхними и нижними пределами, с помощью матрицы чувствительности можно определить значения коэффициента (59). Приращение напряжения определяется по формуле: [ДС/] = &М (59) Здесь [S] - матрица чувствительности; АК - вектор приращений КТТ. Матрица чувствительности характеризует чувствительность одних переменных по отношению к другим. В данном случае Sk характеризует чувствительность напряжения к изменению КТТ. Для определения элементов матрицы чувствительности необходимо вектор-функцию W (U,K) уравнений установившегося режима разложить в ряд Тейлора в окрестностях начальных значений векторов зависимых и независимых переменных [45]
Надежность системы электрификации при введении комбинированного устройства защитного отключения
В процессе лабораторных исследований предусматривалось определение возможностей защиты электроустановок устройством, реагирующим на неполнофазные режимы и токи утечки, а также проведение отсеивания факторов, не оказывающих влияние на работоспособность устройства, проводилась экспериментальная проверка теоретически полученных закономерностей.
План эксперимента: - определение значения напряжения в фазах; - измерение порога срабатывания при изменении тока утечки в фазе (утечка тока создается ступенчато, вначале однофазная, затем двухфазная); - измерение порога срабатывания при отклонениях тока утечки и нарушения симметрии питающего напряжения; - измерение эксплуатационных свойств. Исходя из вышеизложенного, программа исследований предусматривает поиск направлений совершенствования устройств защиты от несимметричных режимов и исключения возможности поражения электрическим током. Программой предусмотрено, также, проведение исследований в два этапа: лабораторные и производственные испытания.
Защитное отключение нагрузки от сети переменного тока при неполнофазных режимах обеспечивает исследуемое комбинированное устройство защиты, предложенное нами. Оно состоит из следующих основных узлов: источник напряжения питания, устройство защитного отключения, тиристоров, конденсаторов, токоограничивающего резистора.
Лабораторный стенд для экспериментального исследования комбинированного устройства защиты содержит: лабораторный автотрансформатор ЛАТР 220/250 В, для изменения напряжения, конденсаторы Ci...C3 (10 мкФ), стабилитроны VS марки Д816 Г, устройство защитного отключения, регулировочный резистор со ступенчатым регулированием RH (0,75-0,1 кОм), токоограничительный резистор R (240-1500 Ом), миллиамперметр переменного тока (0-200 мА).
Устройство работает следующим образом. Подключаем к устройству защитного отключения цепь нагрузки с помощью автоматического выключателя. Гибкими проводниками подключаем к показанным на схеме клеммам устройства измерительную цепь с переменным резистором и миллиамперметром. Переменный резистор первоначально должен находиться в положении максимального сопротивления. С помощью автотрансформатора устанавливаем напряжение. После чего меняем напряжение одной фазы. Затем регулировочным резистором задаем ступенчато утечку. При несимметрии напряжений в средней точке конденсаторов С\...Сз появляется напряжение и достижении им уровня напряжения стабилизации стабилитронов VS возникает ток утечки, срабатывает устройство защитного отключения и обесточивает нагрузку. Токоограничительный резистор обеспечивает максимально возможный ток при включении схемы.
План проведения эксперимента разбит на три основных этапа. После подключения устройства защитного отключения к экспериментальной установке было подано напряжение на испытуемое устройство. На первом этапе плавно было снижено напряжение в одной из фаз, такие же действия и были последовательно проведены для оставшихся фаз. Затем, на втором этапе испытаний, ступенчато были заданы величины утечки по току с шагом в 2,5 мА: 2,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 17,5; 20; 22,5; 25 и 27,5 мА. При каждом выставленном значении утечки по току проводились операции первого этапа, с изменением напряжения последовательно в каждой из фаз и расчётами UQp. После фиксации полученных значений при испытаниях каждой из фаз поочерёдно, были проведены операции третьего этапа, при которых на экспериментальной установке была сымитирована уже двухфазная утечка по току с шагом в 5мА: 5; 10; 15; 20; 25 мА. Результаты проведённых испытаний приведены ниже в таблицах 6 и 7.
Порог срабатывания комбинированного устройства защиты есть значение предельной наибольшей отключающей способности, и представляет собой линейную зависимость ожидаемого напряжения срабатывания от утечки тока, взятого с отрицательным знаком плюс постоянная величина.
Для корректного представления результата измерений следует изначально задаться его надёжностью или, иначе говоря, доверительной вероятностью. Примем значение доверительной вероятности а=0,95 и найдем доверительный интервал по формуле: Px-- =Ua- x + J7= = / = 2 \s(t,n)dt, где S(t; n) - плотность распределения Стьюдента; n- объём выборки; к=п-1- число степеней свободы; Т = случайная величина, имеющая распределение Стьюдента. 5/л/й В результате обработки экспериментальных данных получаем: 84,1 а 84,4 что совпадает с приведёнными в главе 3 теоретическими исследованиями, где напряжение срабатывания было определено методом фазных координат и равнялось 84,3 В.
В целях исследований представим КУЗО в виде устройства, имеющего свои входы и выходы, не рассматривая детально его внутренней структуры. Конечно, преобразования в нем происходят (сигналы проходят по связям и элементам, меняют свою форму и т.п.), но при таком представлении они происходят скрыто для наблюдателя. Значения на входах и выходах устройства можно наблюдать и измерять. Задача состоит в том, чтобы зная множество значений на входах и выходах построить модель. Для этого применим регрессионный анализ. Рассматривая экспериментально полученные данные, предположим, что они подчиняются линейной гипотезе, то есть выход Y\ (напряжение срабатывания) зависит от входа X (тока утечки), то есть гипотеза имеет вид: У\=АуХ+Ао. где где А], А0 — параметры регрессионного уравнения, подлежащие определению.
После нахождения коэффициентов производится оценка адекватности регрессионной модели, то есть оценивается степень соответствия экспериментальных данных полученному регрессионному уравнению. Для нахождения коэффициентов используется метод наименьших квадратов [78].
Искомая по методу наименьших квадратов линия регрессии, в данном случае прямая, должна проходить между точками таким образом, чтобы сумма квадратов всех расстояний от экспериментальных точек до линии была минимальной, что можно выразить в виде соотношения:
