Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 15
1.1 Основные понятия и определения 15
1.2 Требования к системам заземления. Сравнительный анализ систем заземления 16
1.2.1 Типы электрических сетей напряжением до 1кВ 16
1.2.2 Электрическая сеть TN-C 18
1.2.3 Электрическая сеть TN-S 20
1.2.4 Электрическая сеть TN-C-S 21
1.2.5 Электрическая сеть ТТ 22
1.2.6 Сравнительный анализ сетей при различных режимах нейтрали 23
1.2.7 Повторные заземления нулевых проводников 26
1.2.8 Выводы 34
1.3 Существующие способы и устройства контроля непрерывности нулевого провода в сетях 0,38 кВ с глухозаземленной нейтралью 35
1.3.1 Способы и устройства периодического контроля непрерывности нулевого провода 35
1.3.2 Способы и устройства непрерывного автоматического контроля непрерывности нулевого провода 40
1.4 Классификация способов и устройств контроля непрерывности нулевого провода 52
1.5 Выводы и постановка задач исследования 55
2 Основные методические принципы исследования 56
2.1 Методика исследования на математической модели 56
2.1.1 Теория симметричных составляющих. Обоснование применимости 56
2.1.2 Основные допущения 60
2.1.3 Обоснование зависимостей, позволяющих организовать контроль системы «нулевой провод —совокупность повторных заземлитетей» 61
2.2 Обоснование схемы исследования 65
2.3 Проведение исследований в программной среде MATLAB 71
2.3.1 Назначение.и.особенности программной среды MATLAB 71
2.3.2 Составление схемы замещения в среде MATLAB Определение параметров моделирования 74
2.3.3 Результаты моделирования 82
2.3.4 Выводы 96
3 Экспериментальные исследования 99
3.1 Определение условий проведения экспериментов. Выбор воздушной линии. Измерение параметров исследуемой линии 99
3.2 Результаты экспериментальных исследований 102
3.3 Оценка погрешности экспериментальных исследований 105
3.4 Выводы 107
4 Практическая реализация теоретических положений 108
4.1 Исходные положения 108
4.2 Разработка устройства контроля параметров нулевого провода с элементами адаптивности 110
4.2.1 Определение адаптивной защиты
4.2.2 Микропроцессорная техника для средств защиты 111
4.2.3 Реализация функции адаптивности в устройстве контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,38 кВ 115
4.2.4 Элементная база устройства 117
4.3 Монтажная схема подключения устройства в реальной сети 119
4.4 Оценка эффективности разработанного способа и устройства 121
4.5 Выводы 123
Заключение 125
Список литературы 127
- Способы и устройства периодического контроля непрерывности нулевого провода
- Обоснование зависимостей, позволяющих организовать контроль системы «нулевой провод —совокупность повторных заземлитетей»
- Определение условий проведения экспериментов. Выбор воздушной линии. Измерение параметров исследуемой линии
- Реализация функции адаптивности в устройстве контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,38 кВ
Введение к работе
Актуальность работы. Уровень электротравматизма в электрических сетях 0,38 кВ очень высок. Это связано с различными факторами, одним из которых является отказ функционирования основных защитных мер по обеспечению электробезопасности.
Нулевой провод является важнейшим элементом основной защитной меры для электрических сетей до 1000 В с глухозаземленной нейтралью – зануления. Повреждение изоляции и попадание потенциала на корпус электроприемников посредством зануления приводит к однофазному короткому замыканию и отключению участка сети защитным аппаратом. Однако состояние нулевого провода зачастую неудовлетворительное: в качестве нулевого провода используется оболочка кабеля; часто встречается непосредственное соединение «медь–алюминий»; нулевой провод присоединяется под болт к незачищенному от краски элементу конструкции низковольтного шкафа; некачественные скрутки в местах соединения многожильных проводов и т.д. Повреждение нулевого провода приводит не только к существенному повышению токов через тело человека при однофазном коротком замыкании, но и к снижению тока короткого замыкания, что замедляет или совсем исключает срабатывание защитных аппаратов. А при однофазном коротком замыкании за местом обрыва нулевой провод обеспечит вынос потенциала на все зануленные электроприемники за местом повреждения, создавая предпосылки для группового электропоражения со смертельным исходом. Эксплуатация электроприемников, включенных на фазное напряжение 220 В, в большинстве случаев осуществляется неэлектротехническим персоналом, не представляющим условия возникновения и опасность поражения электрическим током, а также не знающим правила реанимации пострадавшего, поэтому контроль функционирования основных элеткрозащитных мер является важнейшей задачей при эксплуатации электроустановок 0,38 кВ.
Проблема целостности нулевого провода возникает и в связи с периодически возникающими случаями перегорания однофазных электроприборов в промышленных предприятиях и у населения в трехфазных сетях до 1000 В со схемой «звезда с глухозаземленной нейтралью» с низкой стороны 0,4 кВ, включенных на фазу и нуль. Основной причиной, вызывающей недопустимые отклонения напряжения, является увеличение сопротивления или обрыв нулевого провода.
Согласно анализу повреждаемости электрических сетей филиала ОАО «МРСК Сибири» - «Читаэнерго» ПО «Читинские городские электрические сети» за 2007 – 2009 годы только на воздушных линиях 0,38 кВ зафиксировано 19 случаев повреждения нулевого провода на разных участках воздушных линий, приведших к повреждению дорогостоящей аппаратуры и бытовой техники. Возникающие перенапряжения зачастую приводят к пожарам и гибели людей.
Следовательно, для этих сетей чрезвычайно важным является наличие надежной и селективной защиты от любых аварийных и ненормальных режимов, непрерывный контроль состояния нулевого провода, а также параметров повторных заземлителей. На сегодняшний день отсутствуют средства защиты указанных сетей от ненормальных и аварийных режимов, связанных с повреждением нулевого провода, имеющие приемлемые технические характеристики и технико-экономические показатели.
В связи с вышеприведенными обстоятельствами появилась необходимость разработки способа и устройства контроля параметров нулевого провода.
Цель работы. Целью диссертационного исследования является повышение уровня электробезопасности в сетях напряжением до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью путём организации непрерывного контроля параметров системы «нулевой провод – совокупность повторных заземлителей».
Объектом исследования являются линии 0,38 кВ с глухозаземленной нейтралью, система «нулевой провод – совокупность повторных заземлителей».
Предметом исследования является распределение токов в системе «нулевой провод – совокупность повторных заземлителей» при изменяющихся характере нагрузки и состоянии указанной системы.
Идея работы состоит в том, что для контроля параметров нулевого провода производится измерение и анализ распределения токов по участкам нулевого провода, за счет чего представляется возможным выявление аварийного режима, а также определение места обрыва нулевого провода с учетом заданной погрешности.
Научные положения и результаты, выносимые на защиту:
-
-
Классификация способов контроля непрерывности нулевого провода до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью.
-
Распределение токов в системе «нулевой провод – совокупность повторных заземлителей» характеризует состояние нулевого провода в сети напряжением до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью.
-
Зависимости токов в нулевом проводе на участках между повторными заземлителями в функции от расстояния до места обрыва нулевого провода; разности токов в нулевом проводе в начале линии и за первым повторным заземлителем в функции от места обрыва нулевого проводника, количества и величины сопротивления растеканию тока заземляющего контура повторных заземлителей.
-
Способ автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,4 кВ, заключающийся в измерении тока в нулевом проводе в начале линии и тока в нулевом проводе за первым повторным заземлителем, отличающийся от известных тем, что дополнительно производят определение разности токов в нулевом проводе в начале линии и в нулевом проводе за первым повторным заземлителе (Патент №23566151).
Значение работы. Научное значение работы заключается в разработке классификации способов, которая позволила сформулировать требования к устройству контроля параметров нулевого провода; в установлении зависимости токов в нулевом проводе на участках между повторными заземлителями в функции от расстояния до места обрыва нулевого провода; разности токов в нулевом проводе в начале линии и за первым повторным заземлителем в функции от места обрыва нулевого проводника, количества и величины сопротивления растеканию тока заземляющего контура повторных заземлителей, которые позволили обосновать новый способ и адаптивное устройство автоматического контроля параметров системы «нулевой провод – совокупность повторных заземлителей».
Практическое значение работы состоит в разработке адаптивного устройства автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,38 кВ, позволяющего определять аварийный режим при обрыве нулевого провода, а также место обрыва нулевого провода с учетом заданной погрешности. Использование предложенного устройства позволяет повысить уровень электробезопасности при эксплуатации низковольтных сетей за счёт своевременного выявления и отключения линии с поврежденным нулевым проводом.
Основные методы научных исследований. При проведении работы использованы фундаментальные положения теоретических основ электротехники, прикладной математики, теории электробезопасности, а также методы физического и математического моделирования и методы натурного испытания, теория вероятностей и статистической обработки информации.
Достоверность полученных результатов. Обоснованность и достоверность научных положений, теоретических выводов, основных результатов и рекомендаций диссертации подтверждены корректным применением известных методов расчёта и анализа электрических цепей; экспериментальными исследованиями режимов работы сети с последующей обработкой данных методами теории вероятностей и математической статистики; корректным использованием соответствующего математического аппарата, вычислительных программных комплексов; удовлетворительной сходимостью результатов математического и физического моделирования с результатами экспериментов и измерений в реальных электрических сетях (погрешность не превышает 10 %).
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Второй Российской конференции по заземляющим устройствам (г. Новосибирск, 2005 г.), Десятой Российской научно-технической конференции «Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность» (г. Санкт-Петербург, 2008 г.), ежегодных Всероссийских научно-практических конференциях «Кулагинские чтения» (г. Чита, 2004 – 2008 г.), а также на конференциях и научных семинарах Энергетического института Читинского государственного университета.
Реализация результатов работы.
Разработанные способ и устройство автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,38 кВ внедрены в электрических сетях МУП «ГорСвет» (г. Чита).
Результаты диссертационной работы также используются в учебном процессе Энергетического института ГОУ ВПО «Читинский государственный университет» при подготовке инженеров по специальности 140211 «Электроснабжение» при чтении курсов «Основы электробезопасности», «Релейная защита и автоматика», а также при проведении лабораторных работ.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 8 печатных работах, опубликованных автором лично и в соавторстве, в том числе 2 патен-тах РФ на изобретение. Из них в изданиях, включенных в «Перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук» – 2 статьи.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 104 наименований, приложения, содержит 143 стр. основного текста.
Способы и устройства периодического контроля непрерывности нулевого провода
При обрыве повторного заземления нулевого проводника возникает опасность для людей, прикасающихся к зануленному оборудованию в период, пока существует замыкание фазы на корпус. В случае обрыва нулевого защитного проводника и замыкания фазы на корпус за местом обрыва эта опасность резко повышается, поскольку напряжение относительно земли оборванного участка нулевого провода и присоединенных к нему корпусов может достигать фазного напряжения сети.
Следует также отметить, что при обрыве нулевого провода состояние повторных заземлителеи оказывает существенное влияние на величину перенапряжения, ведь «отказ» повторных заземлителеи в данном случае приведет к максимально возможной для рассматриваемого режима несимметрии напряжений, то есть явится вероятной причиной выхода из строя дорогостоящего оборудования, возгорания, возникновения электроопасной ситуации.
Следовательно, для этих сетей чрезвычайно важным является наличие надежной и селективной защиты от любых аварийных и ненормальных режимов, непрерывный автоматический контроль как параметров нулевого провода, так и контроль состояния повторных заземлителеи. На сегодняшний день отсутствуют средства защиты этих сетей от ненормальных и аварийных режимов с приемлемыми техническими характеристиками и технико-экономическими показателями.
В [6] п.3.1.8 предусматривают защиту упомянутых электросетей только от однофазных, двухфазных и трехфазных коротких замыканий с обеспечением чувствительности в конце линии. Для электродвигателей п.5.3.38, 5.3.55 - 5.3.62 предусматривают кроме этого защиту от токов перегрузки и защиту минимального напряжения. Для других электроприборов от ненормальных режимов в этих сетях защита не предусмотрена. В связи с указанными обстоятельствами необходимость разработки способа и устройства контроля параметров нулевого провода неоспорима. Цель работы. Целью диссертационного исследования является повышение уровня электробезопасности в сетях напряжением 0,38 кВ с глухоза-землённой нейтралью путём организации непрерывного контроля параметров системы «нулевой провод - совокупность повторных заземлителей». Объектом исследования являются линии 0,38 кВ с глухозаземленной нейтралью для системы заземления TN-C, как наиболее распространенной. Предметом исследования является распределение токов в системе «нулевой провод - совокупность повторных заземлителей» при изменяющихся характере нагрузки и состоянии указанной системы. Идея работы состоит в том, что для контроля параметров системы «нулевой провод - совокупность повторных заземлителей» производится измерение и анализ распределения токов по участкам нулевого провода, за счет чего определяется место обрыва нулевого провода и повторных заземлителей с учетом заданной погрешности. Основные методы научных исследований. При проведении работы использованы фундаментальные положения теоретических основ электротехники, прикладной математики, теории электробезопасности, а также методы физического и математического моделирования и методы натурного испытания, теория вероятностей и статистической обработки информации. Достоверность полученных результатов. Обоснованность и достоверность научных положений, теоретических выводов, основных результатов и рекомендаций диссертации подтверждены корректным применением известных методов расчёта и анализа электрических цепей; экспериментальными исследованиями режимов работы сети с последующей обработкой данных методами теории вероятностей и математической статистики; корректным использованием соответствующего математического аппарата, вычислительных программных комплексов; удовлетворительной сходимостью результатов математического и физического моделирования с результатами экспериментов и измерений в реальных электрических сетях (погрешность не превышает 10 %). Научные положения и результаты, выносимые на защиту: 1. Классификация способов контроля непрерывности нулевого провода до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью. 2. Распределение токов в системе «нулевой провод - совокупность повторных заземлителей» характеризует состояние нулевого провода в сети напряжением до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью. 3. Зависимости токов в нулевом проводе на участках между повторными заземлителями в функции от расстояния до места обрыва нулевого провода; разности токов в нулевом проводе в начале линии и за первым повторным за-землителем в функции от места обрыва нулевого проводника, количества и величины сопротивления растекания заземляющего контура повторных заземлителей. 4. Способ автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,4 кВ, заключающийся в измерении тока в нулевом проводе в начале линии и тока в нулевом проводе за первым повторным заземлите-лем, отличающийся от известных тем, что дополнительно производят определение разности токов в нулевом проводе в начале линии и в нулевом проводе за первым повторным заземлителе (Патент №23566151, заявл. 15.02.08; опубл. 20.05.2009, Бюл. №14. - 7 с: ил). Значение работы. Научное значение работы заключается в разработке классификации способов, которая позволила сформулировать требования к устройству контроля параметров нулевого провода; в установлении зависимости токов в нулевом проводе на участках между повторными заземлителя-ми в функции от расстояния до места обрыва нулевого провода; разности токов в нулевом проводе в начале линии и за первым повторным заземлителем в функции от места обрыва нулевого проводника, количества и величины сопротивления растекания заземляющего контура повторных заземлителей, которые позволили обосновать новый способ и адаптивное устройство автоматического контроля параметров системы «нулевой провод-совокупность повторных заземлителей».
Практическое значение работы состоит в разработке адаптивного устройства автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,38 кВ, позволяющего определять аварийный режим при обрыве нулевого провода, а также место обрыва нулевого провода с учетом заданной погрешности. Использование предложенного устройства позволяет повысить уровень электро- и пожаробезопасности при эксплуатации низковольтных сетей за счёт своевременного выявления и отключения линии с поврежденным нулевым проводом.
Обоснование зависимостей, позволяющих организовать контроль системы «нулевой провод —совокупность повторных заземлитетей»
В электрической сети переменного тока напряжением до 1 кВ с глухо-заземленной нейтралью нулевой проводник, совмещающий функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников (PEN-проводник), должен иметь повторные заземления. Нулевой рабочий проводник (N-проводник) тоже желательно (но не обязательно) повторно заземлять. При этом сопротивление заземлителя повторного заземления независимого проводника не нормируется.
Повторные заземления PEN-проводников должны быть выполнены на концах воздушных линий (ВЛ) или ответвлений от них длиной более 200 м [6, 10], а также на вводах В Л к электроустановкам, в которых в качестве защитной меры при косвенном прикосновении применено автоматическое отключение питания. При этом в первую очередь следует использовать естественные заземлители, например, проложенные в земле металлические трубопроводы различных назначений, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов и смесей и трубопроводов канализации и центрального отопления, другие находящиеся в земле металлические конструкции и сооружения, подземные части опор ВЛ, а также заземляющие устройства, предназначенные для защиты от грозовых перенапряжений. Указанные повторные заземления нулевого провода электрической сети выполняют, если более частые заземления не требуются по условию защиты ВЛ от грозовых перенапряжений.
Общее сопротивление всех заземляющих устройств, служащих для повторных заземлений PEN-проводника (в том числе и заземляющих устройств, выполненных на базе естественных заземлителей) для каждой из ВЛ в любое время года, включая самые неблагоприятные периоды (летние, приводящие к высыханию слоя земли, в котором находится заземлитель, и зимние, вызывающие промерзание указанного слоя) [63] не должно превышать 5,10 и 20 Ом при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В, соответственно. При этом сопротивление заземляющего устройства каждого из повторных заземлений должно быть не более 15, 30 и 60 Ом, соответственно, при тех же значениях линейных напряжений.
Проверка сопротивлений заземляющих устройств опор воздушных линий электропередачи до 1000 В согласно [12] производится не реже 1 раза в 6 лет, проверка состояния элементов заземляющего устройства производится не менее чем у 2 % опор с заземлителями с той же периодичностью.
В основу разработки требований к повторному заземлению проводников системы зануления был положен тщательный анализ многочисленных случаев гибели людей и сельскохозяйственных животных, почерпнутых из материалов уголовных дел, которые регулярно направлялись в ВИЭСХ на экспертизу работниками прокуратуры из различных регионов страны. Рассматривались аварийные режимы, связанные с обрывами и падениями на землю фазных проводов сети, замыканиями на землю и на зануленный корпус, нарушениями целостности нулевых проводов [77, 87, 88]. Результаты анализа обрабатывались на ЭВМ, строились математические модели поражения электрическим током, сравнивались различные варианты защит.
При разработке требований к повторным заземлениям нулевого провода электрической сети руководствовались следующими тремя главными принципами: - все требования должны учитывать имеющийся мировой опыт, иметь строгое научное обоснование и лишь в виде исключения основываться на экспертных оценках; - надежные электрозащитные и рабочие характеристики заземляющих устройств должны достигаться при наименьших затратах, включая затраты на проектирование; - должен быть технически осуществим контроль соответствия заземляющих устройств предъявляемым к ним требованиям. В настоящее время с появлением узаконенных сначала в государственных стандартах, а затем и в ПУЭ электрических сетей с системами заземления типа TN-S, предусматривающими наличие нулевых защитных проводников, независимых на всем своем протяжении, начиная от нейтрали трансформатора или генератора и заканчивая корпусами электроприемников у потребителя электроэнергии (РЕ-проводников), и независимых нулевых рабочих проводников (N-проводников), требования к повторным заземлениям, естественно, должны были измениться и изменились. В [6] п.п. 1.7.102-1.7.103 необоснованно отсутствуют какие бы то ни было требования к повторному заземлению РЕ-проводника. Его нужно обязательно повторно заземлять и в первую очередь в сельских электрических сетях, в которых канализация электроэнергии, как правило, осуществляется по воздушным линиям [11]. Нулевой защитный проводник без повторных заземлений превращается в свою противоположность [8, 66, 69]. При нарушении его целостности, например, при обрыве, нормальная работа электроустановки не нарушится, в силу чего повреждение может длительное время, иногда месяцами, оставаться незамеченным. Но стоит произойти замыканию на корпус в каком-либо одном электроприемнике за местом обрыва (считая по ходу движения энергии), как на корпусах всех соединенных с РЕ-проводником электроприемников (холодильников, стиральных машин, электроплит, компьютеров, электроутюгов и др.) во всех квартирах и домах появится опасное для жизни человека полное фазное напряжение 220 В. Это напряжение тоже может длительно оставаться на корпусах электрооборудования, по крайней мере до тех пор, пока не начнут гибнуть люди. Это самая опасная ситуация, связанная с наличием РЕ-проводника, не имеющего повторных заземлений [89]. Эта ситуация может стать причиной групповых электропоражений. Но даже в том случае, когда целостность РЕ-проводника не нарушена, при любом замыка ний на корпус на нем обязательно появится опасное для жизни человека электрическое напряжение. Точно такое же напряжение появится на корпусах всех остальных присоединенных к РЕ-проводнику электроприемников, находящихся за местом замыкания. Длиться это напряжение будет до тех пор, пока не сработает основная или резервная защита. Все, что было сказано о РЕ-проводнике, проиллюстрировано рисунке 6, на котором изображена схема электроустановки с системой заземления типа TN-S. На рисунке изображен ряд различных электроприемников ЭП1-ЭП6, каждый из которых присоединен к защитному РЕ-проводнику.
Определение условий проведения экспериментов. Выбор воздушной линии. Измерение параметров исследуемой линии
Рассмотрим на примере уже упоминавшегося устройства контроля параметров заземляющей цепи электроустановок авторов Ю.В. Ситчихина, А.И. Сидорова и М.П. Кудреватых, но основанного на другом принципе действия.
Широкому внедрению устройств контроля параметров заземляющей цепи, использующих канал нулевой последовательности питающей электрической сети, препятствует сложность изготовления применяемых в них элементов: дросселей, резонансных L С цепочек и др. Кроме трудностей изготовления, эти элементы в процессе эксплуатации, особенно на передвижных злектроприемниках, часто выходят из строя. Это ведет к отказу контроля сопротивления заземляющей цепи в целом, что недопустимо в условиях добывающих предприятий.
Применение дискретного контроля, основанного на импульсном пропускании контрольного тока, позволяет использовать в схеме устройства контроля емкостные элементы, которые более надежны и одновременно способствуют компенсации реактивной мощности. При этом период следования импульсной посылки не должен превышать 200 мс. Становится возможным использовать кодовые комбинации импульсов и, таким образом, осуществлять контроль целостности каждой заземляющей цепи нескольких электроприемников одновременно.
На этой основе возможны две системы контроля. В одной - генератор импульсов определенной кодовой комбинации установлен на передвижной электроустановке и через конденсаторы подключен к сети, а вторым зажимом - к корпусу установки, приемник импульсов совместно с дешифратором (на базе микропроцессора) получает сигнал с трансформатора напряжения питающей подстанции сети. Здесь выявляются кодовые посылки каждой контролируемой электроустановки и по их наличию делается вывод о целостности заземляющей цепи. По средней величине напряжения импульсов можно судить о сопротивлении заземления, которое в данном случае образовано параллельно соединенными сопротивлениями г3 проводников цепи заземления и сопротивлением Гсз самозаземления электроустановки.
В другом варианте один общий генератор импульсов подключается на питающей подстанции, а на каждой контролируемой электроустановке с помощью трансформатора напряжения выявляется прохождение по каналу нулевой последовательности заданной кодовой комбинации (относительно земли), что будет свидетельствовать об исправности (неисправности) цепи заземления. Такая система не позволяет достоверно контролировать величину сопротивления заземляющей цепи, т.к. величина контрольного тока будет сильно зависеть, например, от сопротивлений самозаземлений гСз остальных электроустановок.
Недостатками известного способа и устройства являются: - ухудшение качества электроэнергии в данной сети за счет прохождения импульсного тока через совокупность фазных проводов; - за счет временного ограничения полосы пропускания нарушается импульсный характер сигнала, импульсный сигнал конечной длительности «расплывается», переходные процессы в канале продолжаются после выключения і-го сигнала и происходит наложение сигналов, что приводит к ухудшению чувствительности; - контроль параметров нулевого провода по каждой защищаемой линии производится через некоторые промежутки времени, длительность которых зависит от количества защищаемых линий, т.е. контроль осуществляется непостоянно. Способ контроля непрерывности нулевого провода, основанный на пропускании высокочастотных импульсов генераторами высокочастотных импульсов, установленными в нулевом проводе в конце линии Этот метод разработали Суворов И.Ф., Серёжин КС, Гальцев В.В., Сидоров А.И. (Читинский государственный университет) [23]. В предлагаемом способе автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных и кабельных линий 0,4 кВ осуществляется пропускание высокочастотных импульсов через нулевой провод и совокупность повторных заземлителей защищаемых линий, прием импульсов, их дешифрацию, регистрацию амплитуды импульсов, и подачу сигнала на отключение линии при значениях амплитуды импульсов ниже определенной величины. На рисунке 15 представлена структурная схема устройства постоянного автоматического контроля параметров нулевого провода для двух отходящих от трансформаторной подстанции линий, в которой используются стандартные общепринятые блоки, где 1 - силовой питающий трансформатор; 2 - нагрузки потребителей; 3 - автоматические выключатели отходящих от подстанции линий; 4 -контур заземления подстанции сопротивлением 4 Ом; 5 -повторные заземлители воздушных или кабельных линий сопротивлением 30 Ом; 6 - сопротивления нулевых проводов отходящих линий; 7 - блоки передачи импульсов соответствующих линий; 8 - блок приема импульсов; 9 - частотные фильтры соответствующих линий; 10 - дешифраторы соответствующих линий; 11 - исполнительные механизмы автоматических выключателей защищаемых линий. Согласно этому способу за счет постоянного приема передаваемых импульсов осуществляется непрерывный автоматический контроль параметров нулевого провода, реализуется селективная защита линий 0,4 кВ от последствий обрыва нулевого провода или увеличения сопротивления системы "нулевой провод-земля".
Реализация функции адаптивности в устройстве контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,38 кВ
Среднесуточное значение коэффициента мощности составляет 0,8. Наличие резкопеременнои нагрузки, включение асинхронных двигателей ведет к кратковременным снижениям значения cos (р до 0,4.
Таким образом, анализ конфигурации электрических сетей 0,38 кВ и наиболее характерных режимов их работы для различных видов подключаемой нагрузки позволяет определить параметры схемы замещения для моделирования режимов исследуемых линий: трансформатор подстанции 6-10/0,38 кВ мощностью 400 кВА; воздушая линия 0,38 кВ, выполненная проводом АС-35; коэффициент мощности cos (р варьируется в пределах 0,8 -0,95, в переходных режимах - достигает минимального значения 0,4; несимметрия токов по фазам достигает максимального значения при отношении фазных нагрузок, равном 3. Вышеприведенные условия определим, как основные для объекта диссертационного исследования. Результаты моделирования линий, имеющих иные параметры и режимы работы, приведены в приложении Ш.
Ввиду того, что при решении вопросов электробезопасности необходимо в широких пределах изменять параметры расчетных схем, а значит производить большое количество испытаний, соответствующих разнообразным условиям электропоражения, задавать различные параметры всех элементов расчетной схемы, то предпочтение в вычислениях и расчетах необходимо отдать ЭВМ.
Возросшее быстродействие ЭВМ и широкий выбор программного обеспечения для математического дискретного и аналогового моделирования позволяют остановить свой выбор на их применении для изучения процессов в электрической сети. В настоящее время для научно-технических расчетов на компьютерах все чаще и чаще используются не традиционные языки программирования и не электронные таблицы, а специальные математические программы типа Mathematica, MatLab, Maple, Mathcad, Gauss, Reduce, Eureka, Electronic Workbench и др.
Составление математических моделей будем производить в системе MATLAB, как общепризнанной системой для моделирования, составления и решения нелинейных дифференциальных уравнений.
Система MATLAB предлагается разработчиками (фирма Math Works, Inc.) как лидирующий на рынке, в первую очередь в системе военно-промышленного комплекса, в аэрокосмической отрасли и автомобилестроении, язык программирования высокого уровня для технических вычислений с большим числом стандартных пакетов прикладных программ [38, 80]. Система MATLAB вобрала в себя не только передовой опыт развития и компьютерной реализации численных методов, накопленный за последние три десятилетия, но и весь опыт становления математики за всю историю человечества. Около миллиона пользователей уже применяют эту систему. Ее охотно используют в своих научных проектах ведущие университеты и научные центры мира. Популярности системы способствует ее мощное расширение Simulink, предоставляющее удобные и простые средства, в том числе визуальное объектно-ориентированное программирование, для моделирования линейных и нелинейных динамических систем, а также множество других пакетов расширения системы.
Matlab выполняет множество задач для поддержки научных и инженерных работ, начиная от сбора и анализа данных до разработки приложений. Среда Matlab объединяет математические вычисления, визуализацию и мощный технический язык. Встроенные интерфейсы позволяют получить быстрый доступ и извлекать данные из внешних устройств, файлов, внешних баз данных и программ. Кроме того, Matlab позволяет интегрировать внешние процедуры, написанные на языках Си, Си++, Фортран, и Java с MATLAB приложениями. Используемый повсюду в промышленности, государственных, академических и учебных организациях, Matlab фактически стал принятым во всем мире стандартом для технических вычислений. Matlab имеет широкий спектр применений, включая цифровую обработку сигналов и изображений, проектирование систем управления, естественные науки, финансы и экономику, а также приборостроение. Открытая архитектура позволяет легко использовать MATLAB и сопутствующие продукты для исследования данных и быстрого создания конкурентоспособных пользовательских инструментов.
Simulink является интерактивным инструментом для моделирования, имитации и анализа динамических систем. Он дает возможность строить графические блок-диаграммы, имитировать динамические системы, исследовать работоспособность систем и совершенствовать проекты[39]. Simulink полностью интегрирован с MATLAB, обеспечивая немедленным доступом к широкому спектру инструментов анализа и проектирования. Simulink также интегрируется с Stateflow для моделирования поведения, вызванного событиями. Эти преимущества делают Simulink наиболее популярным инструментом для проектирования систем управления и коммуникации, цифровой обработки и других приложений моделирования. Новая версия Simulink содержит большое число дополнительных возможностей облегчающих работу пользователя и улучшающих технологию моделирования.
SimPowerSystems - это пакет моделирования мощных энергетических (в основном электротехнических) систем, таких как линии передачи, силовые ключи, регуляторы напряжения и тока, устройства управления электродвигателями различного типа и нагревательными системами. Этот пакет обеспечивает моделирование широкого спектра энергетических систем и устройств —. от простейших электрических цепей до моделированием сложных преобразовательных устройств и даже целых электрических систем [40, 41]. Результаты моделирования отображаются разнообразными виртуальными измерительными приборами, такими как графопостроители, осциллографы и др. Система MATLAB характеризуется целым рядом важных возможностей: - доведенное до более чем 600 число встроенных функций и команд ; - новые инструменты, позволяющие при помощи мыши интерактивно редактировать и форматировать графики, оптимизировать их коды и затраты памяти на графические команды и атрибуты; - новая библиотека FFTW (быстрых преобразований Фурье) Массачусетского технологического института; - ускоренные методы интегральных преобразований; - новые, более мощные и точные, алгоритмы интегрирования дифференциальных уравнений и квадратур; - новые, современные функции визуализации: вывод на экран двумерных изображений, поверхностей и объемных фигур в виде прозрачных объектов; - новые, современные инструменты проектирования графического пользовательского интерфейса; - существенно обновленные пакеты расширения, в частности новые версии пакета моделирования динамических систем Simulink и Real Time Workshops Использование указанных средств позволяет значительно упростить процесс создания, корректировки, модификации моделей систем электроснабжения, их анализа и обработки полученных результатов. С учетом перечисленных преимуществ предпочтение отдадим системе MATLAB, моделирование в которой представлено в последующих параграфах диссертации.
Похожие диссертации на Разработка способа и адаптивного устройства контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,38 кВ
-
