Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса и задачи исследования 10
1.1. Анализ электротравматизма в электрических сетях РАО "ЕЭС России" 11
1.2. Классификация способов и средств контроля отсутствия напряжения на воздушных линиях электропередачи напряжением 6-3 5кВ 18
1.3. Контактные средства контроля отсутствия напряжения на В Л 6-35 кВ 23
1.3.1. Анализ конструкций и принципов действия находящихся в эксплуатации указателей напряжения свыше 1000 В 23
1.3.2. Определение требований к новым указателям напряжения 30
1.4. Устройства для проверки работоспособности указателей напряжения
4< 6-35 кВ в полевых условиях 31
1.5. Цели и задачи исследований 37
ГЛАВА 2. Теоретическое обоснование повышения уровня электробезопасности при внедрении комплекса новых электрозащитных средств 38
2.1. Моделирование возникновения несчастного случая при обслуживании ВЛ 39
2.2. Разработка математической модели возникновения несчастного случая при работах со снятием напряжения и анализ путей его возникновения 44
2.3. Разработка и теоретическое обоснование нового способа контроля отсутствия напряжения на проводах ВЛ 6-35 кВ 52
2.4. Теоретическая разработка принципов построения нового типа указателя напряжения свыше 1000 В 54
2.4.1 Обоснование возможности беспроводной передачи информации о наличии напряжения в специфике решаемой задачи 55
2.4.2 Обоснование возможности питания рабочей части указателя энергией электрического поля ВЛ 6-35 кВ 57
2.4.3. Требования к формируемым сигналам опасности для обеспечения их ж. надежной распознаваемости 65
2.5. Разработка математической модели возникновения несчастного случая при работах со снятием напряжения и использованием непрерывного контроля отсутствия напряжения 66
2.6. Расчет повышения уровня электробезопасности при внедрении комплекса новых ЭЗС 71
2.6. Выводы 72
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования, направленные на оптимизацию конструкций разрабатываемых ЭЗС 73
3.1. Исследование возможности создания указателя напряжения 6-35 кВ с
конструктивно разделенными рабочей и индикаторной частями 74
3.1.1. Определение энергопотребления различных типов индикаторов 74
3.1.2. Определение энергопотребления различных типов каналов
беспроводной связи между рабочей и индикаторной частями УН 79
3.2. Обоснование выбора частотного диапазона для радиосвязи между рабочей и индикаторной частями УН 88
3.3. Определение зависимости основных характеристик нового указателя напряжения 6-3 5 кВ от его конструктивных параметров 92
3.4. Определение условий для надежной проверки указателей напряжения 6-35 кВ в полевых условиях 98
3.4.1. Исследование зависимости технических характеристик указателей от параметров испытательного напряжения 98
0., ЪА2. Обоснование неэквивалентности проверки работоспособности указателей с помощью находящихся в эксплуатации ППУ 100
3.4.3. Поиск возможностей обеспечения надежной проверки работоспособности нового УН 105
3.5. Выводы 108
М ГЛАВА 4. Создание комплекса электрозащитных средств для контроля с земли отсутствия напряжения на ВЛ 6- 35 кВ ; 109
4.1. Разработка указателя напряжения 6-10 кВ "Радуга" 109
4.1.1. Обоснование выбора типа используемой изолирующей штанги 110
4.1.2. Определение максимально допустимых размеров контакта-наконечника УН 113
4.1.3. Разработка конструкции УН и результаты его опытной эксплуатации в ОАО "Кировэнерго" 114
4.2. Указатель напряжения 6-35 кВ "Радуга-2" и результаты его испытаний 121
4.3. Устройство "Тест" для проверки работоспособности УН в полевых условиях и результаты его опытной эксплуатации 123
4.4. Разработка методики применения УН "Радуга", УН "Радуга-2" и ППУ "Тест" в электрических сетях напряжением 6-35 кВ 126
4.5. Оценка экономической эффективности от внедрения разработанного УН
6-Ю кВ "Радуга" 131
4.6. Выводы 136
Заключение 137
Библиографический список
- Классификация способов и средств контроля отсутствия напряжения на воздушных линиях электропередачи напряжением 6-3 5кВ
- Разработка и теоретическое обоснование нового способа контроля отсутствия напряжения на проводах ВЛ 6-35 кВ
- Определение энергопотребления различных типов индикаторов
- Разработка конструкции УН и результаты его опытной эксплуатации в ОАО "Кировэнерго"
Введение к работе
Актуальность работы. Снижение электротравматизма при эксплуатации электроустановок является одним из приоритетных направлений в электроэнергетике. Анализ травматизма показывает, что наибольшее число несчастных случаев из-за поражения электрическим током происходит в электрических сетях.
Одной из основных причин электротравм является невыполнение операции J по проверке отсутствия напряжения перед проведением работ. Установлено, на пример, что в 2000 г. в электрических сетях РАО "ЕЭС России" 32,3% смертельных электротравм произошло из-за неприменения пострадавшими указателей напряжения. Наиболее травмоопасными в электрических сетях являются воздушные щ линии электропередачи (ВЛ) напряжением 6-35 кВ, составляющие более 51% от общей протяженности ВЛ.
Характерными недостатками используемых в электроэнергетике указателей напряжения свыше 1000 В (УН) являются невозможность непрерывного контроля, недостаточная распознаваемость сигнала о наличии напряжения. Проверка отсут- ствия напряжения с их помощью опасна и трудоемка, т.к. требует подъема на опо ру, которая должна быть предварительно раскреплена.
Поскольку УН является основным электрозащитным средством (ЭЗС), то непосредственно перед применением должна проводиться проверка его работо- 1 способности. Находящиеся в эксплуатации устройства для проверки работоспо собности УН в полевых условиях (ППУ), генерирующие напряжения повышенной частоты (до 15-20 кГц), форма сигнала которых зачастую отличается от синусоидальной, из-за неэквивалентости условий не могут обеспечить надлежащую проверку.
В связи с вышеизложенным, актуальной является задача создания комплекса ф; новых ЭЗС и методик их применения для обеспечения безопасного, технологич ного и надежного контроля отсутствия напряжения на В Л 6-35 кВ.
Задача оснащения новыми УН и ППУ для контроля отсутствия напряжения является также актуальной при эксплуатации электрифицированных железных дорог, в других отраслях промышленности.
Работа выполнена в соответствии с "Комплексной программой обеспечения безопасности профессиональной деятельности и предотвращения травматизма ,ф) персонала энергетических предприятий холдинга РАО "ЕЭС России", утвержден ной приказом по РАО "ЕЭС России" №390 от 31.07.01, в которой указано на необходимость разработки нового поколения ЭЗС, в частности УН и ППУ, и скорейшего оснащения ими предприятий энергетики. УН для контактной сети переменного напряжения 25 кВ разработан в 2004 г. в соответствии с планом НИОКР ОАО "Российские железные дороги" (договор № 1551).
Цель работы - повышение уровня электробезопасности при обслуживании В Л 6-35 кВ путем разработки и внедрения комплекса новых ЭЗС для контроля отсутствия напряжения. Щ- Идея работы заключается в обеспечении непрерывного контроля отсутст вия напряжения на проводах В Л 6-35 кВ с земли посредством УН с конструктивно разделенными радиосвязанными рабочей и индикаторной частями, работоспособность которого предварительно проверена от ППУ, генерирующего синусоидальное напряжение 1,5 кВ промышленной частоты. т Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- анализ электротравматизма в электроэнергетике и выявление наиболее травмоопасных объектов и причин электротравматизма;
- исследование принципов действия, конструкций, функциональных воз- можностей, методик применения, выявление недостатков и причин их возникновения у находящихся в эксплуатации УН и ППУ;
- определение, требований к вновь создаваемым УН и ППУ;
- обоснование повышения уровня электробезопасности при внедрении УН с конструктивно разделенными рабочей и индикаторной частями, позволяющего проводить непрерывный контроль отсутствия напряжения на В Л 6-35 кВ с земли;
исследование возможности питания рабочей части УН энергией электрического поля В Л 6-35 кВ для передачи сигнала о наличии напряжения по беспроводному каналу от рабочей части УН к индикаторной;
обоснование и выбор беспроводного способа передачи информации о наличии напряжения от рабочей части УН к индикаторной;
- исследование зависимостей эксплуатационных характеристик УН от его конструктивных параметров и формы испытательного напряжения ППУ; р, - разработка конструкций новых УН и ППУ, методик их применения, опытная эксплуатация и внедрение созданных УН и ППУ в энергосистемах России.
Научные положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Использование радиосвязи для передачи информации о наличии напряжения от рабочей части УН к индикаторной позволяет повысить безопасность работ на ВЛ за счет оснащения дополнительными индикаторными частями наблюдающего и находящегося на опоре работника.
2. Применение УН с конструктивно разделенными радиосвязанными рабо- & чей и индикаторной частями позволяет осуществлять непрерывный контроль отсутствия напряжения на проводах ВЛ с момента начала и до окончания проводимых работ со снятием напряжения и повысить уровень электробезопасности не менее чем в 80 раз по сравнению с использованием находящихся в эксплуатации УН.
3. Используемые в электроэнергетике способы формирования высокого напряжения в устройствах проверки работоспособности УН 6-35 кВ в полевых условиях не обеспечивают достоверной проверки работоспособности указателей.
4. Указатель напряжения с конструктивно разделенными радиосвязанными ф. рабочей и индикаторной частями, позволяющий проводить непрерывный контроль отсутствия напряжения на проводах ВЛ, и устройство для проверки работоспособности УН 6-35 кВ в полевых условиях, обеспечивающее проверку УН, эквивалентную реальным условиям.
Научное значение работы заключается в следующем:
1. Разработаны логико-вероятностные модели (ЛВМ) возникновения несча- Щ стного случая при проведении работ на В Л 6-35 кВ со снятием напряжения с использованием различных контактных способов и средств контроля отсутствия напряжения.
2. На основании анализа ЛВМ доказана необходимость замены однократной проверки на непрерывный контроль отсутствия напряжения на проводах ВЛ с начала и до окончания работ.
3. Доказана возможность и целесообразность использования в УН, для контроля отсутствия напряжения с земли радиосвязи между конструктивно разделен щ, ными рабочей и индикаторной частями.
4. Доказана неэффективность использования существующих средств для проверки работоспособности УН в полевых условиях.
Практическое значение работы заключается в следующем: Разработаны конструкции, методики применения, руководства по эксплуа-тации и подготовлены к производству:
- указатель напряжения 6-10 кВ "Радуга" с конструктивно и гальванически разделенными радиосвязанными рабочей и индикаторной частями, применение которого не требует подъема на опору;
& - указатель напряжения 6-35 кВ "Радуга-2" для использования на контактной сети электрифицированных железных дорог переменного напряжения 25 кВ и в электрических сетях ОАО "Российские железные дороги" и РАО "ЕЭС России";
- малогабаритное устройство "Тест" для проверки работоспособности УН 6- 35 кВ в полевых условиях, формирующее испытательное синусоидальное напряжение частотой 50 Гц установленного Правилами уровня.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается аргументированностью исходных посылок, вытекающих из основ электробезопасности, электротехники и радиотехники, а также по- ложительными результатами испытания и применения УН "Радуга" и ППУ "Тест" в электрических сетях напряжением 6-10 кВ ОАО "Кировэнерго" и испытаний УН "Радуга- 2" на контактной сети Горьковской железной дороги.
Реализация результатов работы:
УН "Радуга" и ППУ "Тест" в 2003 г. прошли испытания и внедрены в ОАО "Кировэнерго", завершается подготовка к их промышленному производству. УН Ш "Радуга-2" в 2004 г. прошел испытания в Кировском отделении Горьковской железной дороги и рекомендован к внедрению в ОАО "Российские железные дороги".
Результаты работы используются в учебном процессе в Вятском государственном университете (ВятГУ), г. Киров, при подготовке инженеров по специальностям 100100 «Электрические станции», 100200 «Электрические системы и се m ти», 100400 «Электроснабжение» и в Южно-Уральском государственном университете (ЮУрГУ), г. Челябинск, при подготовке специалистов по безопасности , жизнедеятельности в техносфере (280101).
Апробация работы:
Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены, продемонстрированы, рассмотрены и получили одобрение на Международных выставках - семинарах во Всероссийском выставочном центре (ВВЦ), г. Москва, "Охрана труда в электроэнергетике" (2001 - 2004); "Безопасность и охрана труда" (2003, 2004); "ЛЭП" - 2002", "ЛЭП - 2003", "ЛЭП - 2004"; на ежегодно проводимых совещаниях "Уралэнерго" (Екатеринбург, Пермь, Киров); на ежегодных всероссийских научно-технических конференциях ВятГУ "Наука-ПРОТЭК-2002", # "Наука-ПРОТЭК-гООЗ", "Наука-ПРОТЭК-2004", г. Киров; на всероссийской науч но-технической конференции ЮУрГУ "Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии" в 2003 г., г. Челябинск; на международной научно-практической конференции "Энергетика сегодня и завтра 2004", г. Киров. Публикации:
По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 146 страницах машинописного текста, содержит 64 рисунков, 15 таблиц, список использованной литературы из 136 наимено ваний и 9 приложений, включая акты внедрения.
Классификация способов и средств контроля отсутствия напряжения на воздушных линиях электропередачи напряжением 6-3 5кВ
Перед выполнением работ со снятием напряжения в действующих электроустановках необходимо проверить отсутствие напряжения. Операция по определению отсутствия напряжения относится к основным мероприятиям безопасности и осуществляется с помощью ЭЗС, относящихся к средствам личной (индивидуальной) защиты [37,80,101]. Как правило, класс напряжения электроустановки известен и требуется установить только факт отсутствия (или наличия) напряжения. Поскольку однозначно определить наличие напряжения с помощью органов чувств человека невозможно (особенно, при напряжениях менее 330 кВ), то для этого необходимо использовать специальные устройства (средства контроля отсутствия/наличия напряжения). Контроль отсутствия напряжения условно можно разделить на два вида: кратковременный (однократный) и непрерывный. Кратковременный контроль яв ляется операцией по проверке отсутствия напряжения и должен выполняться пе ф ред началом работ (до наложения переносного заземления). Соответственно, не прерывный контроль отсутствия напряжения ведется в течение всего времени выполнения работ.
Существующие средства контроля отсутствия напряжения можно классифицировать по двум признакам: по принципу действия, по изолирующим свойствам. По изолирующим свойствам ЭЗС делятся на основные и дополнительные.
Основные обладают изоляцией, способной длительно выдерживать рабочее на пряжение электроустановки. Дополнительные ЭЗС не обладают изоляцией, вы держивающей рабочее напряжение и предназначены для усиления защитного дей ствие основных ЭЗС [47,123].
Так, например, в [80,101] указано, что в электроустановках напряжением выше 1000 В пользоваться указателем напряжения (основное изолирующее ЭЗС) необходимо в диэлектрических перчатках (дополнительное изолирующее ЭЗС).
Принцип действия средств контроля можно разделить в соответствии со способом осуществления контроля отсутствия напряжения (рис. 1.5): ф " контактным способом - с помощью указателей напряжения свыше 1000 В (УН), двухполюсных указателей до 1000 В, стационарных сигнализаторов напряжения; " бесконтактным способом - с помощью бесконтактных указателей напряжения, индивидуальных сигнализаторов напряжения, касочных сигнализаторов напряжения, индикаторов и измерителей электрического поля; комбинированным способом - с помощью устройств, обеспечивающих как возможность контактного контроля так и бесконтактного. л Рассмотрим подробнее основные достоинства и недостатки устройств, ис пользующих перечисленные способы контроля отсутствия напряжения.
Контактный способ проверки (контроля) отсутствия напряжения основан на протекании емкостного или активного тока от токоведущих частей через рабо чую часть прибора. Протекающий ток воздействует на индикатор, изменяющий яркость свечения или зажигаемый при превышении порогового значения. По та кому принципу работают все двухполюсные УН (до 1000 В), УН свыше 1000 В емкостного типа.
Контактный способ является основным и, как следствие, наиболее распро ф страненным при контроле отсутствия напряжения. Его достоинствами являются: надежность, простота конструкции и использования и отсутствие источника питания в рабочей части большинства устройств. Есть у способа и ряд недостатков: " невозможность непрерывного контроля отсутствия напряжения с ис пользованием существующих контактных ЭЗС; " снижение электробезопасности персонала за счет необходимости при косновения (гальванического контакта) к токоведущим частям действующих электроустановок; " для проверки отсутствия напряжения на проводах ВЛ в большинстве ш случаев требуется подъем на опору; " сложность обеспечения надежной распознаваемости сигналов опасности.
Применение современных материалов и электронных элементов позволяет устранить большинство перечисленных недостатков и повысить уровень электробезопасности персонала.
Бесконтактный способ проверки отсутствия напряжения основан на сиг ф нализации наличия электрической или магнитной составляющих электромагнит ного поля, создаваемого электроустановкой или проводами ВЛ, находящимися под напряжением. Бесконтактное определение отсутствия напряжения осуществляется с помощью индивидуальных сигнализаторов напряжения, касочных сигнализаторов напряжения [53,82,83] и бесконтактных указателей напряжения [121].
Наибольшее распространение бесконтактное определение наличия напряжения на проводах ВЛ получило по присутствию электрического поля (электрическая составляющая электромагнитного поля). Создаваемое ВЛ магнитное поле за ЛА висит от величины протекающего по проводам тока. Для контроля напряжения оно используется гораздо реже из-за малых, меняющихся в зависимости от тока, уровней сигнала, относительной дороговизны и сложности датчика.
Достоинствами бесконтактного способа является повышение безопасности и оперативности определения наличия напряжения за счет: отсутствия необходимо w сти непосредственного контакта с токоведущими частями, подъема на опору; воз можности обеспечения непрерывного контроля наличия напряжения и (или) безопасного расстояния до проводов при подъеме на опору; возможности контроля наличия напряжения в системе с изолированными проводами.
К основным недостаткам бесконтактного способа необходимо отнести: " невысокую чувствительность устройств, основанных на контроле ЭП, что ограничивает минимальное контролируемое напряжение электроустановки, которое обычно должно быть 6 кВ и выше; " зависимость показаний от наличия и конфигурации окружающих объ ектов, от присутствия и рабочего положения человека; " более сложная конструкция и методика применения; " необходимость использования дополнительного источника питания и его переключателя.
Наличие в бесконтактном способе контроле отсутствия напряжения выше описанных недостатков усложняют и ограничивают его применение. Поэтому, согласно [80,101] для контроля отсутствия напряжения необходимо использовать только контактный способ, посредством контактных указателей напряжения. Все остальные способы, методы и средства контроля отсутствия напряжения являются дополнительными и не должны исключать применение контактного способа.
Разработка и теоретическое обоснование нового способа контроля отсутствия напряжения на проводах ВЛ 6-35 кВ
Статистика электротравматизма показывает, что порядка 30 % электротравм происходит до момента начала работ или при их завершении [66]. Например, при завершении проводимых работ и снятии переносного заземления, из-за несогласо 30 ванности действий диспетчера и рабочей бригады, раньше времени может про изойти включение линии.
Поскольку находящиеся в эксплуатации УН позволяют осуществлять только однократную проверку отсутствия напряжения (глава 1, п. 1.3), обычно перед на чалом работ, то после проведения проверки, работник, будучи уверен, что вклю Ф чение линии (появление напряжения) не произойдет, может к ней прикоснуться.
Как показывает статистика электротравматизма, ежегодно до 20% смертельных электротравм происходит из-за ошибочной подачи напряжения [131].
Для исключения подобного явления необходимо проводить непрерывный контроль отсутствия напряжения на ВЛ непосредственно до окончания проводимых работ. В этом случае пути возникновения НС, связанные с ошибочной подачей напряжения, будут проходить не параллельно применению УН (как в модели рис. 2.2), а параллельно событию, связанному с неотключением напряжения (х5).
Указатель, осуществляющий непрерывный контроль отсутствия Ф напряжения, может в течение короткого времени предупредить работника о внезапном появлении напряжения. В результате вероятность НС, обусловленного прикосновением к токоведущей части, будет значительно меньше.
Таким образом, для повышения уровня электробезопасности при работах на ВЛ со снятием напряжения, необходимо разработать новый УН, позволяющий осуществлять непрерывный контроль отсутствия напряжения. Также важно пом нить, что еще одной из травмоопасных операций является подъем на опору (рис. 2.1, события х-], х25, 2б), поэтому при использовании нового УН они должны
А быть исключены. Для этого необходимо проводить проверку отсутствия напряже ния на проводах ВЛ с земли, без подъема на опору.
Согласно существующим правилам техники безопасности при эксплуатации электроустановок [80] проверку отсутствия напряжения на В Л, установку и снятие заземлений необходимо проводить двум работникам. Один из них должен оставаться на земле и вести наблюдение за другим. В случае использования находящихся в эксплуатации УН, наблюдающий не может получать информацию от УН о наличии напряжения и вынужден полностью полагаться на восприятие оператора. На практике многие существующие УН обладают низкой эффективностью индикации (глава 1, п. 1.3), что затрудняет ее распознавание при неблагоприятных внешних условиях (яркий солнечный день, акустический шум и т.д.). Поэтому в разрабатываемом УН, помимо повышения эффективности систем индикации, необходимо предусмотреть возможность дублирования информации от рабочей части УН на два и более индикатора. Одна из индикаторных частей, например, может находиться у наблюдающего, который в течение всего времени производства работ осуществляет непрерывный контроль отсутствия напряжения. Второй индикаторной частью, для оперативного предупреждения о появлении напряжения, может быть обеспечен работник, проводящий работы вблизи токоведущих частей (например, находящийся на опоре).
Важность проведения проверки отсутствия напряжения на проводах В Л с земли подтверждается при аварийном режиме работы линии, когда от персонала требуется в кратчайшее время устранить неисправности. Использование для этого находящихся в эксплуатации УН требует значительно времени, вследствие того, что перед подъемом на опору она должна быть предварительно раскреплена [80].
Необходимость обеспечения непрерывного контроля отсутствия напряжения на проводах ВЛ и исключения подъема на опору при однократной проверке требует разработки нового УН и методики его применения.
Для исключения подъема на опору при проверке отсутствия напряжения на В Л 6-35 кВ с возможностью обеспечения непрерывного его контроля необходимо использовать длинную изолирующую штангу, позволяющую с земли осуществить контакт с проводом ВЛ. Изолирующая штанга представляет собой стержень, изготовленный из изоляционного материала, при помощи которого человек может прикасаться к находящимся под напряжением токоведущим частям электроустановок [40].
Определение энергопотребления различных типов индикаторов
Первым этапом исследования является определение энергопотребления различных типов оптических и акустических индикаторов на примере традиционной конструкции УН импульсного типа (с конструктивно совмещенными рабочей и индикаторной частями), структурная схема которого показана на рис. 3.1.
В общем случае, УН состоит из измерительного преобразователя ИП, который, при наличии напряжения на ВЛ, осуществляет преобразование протекающего через указатель емкостного переменного тока в постоянный ток, используемый для зарядки конденсатора в накопителе энергии НЭ. В случае превышения напряжения на конденсаторе напряжения срабатывания порогового элемента ПЭ, накопленная электрическая энергия передается на индикатор И, который сигнализирует о наличии напряжения. При использовании в качестве элементов индикации неоновых ламп, пороговый элемент, из-за высокого напряжения срабатывания неоновой лампы, может отсутствовать.
Поскольку натурные испытания вблизи ВЛ сложны и небезопасны, то необходимо заменить ее на эквивалентный лабораторный источник. Для этой цели, по конструктивным соображениям, наиболее целесообразно использовать источник с выходным током, эквивалентным протекающему через УН емкостному току при проверке отсутствия напряжения на В Л 6 кВ (порядка 5-10 мкА). В соответствии с этим, структурная схема экспериментальной установки для определения энергопотребления различных индикаторов выглядит следующим образом (рис. 3.2).
В качестве источника тока ИТ использовался лабораторный блок питания Б5-29, с последовательно включенным резистором. Измерительный преобразователь представляет собой двухполупериодный выпрямитель, выполненный на диодах КД103А, работающий на емкостную нагрузку - конденсатор емкостью 100 нФ, расположенный в накопителе энергии. При выборе типа порогового элемента, в первую очередь, необходимо руководствоваться критериями высокой надежности и механической прочности, малых токов утечки, габаритных размеров и низкой стоимости. Этим критериям удовлетворяют только газонаполненные разрядники, например, производства фирмы Epcos (США). Использование в качестве порогового элемента неоновой лампы нецелесообразно из-за ее низкой механической прочности, и подверженности эффекту старения. Для проведения экспери-ментов был выбран разрядник с минимально возможным напряжением срабатывания 200 В (типа ЕМ200Х).
По результатам проведенных исследований были получены значения мощ ности, потребляемой различными типами индикаторов в импульсном режиме ра боты (табл.3.1). Для сравнения в таблице также показан расход мощности этими Щ индикаторами в непрерывном режиме работы. Определение потребляемой мощности проводилось по следующим формулам: Для непрерывного режима - Рпот =U0-I0. (3.1) Для импульсного режима - среднее значение Ртт =U0-I0n-fn, (3.2) где Uо - падение напряжения на индикаторе, В; I0 - потребляемый индикатором ток, А; tn - длительность посылки (импульса о наличии напряжения), с; fn - частота следования импульсов о наличии напряжения; Гц. В импульсном режиме потребляемая мощность определялась для длительности импульса tn =100 мс и частоты их следования fn =2 Гц. Нужно отметить, что в зависимости от типа используемых элементов, полученные значения мощности могут изменяться (не более чем в 2 раза).
Для подтверждения адекватности полученных результатов при лабораторных исследованиях и обоснования возможности питания рассматриваемых элементов индикации УН от энергии электрического поля В Л 6-35 кВ, был разработан макетный образец УН импульсного типа с традиционным совмещением рабочей и индикаторной частей (рис. 3.3а). Структурная схема, поясняющая принцип его работы приведена на рис. 3.36.
Электрод Зі осуществляет непосредственный контакт цепи УН (выпрямителя В) с находящимся под напряжением проводом В Л 6-35 кВ. Протекающий от выпрямителя ток, обусловленный емкостной связью проводящей пластины ПП с землей, заряжает конденсатор в накопителе энергии. Значение протекающего тока зависит от уровня приложенного напряжения; размеров, формы и положения в пространстве проводящей пластины, причем минимальное его значение ограничивается токами утечки цепи, а также максимально допустимым временем заряда накопительного конденсатора.
Разработка конструкции УН и результаты его опытной эксплуатации в ОАО "Кировэнерго"
Находящиеся в эксплуатации ППУ, исходя из соображений конструктивной и технологической простоты, генерируют или синусоидальное напряжение заниженного уровня (500-700 В) и повышенной частоты (10-15 кГц) или напряжение несинусоидальной формы (глава 1, п. 1.4). Эквивалентность проверки работоспособности УН от таких ППУ, по сравнению с применением указателей в электроустановках напряжением 6-35 кВ промышленной частоты вызывает сомнение.
Для определения эффективности проверки работоспособности УН от находящихся в эксплуатации ППУ необходимо изучить генерируемое ими испытательное напряжение и оценить характер его влияния как на значение протекающего через УН тока, так и на напряжение зажигания. 100 #. ППУ типа УПУВН-1 ("Электроприбор", г. Краснодар) формирует испыта тельное напряжение синусоидальной формы и амплитудным значением 500 В. Спектральное разложение этого напряжения показывает, что у него присутствует одна, ярко выраженная, первая гармоника на частоте 10 кГц (коэффициент гармоник порядка 1%). ППУ типа УПУН-1 (РЭТО, г. Москва) формирует испытательное напряже ние синусоидальной формы частотой 15 кГц и амплитудным значением 500 В. Ш Спектральное разложение этого напряжения показывает, что у него также присут ствует одна, ярко выраженная, первая гармоника (коэффициент гармоник порядка 1%). Вследствие того, что ППУ "Кристалл" имеет большое выходное сопротив ф, ление, его подключение к измерительному оборудованию, позволяющему оценить спектр испытательного напряжения, затруднено (измерители оказывают шунтирующее действие на ППУ, что делает его неработоспособным). Поэтому единственным способом оценки параметров испытательного на пряжения генерируемого ППУ "Кристалл" является измерение параметров на ос й циллографе и последующее моделирование в специализированных программах.
Для проведения моделирования необходимо синтезировать эквивалентную схему генератора, формирующего напряжение, аналогичное испытательному напряжению ППУ "Кристалл".
Моделирование и спектральный анализ испытательного напряжения прово-дился в пакете MicroCAP v.7.0 (разработчик Spectrum Software), являющемся интегрированным редактором электрических схем, который позволяет пользователю выполнить графический ввод исследуемой схемы и провести анализ ряда ее основных характеристик. На рис. 3.16 представлена эквивалентная схема (экранная форма ), полученная в среде MicroCAP.
Схема состоит из генераторов V5 и V6, генерирующих прямоугольные импульсы длительностью 4 мс и периодом 10 мс. Напряжения с выхода генераторов подаются на дифференцирующие цепочки R1C1 и R2C2, которые превращают прямоугольные импульсы в узкие экспоненциальные. Сигнал с выхода дифференцирующей цепочки R1C1 поступает на однополупериодный выпрямитель D1, который отсекает отрицательные импульсы. Сигнал с выхода дифференцирующей цепочки R2C2 подается на однополупериодный выпрямитель D2, который отсекает положительные импульсы. Сопротивления R4 и R5 представляют собой нагрузку каждого из выпрямителей соответственно. Напряжения с выхода выпрямителей через управляемые ключи Parti и Part2 поочередно суммируются на нагрузочном сопротивлении R3. Электронные ключи Parti и Part2 управляются от генераторов V7 и V8 соответственно.
Форма напряжения, генерируемого устройством "Кристалл" (получена в результате моделирования в программе MicroCAP v.7.0)
Как видно из осциллограммы, выходное напряжение ППУ "Кристалл" представляет собой серии коротких (длительностью 2,5 мс) высоковольтных импульсов амплитудой 6,433 кВ (при максимальном воздушном промежутке), повторяющихся через 10 мс. На рис. 3.18 показано спектральное разложение напряжения, генерируемого ППУ "Кристалл", полученное путем моделирования в пакете программ MicroCAP v.7.0. 1.0 2,0 кГц
ППУ "Кристалл", согласно паспортным характеристикам, обеспечивает выходное напряжение не менее 6,5 кВ (амплитудное значение), что выше фазного напряжения сети 10 кВ и почти в 2 раза выше фазного напряжения сети 6 кВ (согласно [39] испытания должны проводиться напряжением, составляющим 25% от номинального). Более того, выходное напряжение является несинусоидальным (рис. 3.17), что тем более ставит под сомнение эквивалентность проверки УН подобным устройством. Следует отметить, что уровень выходного напряжения зависит от величины воздушного промежутка между электродами, расположенными внутри ППУ, который, в свою очередь зависит от силы нажатия на высоковольтный контакт.
Анализируя полученное спектральное разложение напряжения, генерируемого ППУ "Кристалл", можно сделать вывод о том, что в спектре присутствует большое число спектральных составляющих значительного уровня, Гц: 7,4; 96; 200; 296; 400; 504; 600; 704; 807; 1096; 1426; 2393 и т.д. На рис. 3.18 по оси ординат отложено процентное соотношение между спектральными составляющими. За 100% принят уровень максимальной составляющей на частоте 96,3 Гц. Сравнивая спектральные составляющие между собой можно сказать, что составляющие на частотах 7,4 и 400 Гц меньше основной составляющей на 20 % (или 2 дБ). Составляющие 200 и 296 Гц меньше на 30 % (3 дБ) и т.д.
В ходе дальнейшего анализа было установлено, что наиболее близкая к промышленной частоте спектральная составляющая частотой 96 Гц обеспечит ток через УН порядка 0,2 мА Составляющая на частоте 400 Гц обеспечит ток порядка 0,7 мА, а на частоте 2393 Гц - порядка 1 мА и т.д. Согласно [25] суммарный ток через УН будет определяться выражением:
Из формулы 3.10 и вышеизложенных расчетов следует, что основное влияние на срабатывание емкостного УН оказывают "высшие", отличные от 50 Гц, спектральные составляющие выходного напряжения. Действующее значение емкостного тока, протекающего через УН, в этом случае более чем в десять раз превышает ток 100 мкА, протекающий через УН от источника синусоидального на пряжения 1,5 кВ частотой 50 Гц. При использовании ППУ с испытательным напряжением синусоидальной формы частотой 15 кГц (например, УПУН-1) значение протекающего емкостного тока также во много раз превышает ток, протекающий от источника синусоидального напряжения 1,5 кВ частотой 50 Гц.
В результате анализа было выявлено, что находящиеся в эксплуатации ППУ не могут обеспечить достоверной проверки работоспособности УН. Поэтому актуальной задачей является разработка нового ППУ, обеспечивающего эквивалентность условий проверки, повышающего тем самым надежность проверки работоспособности УН и, как следствие, безопасность проводимых работ.
