Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ методов расчета и средств отключения однофазных коротких замыканий 10
1.1 Необходимость отключения однофазных коротких замыканий 10
1.2 Обзор методов расчета однофазных коротких замыканий 12
1.2.1 Метод симметричных составляющих 12
1.2.2 Метод фазных координат 14
1.2.2.1 Моделирование нагрузок 15
1.2.2.1.1 Включение нагрузки между фазными и нулевым проводами в четырехпров одной сети 15
1.2.2.1.2 Включение нагрузки между фазами 17
1.2.2.1.3 Включение нагрузки, соединенной в звезду 18
1.2.2.2 Моделирование линий электропередачи 20
1.2.2.3 Моделирование трансформаторов распределительных сетей 25
1.3 Обзор защитных аппаратов по определению и отключению однофазных коротких замыканий 30
1.3.1 Предохранители с плавкими вставками 30
1.3.2 Автоматические выключатели 31
1.3.3 Полупроводниковая защита ЗТИ-0,4 34
1.3.4 Устройство для защиты трансформатора от однофазного короткого замыкания 34
1.4 Цели и задачи исследования 36
1.5 Выводы по главе 1 37
Глава 2 Расчет токов и напряжений пятипроводных сетей методом фазных координат 38
2.1 Моделирование нагрузок и поперечной несимметрии 38
2.2 Моделирование линии электропередачи 45
2.2.1 Упрощенная модель линии 45
2.2.2 Модель линии с учетом геометрического расположения проводов на опоре 47
2.3 Моделирование трансформаторов 53
2.3.1 Модель трансформатора 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток «звезда - звезда с нулем» для пятипроводной сети 53
2.3.2 Проверка модели трансформатора в различных режимах работы. 63
2.4 Сравнение токов однофазного КЗ при повреждении различных фаз воздушной линии 73
2.5 Сравнение методов расчета однофазных КЗ в сети TN-S 77
2.5.1 Расчет методом симметричных составляющих 78
2.5.2 Расчет методом фазных координат 79
2.6 Модель сети 0,38 кВ системы TN-S с определением напряжений и токов в произвольных точках сети 84
2.7 Вычисление симметричных составляющих токов и напряжений при несимметричной нагрузке разных фаз 90
2.8 Моделирование сетей 0,38 кВ систем TN-S и TN-C-S в математическом комплексе MATLAB 96
2.9 Выводы по главе 2 111
Глава 3 Диагностика автоматических выключателей при однофазных коротких замыканиях 112
3.1 Термическое воздействие тока короткого замыкания на изоляцию проводов 112
3.1.1 Определение температуры проводов при коротком замыкании ... 117
3.1.2 Определение предельного времени протекания тока короткого замыкания с точки зрения возгорания изоляции 121
3.2 Определение действующего значения тока при коротком замыкании 125
3.3 Устройства проверки расцепителей автоматических выключателей 129
3.3.1 Прогрузка автоматических выключателей 130
3.3.2 Использование емкостного накопителя энергии 133
3.3.3 Создание искусственного однофазного короткого замыкания на выходе автоматического выключателя 139
3.4 Экспериментальная проверка автоматических выключателей 147
3.5 Выводы по главе 3 152
Глава 4 Контроль целостности нулевых проводников пятипроводной сети 0,38 кВ 153
4.1 Требования нормативных документов при применении пятипроводных сетей 153
4.2 Обзор устройств контроля непрерывности нулевых проводников . 155
4.3 Устройство контроля целостности нулевых проводников в сети 0,38 кВ системы TN-S 159
4.4 Выводы по главе 4 161
Глава 5 Экономическое обоснование диагностики автоматических выключателей 162
5.1 Расчет возможного дохода от внедрения устройства 163
5.2 Расчет надежности проектируемого устройства 168
5.3 Выводы по главе 5 171
Заключение 172
Список использованных источников 173
Приложения 186
- Включение нагрузки между фазными и нулевым проводами в четырехпров одной сети
- Модель линии с учетом геометрического расположения проводов на опоре
- Определение температуры проводов при коротком замыкании
- Обзор устройств контроля непрерывности нулевых проводников
Введение к работе
Однофазные короткие замыкания (ОКЗ) являются самыми распространенными повреждениями в сетях 0,38/0,22 кВ с глухозаземленной нейтралью. При таких повреждениях появляется напряжение на зануленных корпусах электрооборудования, при этом обслуживающий персонал и животные могут быть поражены электрическим током. Так же при ОКЗ увеличиваются фазные напряжения неповрежденных фаз, что может привести к отказу однофазных электроприемников подключенных к сети [1]. Для снижения напряжения прикосновения на корпусах электрооборудования при несимметричной нагрузке внедряются пятипроводные сети с типом системы заземления TN-S, а также переоборудуются четырехпроводные в пятипроводные посредством организации системы TN-C-S [2, 3]. В пятипроводных сетях возможны ОКЗ "между фазным и нулевым рабочим проводником, а также между фазным и нулевым защитным проводником.
Важную роль при решении задач на стадии проектирования и эксплуатации имеет разработка таких методов расчета электрических сетей, которые отличались бы универсальностью, адекватностью математического описания элементов при любых проявлениях несимметрии в сети. Результаты расчетов несимметричных режимов необходимы для оценки электрических величин при выборе уставок и анализе работы устройств защиты от возникших аварийных режимов [4].
Известны два подхода к решению задач несимметричных режимов -с помощью метода симметричных составляющих [5, 6, 7] и метода фазных координат [8, 9]. В случае использования метода симметричных составляющих схемы всех последовательностей связываются между собой в соответствии с граничными условиями. Применение метода симметричных составляющих для расчета несимметричных режимов
сопряжено со сложностью моделирования и решении задач симметрирования режимов [10].
Метод фазных координат обладает возможностью простого моделирования пофазного различия параметров, как линий электропередачи, так и нагрузок [11, 12, 100]. Применение этого метода позволяет выполнять расчеты установившихся и аварийных режимов в условиях любой несимметрии, которые раньше не рассматривались. Его недостатком является потребность в значительно большем объеме информации, требующейся для формирования схем замещения, а также необходимость работать с несимметричной матрицей узловых проводимостей [10].
Большой вклад в разработку методов расчета аварийных и установившихся режимов сети внесли работы С.А. Ульянова, Н.А. Мельникова, A.M. Федосеева, В.Л. Фабриканта, A.M. Мусина, А.О. Грундулиса, М.И. Пронниковой, И.А. Будзко, Ф.Д. Косоухова, Т.Б. Лещинской, И.В. Наумова, Н.М. Попова, В.А. Солдатова, Р.Х. Юсупова, Ф.А. Новожилова и др. Тем не менее, в настоящее время, отсутствуют методики расчета однофазных коротких замыканий в пятипроводных сетях с несимметричными нагрузками.
В основном потребители сетей 0,38 кВ защищаются посредством токовых защит, чаще всего это автоматический выключатель имеющий как тепловой элемент с обратнозависимой от тока выдержкой времени, так и электромагнитный расцепитель мгновенного действия [13]. В настоящее время в сетях 0,38 кВ нормируется время защитного автоматического отключения участка сети, на котором произошло ОКЗ [14]. Тем не менее время срабатывания устройств защиты не проверяется, как того требуют нормативные документы, отсутствуют малогабаритные приборы фиксирующие время его срабатывания. Кроме того, постоянного контроля состояния сети также не производится, от чего зависит срабатывание
7 устройств защиты. В свою очередь настройка автоматики сетей невозможна без расчетов аварийных режимов.
На основании вышеизложенного является актуальным совершенствование: методики расчета сетей 0,38 кВ для анализа рабочих и аварийных режимах; средств диагностики устройств защиты сетей 0,38 кВ.
Целью настоящей работы является совершенствование методики расчета пятипроводных сетей 0,38 кВ с глухозаземленной нейтралью и средств диагностики устройств защиты отключающих ОКЗ.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
провести анализ известных методов расчета сетей 0,38 кВ;
разработать математические модели нагрузок, трансформаторов, линий электропередачи и различного рода несимметрии, к которым относятся КЗ и обрывы питающих проводов, для пятипроводных сетей в фазных координатах;
разработать алгоритм расчета токов и напряжений разветвленной пятипроводной сети 0,38 кВ в различных аварийных режимах методом фазных координат;
проанализировать существующие средства защиты от ОКЗ;
разработать и испытать устройство проверки электромагнитных расцепителей автоматических выключателей;
разработать устройство контроля целостности нулевого защитного и нулевого рабочего проводников в пятипроводной сети.
Объектом исследования являются пятипроводные сети 0,38 кВ с глухозаземленной нейтралью и устройства защиты отключающие ОКЗ.
Методы исследований. При решении поставленных задач использовались методы симметричных составляющих и фазных координат, теория электрических цепей, метод математического анализа.
8 Научная новизна исследований состоит в следующем:
математические модели 2К-полюсников линий, нагрузок, поперечной несимметрии, трансформатора 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток «звезда-звезда с нулем» для анализа работы пятипроводных сетей 0,38 кВ методом фазных координат;
методика расчета токов и напряжений пятипроводных сетей 0,38 кВ систем TN-S и TN-C-S в фазных координатах с использованием пакета Simulink системы MATLAB, позволяющая наглядно представить структуру: трансформатор - линия - нагрузка;
время—токовые характеристики, позволяющие определить время самовоспламенения изоляции проводников различных сечений при ожидаемом токе КЗ;
устройство диагностики электромагнитных расцепителей автоматических выключателей;
устройство контроля целостности нулевых проводников пятипроводной сети 0,38 кВ с типом системы заземления TN-S.
Практическая значимость работы.
Разработанные модели 2К-полюсников позволяют анализировать работу сетей 0,38 кВ с типом системы заземления TN-S и TN-C-S в фазных координатах; получена зависимость, позволяющая определить, время самовоспламенения изоляции проводников при ОКЗ; разработано устройство диагностики срабатывания автоматических выключателей (АВ) в сетях освещения сельскохозяйственных (с.х.) помещений при ОКЗ; предложен способ контроля непрерывности нулевых проводников в сети 0,38 кВ с типом системы заземления TN-S.
Реализация работы. Основные положения диссертационной работы в виде методики и результатов расчетов внедрены в ГНУ ВНИПТИМЭСХ г.Зерноград Ростовской обл.
9 Научная апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях ФГОУ ВПО КГСХА (г. Кострома, 2005-2008 гг.), ГНУ ВИЭСХ (г. Москва, 2006 г.), ФГОУ ВПО ОГАУ (г. Орел 2005, 2007 гг.).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 19 печатных работах, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.
На защиту диссертации выносятся следующие положения:
модели нагрузки, линии электропередачи, трансформатора со схемой соединения обмоток «звезда-звезда с нулем» в виде 2К-полюсников для анализа работы пятипроводной сети систем заземления TN-S и TN-C-S методом фазных координат;
комплексный подход к вычислению токов и напряжений в рабочем и аварийном режимах в любой точке системы трансформатор 10/0,4 кВ -линия 0,38 кВ - нагрузка;
методики увеличения надежности работы защитных устройств в сетях 0,38 кВ с глухозаземленной нейтралью.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общего заключения, списка литературных источников, включающего 102 наименования и приложений. Общий объем составляет 187 страниц машинописного текста. Основной материал изложен на 172 страницах, иллюстрирован 77 рисунками, содержит 29 таблиц.
Включение нагрузки между фазными и нулевым проводами в четырехпров одной сети
Нагрузки в распределительных сетях с изолированной нейтралью могут подключаться между фазными проводами, а в сетях с глухозаземленной нейтралью — между фазными и нулевым проводами в произвольном сочетании. При этом используется три подхода к составлению матрицы узловых проводимостей нагрузки: с использованием законов Ома и Кирхгофа; с использование общего правила; с использование матрицы инциденций [26].
Между фазными и нулевым проводами в четырехпроводной сети включаются электроприемники, которые могут представлять трехфазную симметричную, трехфазную несимметричную и однофазную нагрузку. По такой схеме включаются нагревательные, осветительные, облучательные установки, все бытовые электроприемники в четырехпроводных сетях. Практически все электроприемники представляют собой либо активную нагрузку, либо активно-индуктивную нагрузку. Емкостная нагрузка в сетях представляется конденсаторными установками.
Без взаимной индуктивной связи между ветвями трехфазная нагрузка, соединенная в звезду с нулевым проводом, представляется тремя проводимостями в ветвях и четырьмя узлами (рис. 1.2) [26]. Более универсальной является схема нагрузки, соединенной в звезду без нулевого провода в четырехпроводнои сети (рис. 1.4). При этом, соединение нулевой точки звезды с нулевым проводом производится через проводимость Y4, значение которой выбирается близкой к нулю [27]. По схеме на рисунке 1.4 можно моделировать включение трехфазной нагрузки не соединенной нулевой точкой с нулевым проводом в четырехпроводнои сети.
Напряжения к узлам 1,2,3 и 4 подводятся из сети, а в узле 5 неизвестно. Для анализа режимов необходимо получить зависимость напряжения между точками 4 и 5 от параметров ветвей и от напряжения питающей сети. Это можно достигнуть путем эквивалентирования схемы относительно четырех узлов 1, 2, 3, 4 исключая узел 5 (так как ток в узле J5 = 0). Вид параметров 2К=8-полюсника нагрузки, соединенной в звезду без нулевого провода остается прежний: [А] = [Е]; И = [0]; [СМИ»]; [D] = [E], где [Yy] — эквивалентная матрица проводимостей размерностью 4x4. Поскольку на сосредоточенных производственных объектах к одной сборке трехфазной сети с нулевым проводом могут подключать различные трехфазные и однофазные электроприемники, то эти три блока нагрузок представляются 2К=8-полюсниками с соответствующими параметрами. Для них параметры [А], [В], [D] имеют общий вид: [А] = [Е]; И = [0]; [/ ] = []. Параметр [С] соответствует своей матрице узловых проводимостей устройства, например [С] = [Г] или [С] = [іУ]-
Для расчетов любых несимметричных режимов необходимо учитывать собственные и взаимные параметры всех проводов линии электропередачи (ЛЭП). Для этого используют параметры в координатах 3-х симметричных составляющих [7, 8] или в фазных координатах. При этом параметры в 3-х симметричных составляющих справедливы лишь для симметричной линии, а фазные координаты учитывают пофазное различие параметров.
При рассмотрении 2К-полюсников многопроводных линий более правильно оперировать словом «провод» вместо слова «фаза» [29]. Использование слова «фаза» вносит неточности в определении, при рассмотрении четырехпроводных линий содержащих три фазных провода и нулевой провод, поскольку пересекается с понятием фазных проводников линии. Участок линии можно представить «П»-образной схемой замещения в общем случае относительно всех ее «К» проводов. При этом проводимости линии разносятся по концам участка [30]: [Z] = [Z,]-; М Ы-L.
При наличии на линии промежуточных отборов мощности, каждый участок линии между узлами в исходном состоянии должен представляться своей схемой замещения. Собственные и взаимные активные (R) и индуктивные (X) сопротивления проводов представлены элементами матрицы [Z]: Zk.m = Rk,m + J Хк.т Собственные и взаимные активные (G) и емкостные (В) проводимости проводов представлены элементами матрицы [Y]: Yk.m=Gk,m+J Bk,m Причем указанные полные проводимости разнесены по концам линии электропередачи и равны половине реальной проводимости линии. Для анализа работы линии электропередачи и согласования с трансформаторами и с нагрузками, ее необходимо представить в виде 2К-полюсника, где К — число проводов. В соответствии с полной схемой замещения, для получения общих параметров 2К-полюсника линии, необходимо составлять большое число систем уравнений по законам Ома и Кирхгофа. Для упрощения получения общих параметров 2К-полюсника линии полную схему замещения (рис. 1.5) делят на три блока [30]: первый и третий блок включают только поперечные сосредоточенные проводимости [Y/2], а второй блок содержит только продольные сопротивления [Z].
Модель линии с учетом геометрического расположения проводов на опоре
Здесь в параметрах 2К-полюсника (2.5) матрицы Z и Y учитывают изменение параметров линии в зависимости от геометрического расположения проводов на опоре [30]. Рассмотрим составление матриц сопротивлений и проводимостей пятипроводной линии 0,38 кВ более подробно.
Известно, что погонное активное сопротивление провода линии переменному току RQ, принимаемое из справочников, по сравнению с омическим, учитывает удлинение проводников из-за повива. В расчетах обычно не учитывают отличие среднеэксплуатационной температуры провода от 20С [7]. С учетом действительной температуры провода активное сопротивление находится по известной формуле: Rot = Ro(20) [1 + at (t„p - 20)], где Rot — погонное сопротивление провода при температуре провода tnp; at — температурный коэффициент увеличения сопротивления, для алюминиевой части проводов at = 0,004 1/С. Если провод загружен до предельной эксплуатационной температуры 70С, то его сопротивление увеличивается на 20% по сравнению с сопротивлением при температуре 20С. По этой причине при расчетах удаленных минимальных токов КЗ для проверки срабатывания защиты в сетях 0,38 кВ и ЮкВ следует учитывать влияние температуры на сопротивление проводов.
Активные сопротивления проводов в общем случае могут отличаться друг от друга по величине. Индуктивные сопротивления учитывают ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции между проводами при протекании по ним переменного тока. В приближенных расчетах принимается усредненное погонное значение Хо для всех проводов, принимаемое из справочников. Для точных расчетов следует учитывать взаимное расположение проводов в пространстве.
В реальной линии электропередачи индуктивное сопротивление зависит от положения провода относительно земли и от расстояния между проводами. Для вычисления взаимного индуктивного сопротивления между каждой парой проводов (к и т) следует задаться произвольной декартовой системой координат относительно этих проводов и определить их координаты. Произвольная система координат принимается по той причине, что для определения индуктивного сопротивления используется только разность координат проводов по осям абсцисс и ординат.
Полные комплексные проводимости проводов линии длиной (L) определяются как: Yk,m=J BBk,m L Иногда для вычисления емкостной проводимости между проводами и между проводами, и землей пользуются упрощенной формулой расчета потенциальных коэффициентов при условии, что искажением поля вследствие существования других проводов можно пренебречь ввиду малости их сечений [48]. Емкость провода относительно земли найдем, как емкость кругового цилиндра относительно плоскости [48]. На единицу длины провода получаем (упрощенно).
Моделирование трансформатора в фазных координатах со схемой соединения обмоток «звезда-звезда с нулем» с выходом на четырехпроводную сеть, содержащую три фазных и один нулевой проводник, рассмотрено в Главе 1. Однако модель этого трансформатора непригодна для анализа токов и напряжений в пятипроводной сети, где дополнительно прокладывается нулевой защитный проводник между заземлителем нейтрали источника и корпусами электрооборудования [14]. Дело в том, что матрицы передачи 8-полюсника не согласуются с матрицами передачи линий и нагрузок для пятипроводнои сети, имеющие размерность 10x10. Отсюда следует что, параметры 2К-полюсника трансформатора (Ат, Вт, Ст, DT) должны иметь размерность 5x5. С этой целью добавим по одной дополнительной ветви со стороны высокого и низкого напряжения трансформатора (рис. 2.4) [49].
Дополнительное сопротивление Zd, включенное во вновь образованную ветвь 4 (рис. 2.4) принимается порядка 10"8 Ом, что не влияет на перераспределение токов. Добавление 4-й ветви, на стороне высокого напряжения в модели трансформатора, необходимо для согласования размерностей матриц сопротивлений обмоток высокого и низкого напряжения.
Сопротивление Zdon является 8-й ветвью (рис. 2.4) на стороне низкого напряжения трансформатора. Оно предназначено для учета изменения сопротивления трансформатора при протекании тока от однофазной нагрузки, подключаемой в пятипроводной сети между фазным и нулевым рабочим (N) проводником. Величина этого сопротивления рассчитывается по формуле .
Со стороны низкого напряжения к трансформатору подключены три фазных, нулевой рабочий и нулевой защитный проводники, а со стороны высокого напряжения три фазных провода. Трудность моделирования трансформатора заключается в том, что когда ток на стороне низкого напряжения протекает по пяти проводам, в это время ток на стороне высокого напряжения протекает по трем проводам. Из первого уравнения системы (2.9) видно, что величина тока со стороны обмотки высокого напряжения зависит от параметров Y11 и Y12.
Определение температуры проводов при коротком замыкании
Тепловое старение изоляции возникает в результате прохождения по элементам сети токов, превышающих допустимые. В этом случае старение изоляционных материалов связано с глубокими изменениями молекулярной структуры, что приводит к образованию низкомолекулярных соединений — окиси углерода, водорода, легких углеводородов и мономеров. Одновременно с химическими явлениями происходят и физические, что свидетельствует о более глубоких химических изменениях. При исследовании вопросов теплового разрушения полимерных материалов установлено, что наиболее частой причиной и предвестником КЗ при перегрузке на изоляционные материалы являются частичные электрические разряды, появляющиеся вследствие снижения диэлектрической прочности изоляции, обусловленного развитием термической эрозии изоляции.
Под естественным понимается процесс высыхания (старения) изоляции в течение длительного периода эксплуатации. Срок службы электропроводок не ограничивается с учетом регулярного внешнего осмотра и проведения измерений сопротивления изоляции не реже 1 раза в 3 года [74].
Механическое повреждение изоляции возникает при потягивании проводов и кабелей сквозь стены, перегородки, внутри металлических труб; частом трении изделия о подвижную, шероховатую поверхность; при перемещении вблизи кабеля тяжелых предметов.
При воздействии на изоляцию токоведущих частей элементов электросети влаги и агрессивных сред может происходить ее ухудшение вследствие появления поверхностных токов утечки. Под воздействием выделившегося при этом тепла слой жидкости испаряется, а на изоляции остаются следы соли. Чередование указанных процессов приводит к повышению концентрации соли настолько, что ток утечки не прекращается даже после испарения влаги и появляются мельчайшие искровые разряды. В дальнейшем под действием тока утечки изоляция обугливается, растрескивается, что приводит впоследствии к возникновению дугового разряда. Эти процессы особенно усиливаются при перегрузке в агрессивной среде, например, в помещениях для содержания скота при наличии в атмосфере паров уксусной, молочной, жирной кислот, аммиака.
Возникновение в сети повторных КЗ происходит в условиях предварительно разогретой изоляции, поэтому она воспламеняется на значительном протяжении электропроводки. Прохождение больших токов при перегрузке в результате КЗ приводит к увеличению плотности тока в контактных соединениях. В этом случае возможен процесс локального нагрева токопроводящих элементов в зоне большого переходного сопротивления. Величина переходного сопротивления зависит от силы их нажатия, материала контактов, их геометрической формы и чистоты поверхности. В нормальных условиях возрастание сопротивления в месте контактного соединения чаще всего происходит в результате образования на контактных поверхностях оксидных полупроводниковых пленок. Особенно интенсивное окисление при температуре 70С, а также в агрессивной среде.
Возникновение больших переходных сопротивлений может приводить к нагреву токоведущих элементов до температур тления или самовоспламенения окружающих горючих материалов; образованию оплавлений контактных поверхностей в результате электродуговой эрозии металла, термодиффузионных процессов; термическим повреждениям изолирующих покровов на участках кабелей, прилегающих к зоне контактного соединения. Особую опасность представляют собой соединения многопроволочных жил, выполненных без опрессовки или пайки. При таком соединении в электрическом контакте может находиться только часть проволок, из которых состоит жила, что приводит к увеличению плотности тока в этих проводниках с возникновением перегрузки.
В соответствии с экспериментальными данными [75] диаметр частиц, образующихся при КЗ, составляет преимущественно от 0,2 до 1,6 мм. При этом их начальная температура составляет 2200...2300С. Пролетая расстояние по вертикали, равное 4,6 м, частицы остывают на 100 град. Т.е. их зажигательная способность снижается всего на 4...5%.
Обзор устройств контроля непрерывности нулевых проводников
Устройство контроля непрерывности цепи зануления коммунально-бытовых установок, представленное на рисунке 4.1, позволяет одновременно измерять сопротивление нулевого совмещенного проводника и контролировать непрерывность цепи заземления нейтрали питающего трансформатора [95].
Недостатками известного устройства являются: увеличение сопротивления магистрали зануления из-за включения в рассечку PEN проводника шунта Яш; ухудшение качества электроэнергии в данной сети за счет наложения постоянного оперативного тока; ухудшение нормальной работы заземления нейтрали питающего трансформатора из-за наличия диода VD.
Особенностью устройства является то, что его принцип действия основан на измерении и использовании соотношения между токами в нулевом проводе и в заземлении нейтрали трансформатора [96]. Устройство содержит измерительные датчики тока 1 и 2, блок проверки симметрии 3, предотвращающий ложные срабатывания устройства при симметричной нагрузке у потребителя, вычислительный блок 4, в котором по значению тока в нулевом проводе в начале линии I0i вычисляется значение тока в заземлении нейтрали питающего трансформатора Ь.выч, которое затем сравнивается с измеренным значением того же тока Із, блок принятия решения 5, который на основании этого сравнения при значительном расхождении, величина которого определяется погрешностью измерений, расчетов и выбранной уставкой срабатывания генерирует сигнал на отключение питающего трансформатора, который подается на исполнительный механизм 6 (рис. 4.2). kn сигнал блокировкі І 1 fc 3 отключения — 1 1 5 з.выч 6 k 2 4 Рисунок 4.2 - Устройство контроля непрерывности нулевого проводника в воздушных линиях 0,38 кВ В нормальном режиме работы сети в нулевом проводе в начале линии протекает ток І0ь в заземлении нейтрали трансформатора протекает ток 13 (рис. 4.3). По измеренному с помощью датчика 1 значению тока І0і блок 4 вычисляет расчетное значение тока Із, которое в блоке 5 сравнивается с измеренным, полученным с помощью датчика 2. В случае несовпадения расчетного и измеренного значений Із, блок 5 генерирует сигнал на отключение питающего трансформатора, который подается на исполнительный механизм 6.
Электроустановка с системой заземления TN-S (рис. 4.4) обеспечивает максимально возможные условия электробезопасности при эксплуатации электроустановок и наиболее благоприятна для успешного функционирования УЗО, установка которого является обязательной. Применение системы TN-S позволяет уменьшить напряжение прикосновения на корпусах электрооборудования при КЗ, а также, как показывают расчеты (табл. 2.6), исключить увеличения напряжений неповрежденных фаз при КЗ на корпус.
В симметричном режиме работы сети в нулевом рабочем проводнике N и в первичной обмотке Wi трансформатора Т ток не протекает. Для обеспечения протекания тока в нулевом рабочем проводнике замыкается контакт кнопки SB, резистором R ограничивается величина тока, протекающего по нулевому рабочему проводнику. Под действием этого тока во вторичной обмотке трансформатора Wn наводится ЭДС, которая обеспечивает протекание тока по контуру: вторичная обмотка Wn трансформатора Т, нулевой защитный проводник РЕ, реагирующий орган РО, корпус электрооборудования М, повторный заземлитель 32, земля и заземление нейтрали источника питания 31. Под действием протекающего по нулевому защитному проводнику тока срабатывает реагирующий орган, на выходе которого подается сигнал об исправности нулевого рабочего проводника, нулевого защитного проводника и заземляющих устройств электрооборудования, и заземления нейтрали источника питания. В случае неисправности любого из элементов контролируемой цепи сигнал элементом Н не подается.
Первичная и вторичная обмотки содержат по 4 витка и выполнены медным проводом сечением 4 мм . В качестве сердечника использован магнитопровод трансформатора тока Т-0,66УЗ. При проведении лабораторных испытаний в качестве рабочего органа и сигнального элемента использовались клещи измерения токов утечки марки KEW 2432, технические характеристики которых представлены в таблице 4.1.
Снижение гибели людей и травматизма, а также прямых материальных затрат при коротких замыканиях в электрических сетях 0,38 кВ зависит от многих факторов. Одним из основных факторов является надежность срабатывания защиты, реагирующей на возникший аварийный режим. Наиболее распространенными, в сетях 0,38 кВ с глухозаземленной нейтралью, являются однофазные короткие замыкания, которые должны отключаться электромагнитным расцепителем без выдержки времени [84]. Применение устройства диагностики срабатывания автоматических выключателей при однофазном коротком замыкании позволяет выявить неисправный автоматический выключатель, либо автоматический выключатель с неверно настроенным электромагнитным расцепителем. Как следствие, уменьшение случаев возможного возникновения пожаров, вызванными замыканиями в электропроводке и вероятности гибели людей.
