способ определения параметров изоляции кабельной сети с изолированной нейтралью

Формула изобретения

1. Способ определения параметров изоляции кабельной сети с изолированной нейтралью при однофазном замыкании на землю, включающий измерение напряжения нулевой последовательности и напряжений между проводами фаз отходящих присоединений и землей, отличающийся тем, что определяют поврежденную фазу и поврежденное присоединение, разделяют отходящие присоединения на две группы, определяют ток нулевой последовательности одной из групп отходящих присоединений и вычисляют переходное активное сопротивление в месте повреждения R и полную емкость присоединений относительно земли С по формулам

где U_фп - действующее напряжение между проводом и землей

поврежденной фазы, В;

U_H - действующее напряжение нулевой последовательности, В;

I₀ - действующий ток нулевой последовательности группы отходящих присоединений, А;

f - частота сети, Гц;

К - удельный коэффициент емкости относительно земли группы отходящих присоединений, не содержащей поврежденное присоединение, - отношение емкости группы отходящих присоединений, не содержащей поврежденное присоединение, к полной емкости всех отходящих присоединений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при числе отходящих присоединений более двух разделяют отходящие присоединения на две группы от двух до t_m раз различающимися сочетаниями, значение t_m определяют по рекуррентной формуле

t_i=2t_i-1+1, i=3,4,...,m, t₂=1,

где m - количество присоединений,

для каждого сочетания присоединений определяют суммарный ток нулевой последовательности одной из групп присоединений и вычисляют переходное активное сопротивление в месте повреждения R и полную емкость присоединений относительно земли С, а уточненные значения переходного активного сопротивления в месте повреждения R и полную емкость присоединений относительно земли С получают как среднее.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что определяют ток нулевой последовательности каждой из двух групп отходящих присоединений, определяют переходное активное сопротивление в месте повреждения R и полную емкость присоединений относительно земли С для каждого тока нулевой последовательности, а уточненные значения переходного активного сопротивления в месте повреждения R и полную емкость присоединений относительно земли С получают как среднее.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к способам определения параметров изоляции кабельной сети, и может быть использовано при экспериментальных измерениях. Достигаемый технический результат - определение параметров изоляции при однофазном замыкании на землю электрической сети экспериментально-расчетным путем при рабочем напряжении без перерыва в электроснабжении.

Известен способ определения параметров изоляции электрических сетей с изолированной нейтралью, включающий измерение напряжений между проводами фаз и землей в нормальном режиме и при введении дополнительной проводимости между фазой и землей, измерение тока искусственного замыкания каждой фазы на землю /1/.

Однако способ /1/ для создания искусственного однофазного замыкания на землю требует на период производства измерения тока замыкания отключения защиты от токов утечки, что делает процесс измерений в определенной степени небезопасным (2, стр. 172, строки 8-10 снизу).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения параметров изоляции электрических сетей с изолированной нейтралью, включающий измерение напряжения нулевой последовательности и напряжений между проводами фаз и землей в нормальном режиме и при введении дополнительной проводимости между фазой или нейтралью и землей (2, стр. 184, рис. 4-15). По результатам измерений вычисляют активную и емкостную составляющие полной проводимости изоляции сети.

Однако способ (2, стр. 184) имеет невысокую точность определения составляющих полной проводимости изоляции сети из-за введения в сеть дополнительных элементов, имеет высокие реализационные затраты на дополнительные элементы.

Технической задачей изобретения является повышение точности и достоверности определения параметров изоляции при однофазном замыкании на землю.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что измеряют напряжение нулевой последовательности, измеряют напряжения между проводами фаз отходящих присоединений и землей, определяют поврежденную фазу, определяют поврежденное присоединение, разделяют отходящие присоединения на две группы, определяют ток нулевой последовательности одной из групп отходящих присоединений и вычисляют переходное активное сопротивление в месте повреждения R и полную емкость присоединений относительно земли С по формулам

где U_фn - действующее напряжение между проводом и землей поврежденной фазы, В;

U_H - действующее напряжение нулевой последовательности, В;

I₀ - действующий ток нулевой последовательности группы отходящих присоединений, А;

f - частота сети, Гц;

К - удельный коэффициент емкости относительно земли группы отходящих присоединений, не содержащей поврежденное присоединение, - отношение емкости группы отходящих присоединений, не содержащей поврежденное присоединение, к полной емкости всех отходящих присоединений.

Дополнительное повышение точности достигается тем, что при числе отходящих присоединений более двух разделяют отходящие присоединения на две группы от двух до t_m раз различающимися сочетаниями, значение t_m определяют по рекуррентной формуле

где m - количество присоединений, для каждого сочетания присоединений определяют суммарный ток нулевой последовательности одной из групп присоединений и вычисляют переходное активное сопротивление в месте повреждения R и полную емкость присоединений относительно земли С, а уточненные значения переходного активного сопротивления в месте повреждения R и полную емкость присоединений относительно земли С получают как среднее; определяют ток нулевой последовательности каждой из двух групп отходящих присоединений, определяют переходное активное сопротивление в месте повреждения R и полную емкость присоединений относительно земли С при каждом токе нулевой последовательности, а уточненные значения переходного активного сопротивления в месте повреждения R и полную емкость присоединений относительно земли С получают как среднее.

На чертеже представлена структурная схема устройства измерения электрических параметров сети для реализации способа определения параметров изоляции кабельной сети.

Устройство содержит кабельную трехфазную электрическую сеть 1 с азами а, b, с с однофазным замыканием на землю в фазе а, отходящие присоединения 2, 3 и 4, от которых питаются электроприемники, трансформаторы 5 тока нулевой последовательности, выходные преобразователи тока нулевой последовательности 6, измерительный преобразователь 7, содержащий трансформатор напряжений контроля изоляции 8, выходные преобразователи 9 напряжений между проводами фаз и землей отходящих присоединений и выходной преобразователь 10 напряжения нулевой последовательности.

Устройство работает следующим образом.

При повреждении изоляции какой-либо фазы, например фазы а электроустановки отходящего присоединения 2, протекают токи однофазного замыкания на землю, которые стекаются в узле А и протекают к месту повреждения изоляции электрической сети. Комплексный ток однофазного замыкания на землю поврежденного присоединения 2 определяется по формуле

где I₀₂,...I_0m - действующие токи нулевой последовательности неповрежденных присоединений 3 и 4; n - количество присоединений в группе отходящих присоединений, содержащей поврежденное присоединение. Напряжение между проводом поврежденной фазы а и землей понижается, возникает напряжение смещения нейтрали.

В сети, изображенной на чертеже, производят измерения электрических параметров: действующих токов нулевой последовательности I₀₁, I₀₂,...,I_0m действующего напряжения нулевой последовательности U_H, действующих напряжений U_a-3, U_b-3, U_c-3 между проводами фаз а, b, с отходящих присоединений и землей, определяют поврежденную фазу, определяют поврежденное присоединение, разделяют отходящие присоединения на две группы, определяют ток нулевой последовательности одной из групп отходящих присоединений

определяют параметры изоляции по формулам (1), - результату решения системы уравнений для кабельной сети и отдельных отходящих присоединений:

где - оператор трехфазной системы;

С_ф - емкость фазы всех присоединений;

С_фi - емкость фазы i-го присоединения;

- комплексный ток на участке между i-й фазой k-го присоединения и землей;

- комплексный ток нулевой последовательности k-го присоединения;

(I₀)₁ (I₀)₂ - действующий ток нулевой последовательности соответственно первой группы отходящих присоединений от первого до n-го присоединения (поврежденного присоединения 2, неповрежденных присоединений 3 на чертеже) и второй группы отходящих неповрежденных присоединений 4 от n+1-го до m-го присоединения;

- комплексное напряжение нулевой последовательности;

- комплексное опорное фазное напряжение;

- комплексные фазные напряжения;

- комплексная проводимость i-й фазы всех присоединений;

- круговая частота сети, =2f.

Поврежденную фазу определяют по выполнению условия на поврежденной фазе напряжение между проводом фазы и землей

где K_n - пороговый коэффициент (3, стр. 130, строки 21-23 сверху). В (3, стр. 130) рекомендуется выбирать K_n=0,2.

Поврежденное присоединение определяют, сравнивая токи нулевой последовательности отходящих присоединений. Поврежденное присоединение определяют по наибольшему значению соответствующего тока нулевой последовательности (3, стр. 131, строки 8-6 снизу).

Уточненные значения переходного активного сопротивления в месте повреждения R и полной емкости присоединений относительно земли С получают как среднее, например арифметическое, значение, вычисленное через R_i и C_i по формулам

для каждого i-го сочетания присоединений в двух группах и i-го из t наборов измеряемых параметров U_фп, (I₀)_i, U_H,

где (I₀)_i - действующий ток нулевой последовательности группы отходящих присоединений при i-м сочетании присоединений А,

t - количество различных разбиений присоединений на две группы, 2tt_m.

Через наборы R_i и С_i вычисляют переходное активное сопротивление в месте повреждения R и полную емкость присоединений относительно земли С по формулам

Значение t_m определяют по рекуррентной формуле (2). Например, при числе присоединений m=4 количество различных сочетаний присоединений в двух группах при сохранении поврежденного присоединения для определенности в одной и той же, например в первой, группе, получаемое простым перебором вариантов, равно семи: 1-2,3,4; 1,2-3,4; 1,3-2,4; 1,4-2,3; 1,2,3-4; 1,2,4-3; 1,3,4-2. По формуле (2) получаем t₂=1, t₃=2х1+1=3, t₄=2x3+1=7.

Дополнительное уточнение значений переходного активного сопротивления в месте повреждения R и полной емкости присоединений относительно земли С получают удвоением числа опытов в сравнении с числом t разбиений присоединений на две группы. Для каждого i-го сочетания присоединений в двух группах определяют по формулам (4) токи нулевой последовательности каждой из двух групп (I₀)_i1 и (I₀)_i2, получают 2t наборов измеряемых параметров, вычисляют по 2t значений R_i и С_i по формулам (15), через 2t наборов R_i и С_i вычисляют переходное активное сопротивление в месте повреждения R и полную емкость присоединений относительно земли С как среднее, например арифметическое, значение, вычисленное по формулам

Таким образом, способ применим для практического использования в кабельных сетях с изолированной нейтралью, позволяет определять экспериментально-расчетным путем без перерыва в электроснабжении параметры изоляции сети при однофазном замыкании на землю: переходное активное сопротивление в месте повреждения и полную емкость присоединений относительно земли.

Библиографический список

1. Авторское свидетельство СССР №1239635, кл. G 01 R 27/18, 1986.

2. Электробезопасность в горнодобывающей промышленности / Л.В.Гладилин, В.И.Шуцкий, Ю.Г.Бацежев, Н.И.Чеботаев. - М.: Недра, 1977. - 327 с.

3. Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Энергоиздат, 1961. - 328 с.