Спосіб захисту електромережі шахти від короткого замикання

Реферат: UA 80138 U UA 80138 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки та призначена для захисту електромережі від короткого замикання. Може бути використана переважно в електромережах вугільних шахт з ізольованою нейтраллю трансформатора. Імовірність пошкодження електрообладнання та кабелів, що експлуатуються в шахтних виробках, є набагато вищою, ніж на загальнопромислових підприємствах, через обмежений розмір робочого простору, наявність машин та механізмів, що пересуваються в процесі роботи, обвалення шматків породи та пачок вугілля. Короткі замикання, які при цьому виникають, становлять небезпеку пожеж, вибухів у шахті, травмування та смерті робітників, суттєвих матеріальних втрат. Апаратура захисту від короткого замикання має забезпечувати селективний захист, відключаючи тільки пошкоджене приєднання мережі, для збереження показників вугледобичі. Відомо спосіб розпізнавання короткого замикання для електричної мережі [патент US 2010/0312505 А1, G01R 31/02, опубл. 09.12.2010], який включає: визначення струму, першої та другої похідної за часом від струму, безперервно та послідовно в один і той же час та протягом одного часового інтервалу; обробку кожного визначеного струму, першої та другої часової похідної від струму як цифрової чисельної послідовності; призначення кожній з чисельних послідовностей граничного значення; порівняння кожного з чисел трьох чисельних послідовностей з відповідним граничним значенням; призначення кожному числу, яке перевищує його відповідне граничне значення за результатами порівняння, ваговий коефіцієнт; складання вагових коефіцієнтів, що відповідають одному відліку часу, для формування першої зваженої суми; складання перших зважених сум для ряда послідовних відліків часу для формування другої зваженої суми; порівняння другої зваженої суми з додатковим граничним значенням; та ідентифікацію короткого замикання, якщо друга зважена сума перевищує додаткове граничне значення. Недоліком вказаного способу є низька селективність, оскільки, згідно зі способом, контролюються тільки струми фаз приєднання, що не дозволяє диференціювати двигунний режим роботи електродвигуна споживача від генераторного. Це, в свою чергу, може спричинити помилкове відключення справного приєднання від мережі при короткому замиканні у суміжному приєднанні. Відомо спосіб та пристрій визначення місця пошкодження [патент US 7283915, G01R 31/00, опубл. 16.10.2007], який передбачає вимірювання напруг та струмів на початку та в кінці лінії електропередач у складі електромережі, обчислення векторів напруг та струмів прямої послідовності для початку та кінця лінії та відстані до місця короткого замикання на основі розв'язання квадратного рівняння, складеного з урахуванням вказаних векторів напруг і струмів та комплексного опору лінії електропередач у складі електромережі. Недоліком такого способу є низька селективність, оскільки не передбачається контроль фазових співвідношень між струмами та напругами мережі, що може дати невірні результати у випадку перехода двигуна, який живиться від лінії електропередач, до генераторного режиму через виникнення короткого замикання у суміжній лінії електропередач. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі, що заявляється, є спосіб та спрямований елемент для визначення напрямку короткого замикання у ємнісно-компенсованій лінії [патент US 6584417, G01R 31/08, опубл. 24.06.2003], який включає: розрахунок Δ-опору ΔZ лінії на основі контрольованих лінійних напруг та лінійних струмів до виявлення короткого замикання та контрольованих лінійних напруг та лінійних струмів після виявлення короткого замикання; коректування розрахованого Δ-опору ΔZ відповідно до величини ємності послідовного компенсатора (-jXCAP) для отримання модифікованого Δ-опора ΔZMOD; перевірку фазового кута величини ΔZMOD для визначення напрямку виявленого короткого замикання, причому коротке замикання виникло в першому напрямку, якщо фазовий кут знаходиться між X та X+180 градусів, та виникло в другому напрямку, яке протилежне першому, якщо фазовий кут знаходиться між X+180 та X+360 градусів. До недоліків вказаного способу належить низька селективність, оскільки спосіб передбачає контроль тільки фазового кута, при цьому величини струмів та напруг лінії не беруться до уваги, що може призвести до помилкового визначення короткого замикання та помилкового відключення справної лінії. Крім того, селективність знижується через відсутність чіткого критерію визначення моменту виникнення короткого замикання, що не дозволяє чітко розмежувати стани "до короткого замикання" та "після короткого замикання". Така невизначеність може призвести до помилкового спрацьовування пристрою реалізації способу при зміні режиму роботи споживача електроенергії, зокрема при пуску двигуна, зміні його навантаження та ін. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу захисту електромережі шахти від короткого замикання, в якому за рахунок безперервного розпізнавання стану кожного 1 UA 80138 U 5 10 силового приєднання електромережі за сукупністю параметрів досягається підвищення селективності захисту. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у відомому способі захисту електромережі шахти від короткого замикання, що передбачає контроль фазового кута між лінійними струмами та напругами приєднання електромережі, згідно з корисною моделлю, додатково контролюють величини модулей просторових векторів лінійних напруг та струмів приєднання, і при одночасному зниженні модуля просторового вектора лінійних напруг нижче від меншої з двох уставок, перевищенні модулем вектора лінійних струмів значення уставки та знаходженні величини фазового кута між просторовими векторами лінійних напруг та лінійних струмів приєднання в інтервалі між першою та другою уставками формують команду на відключенні приєднання від електромережі. Причинно-наслідковий зв'язок суттєвих ознак корисної моделі з технічним результатом. Просторовий вектор u лінійних напруг приєднання трифазної електромережі дорівнює:   2 (1) u   u12  e j120  u 23  e j240  u34  ,    3 де u12 , u23 , u34 - відповідно лінійні напруги між першою-другою, другою-третьою та 20 третьою-першою фазами приєднання електромережі. Просторовий вектор i лінійних струмів приєднання становить:   2 (2) i   i1  e j120  i2  e j240  i3  ,    3 де i1 , i2 , i3 - відповідно лінійні струми першої, другої та третьої фаз приєднання електромережі. Фазовий кут  між просторовими векторами лінійних напруг та лінійних струмів приєднання визначається наступним чином: 25 argu   arg i , якщо argu   arg i ;  , (3)    argu   arg i  2, якщо argu   arg i ,  де argu  , arg i - головні аргументи комплексних значень просторових векторів, відповідно, лінійних напруг та лінійних струмів приєднання. Для силового приєднання, яке живить електродвигун, виділяють наступні можливі діагнози: D1 – "нормальна робота", D2 - "пуск двигуна", D3 - "генераторний режим двигуна", D4 - "коротке замикання у суміжному приєднанні", D5 - "коротке замикання в даному приєднанні". Стан 15        приєднання розпізнається за сукупністю параметрів A  u , i ,  , яка включає модуль u просторового вектора u лінійних напруг приєднання, модуль i просторового вектора i лінійних струмів приєднання та фазовий кут  між просторовими векторами лінійних напруг u 30 та лінійних струмів i приєднання. Для u встановлюють першу уставку Uset1 за напругою, що відповідає зниженню напруги приєднання при короткому замиканні, та другу уставку Uset2 за напругою, що відповідає зниженню напруги приєднання при пуску двигуна, причому перша уставка менша за другу Uset1