Спосіб визначення пошкодженої фази з витоком на землю в електричній мережі з ізольованою нейтраллю

Спосіб визначення фази з витоком на землю в електричній мережі з ізольованою нейтраллю, який полягає у визначенні проміжних значень аргументу потенціалу нейтралі на основі двох його суміжних миттєвих значень, різниця в часі між якими фіксована, та зіставленні значень аргументу 2 (19) 1 3 кОм) його швидкодія може суттєво знизитися в зв'язку з наступним. Виникнення витоку супроводжується інтенсивним перехідним процесом, динамічні складові якого приводять до похибок та спотворень зчитуваних даних uN(t1) та uN(t2) і, отже, проміжних результатів . Крім того, свою частку в спотворення проміжних результатів додатково вносять вищі гармоніки у складі потенціалу нейтралі та різні форми несиметрії мережі, з яких найбільш суттєвою є поперечна несиметрія, що обумовлена розкидом опорів ізоляції "фаза - земля". Вплив всіх цих факторів особливо посилюється при підвищеному опорі витоку (Rh>10 кОм), коли тривалість перехідного процесу збільшується, амплітуда потенціалу нейтралі зменшується, а фактичне значення аргументу u, відносно якого відбуваються коливання проміжних результатів , зміщується до нижньої межі опорного інтервалу. Внаслідок дії цих факторів частина проміжних значень  може потрапити в область опорного інтервалу відстаючої фази. Але оскільки прийняття рішення на спрацювання захисту можливе тільки при стійкій серії проміжних результатів, що вказують на один і той же опорний інтервал, то необхідний для ідентифікації час може затягнутися майже до закінчення перехідного процесу, зменшуючи швидкодію. В основу запропонованої корисної моделі поставлена задача удосконалення способу визначення пошкодженої фази з витоком на землю в електричній мережі з iзольованою нейтраллю, виконання якої забезпечує підвищення швидкодії способу та його стійкості до дії завад та спотворень. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб визначення фази з витоком в електричній мережі з ізольованою нейтраллю, який полягає у визначенні проміжних значень аргументу потенціалу нейтралі на основі двох його суміжних миттєвих значень, різниця в часі між якими фіксована, та зіставленні значень аргументу з опорними фазовими інтервалами, згідно корисній моделі, в умовах підвищеного значення опору витоку опорні фазові інтервали виконуються "плаваючими", а їх зміщення здійснюється в функції середнього по модулю значення амплітуди потенціалу нейтралі, причому рішення на ідентифікацію пошкодженої фази приймають по середньому значенню аргументу потенціалу нейтралі, одержаного з серії, що містить не менше п'яти проміжних результатів, крім того, вказане середнє значення повинно перевищувати нижню межу опорного інтервалу не менше, ніж на десять градусів. На фіг. 1 приведені графіки залежності фактичного значення аргументу потенціалу нейтралі u від його амплітуди UMN, взятої по відношенню до амплітуди номінальної фазної напруги UMнoм, для різних значень коефіцієнта поперечної несиметрії kнс. Графіки на фіг. 1 позначені: 1 - мережа симетрична (kнс=0); 2 - опір ізоляції відстаючої фази знижено, а випереджуючої підвищено на 50 % (kнс=0.5); 3 - опір ізоляції випереджуючої фази знижено, а відстаючої підвищено на 50 % (kнс=0.5). Вертикальні пунктирні лінії відповідають значенням опору витоку Rh (2.3 кОм; 5 кОм та 10 63716 4 кОм), що підтверджує наявність однозначного функціонального зв'язку між фактичним значенням аргументу u, опором витоку Rh та амплітудою потенціалу нейтралі. З графіків фіг. 1 витікає, що вплив поперечної несиметрії мережі на проміжні результати аргументу  порівняно незначний (похибка у визначенні ці при Rh=10 кОм складає ≈10°). Більш того, цей вплив проявляється лише при Rh>5 кОм. Тому, якщо знехтувати впливом поперечної несиметрії, то залежність фактичного значення аргументу потенціалу нейтралі u від його відносної амплітуди UMN/UМном (пунктир 1) можна представити (апроксимувати) для витоку в фазі А наступною лінійною функцією: /А65°+60UMN/UMнoм, (градусів) (5) В загальному ж вигляді для будь-якої фази та при будь-якому опорі витоку вираз для "плаваючих" опорних інтервалів n i має вид: n i=65°+i20°±60°+60UMN/UMнoм (градусів) (6) де і=-1,0, 1 визначають опорні інтервали для фаз В, А, С відповідно. Отже, зміщення опорних інтервалів можна здійснити, керуючись не опором витоку, а амплітудою потенціалу нейтралі. Проте в пристрої визначення пошкодженої фази (ПВФ), що реалізує пропонований спосіб, відсутня будь-яка інформація, як про значення опору витоку, так і про значення амплітуди потенціалу нейтралі. У виразі (2) при одержанні кожного проміжного результату визначається миттєве для кожної вибірки даних uN(t1) та uN(t2) розрахункове значення up амплітуди потенціалу нейтралі N , знак якої використовується для відкидання стороннього кореня. up Величина N , як і вихідні дані, несе тягар завад та спотворень, тому її безпосереднє застосування для зміщення опорних інтервалів неможливе. Проте, якщо з серії п проміжних (для кожної вибірки) значень p uN взяти її інтегральне (середнє по моду лю) значення cp UN : n 1   up n i 1 N i , (7) то похибки та спотворення в значній мірі компенсуються. Подальший аналіз показав, що одержане в (7) cp UN  Ucp інтегральне значення амплітуди N уже через 3-4 вибірки відрізняється від свого істинного значення не більше ніж на 15 % і, отже, може бути застосоване для керування зміщенням опорних інтервалів. Фіг. 2,3 та 4 ілюструють роботу способу за результатами моделювання мережі та пристрою визначення пошкодженої фази (ПВФ) за слідуючих найбільш несприятливих умов (витік у фазі А): опір витоку Rh=20 кОм, внаслідок чого практична тривалість перехідного процесу затягується майже до 60 мс (три періоди); момент комутації відповідає умові найбільш інтенсивного перехідного процесу; амплітуда третьої гармоніки у складі потенціалу 5 63716 нейтралі досягає 10 % від амплітуди основної гармоніки усталеної складової. На графіках позначено: Фіг. 2 uN - миттєве значення потенціалу нейтралі; uy, uB – відповідно усталена та вільна складо(3) ві першої гармоніки потенціалу нейтралі; u – третя гармоніка; p uN - текуче розрахункове значення cp UN амплітуди потенціалу нейтралі; - інтегральне (середнє по модулю) значення амплітуди потенціалу нейтралі, обчислене згідно (7) за час з моменту включення алгоритму до моменту одержання чергового проміжного результату. Фіг. 3 - значення аргументу потенціалу нейтралі: р - проміжні, розраховані по методу двох вибірок через кожні 20° з частотою слідування 900 Гц; 94° - фактичне значення аргументу для усталеної складової основної гармоніки; гp - граничні значення аргументу 45° та 165°, обчислені за умови (4). Фіг. 4 - та ж діаграма, що і попередня, але граничні значення, гp скоректовані (зміщені) згідно (6) і складають 4° та 124°. Функціонування способу полягає в наступному. Через 80° (4,5 мс) з моменту комутації потенціал нейтралі досягає величини, достатньої для включення в роботу пристрою визначення пошкодженої фази (ПВФ). Проміжні результати р, що слідують через кожні 20° (фіг. 3), внаслідок значних збурень в мережі мають великий розкид значень відносно істинного значення ф. Більш того, їх частина на інтервалі t1 від 250° до 360° зміщена за нижнє граничне значення свого опорного інтервалу (фіг. 3). Одночасно обчислюється інтегральне значенUcp ня амплітуди N , яке уже через 120° (фіг. 2) досягає рівня амплітуди усталеної складової uу(28 В). Ця інформація використовується для зміщення опорних інтервалів згідно (6) в сторону відстаючої фази на 40°, як це показано на фіг. 4. При цьому всі проміжні результати виявляються в межах свого опорного інтервалу і рішення на захисне шунтування фази А можна приймати уже через 12-15 мс (0.6…0.7 періоду) з моменту комутації. Таким чином, пропонований спосіб, що полягає в зміщенні опорних фазових інтервалів в функціональній залежності від інтегрального розрахункового значення амплітуди потенціалу нейтралі cp UN , навіть в несприятливих умовах комутації при опорі витоку Rh=20 кОм, дозволяє підвищити швидкодію в визначенні фази з витоком більше ніж в 2 рази і виключає її хибне визначення. Приклад алгоритму, по якому можна реалізувати запропонований спосіб, приведений на фіг. 5, де позначено: блок 1, задає систему відліку у вигляді опорних сигналів (ОС) частотою від 0.9 кГц до 1.8 кГц; блок 2, фіксує появу в мережі витоку шляхом виділення інтегрального (середнього по модулю) значення потенціалу нейтралі і порівнянням його з пороговим значенням; 6 блок 3, після появи сигналу "Витік" синхронно з ОС зчитує вихідні дані uN(t1) та uN(t2), на основі up яких обчислює проміжні значення Р та N ; блок 4, обчислює середнє значення аргументу uCP і інтегральне значення потенціалу нейтралі cp uN , та коректує значення нижньої межі опорних H H H інтервалів трьох фаз  A ,  B ,  C ; блок 5, визначає опорний фазовий інтервал, до якого належить середнє значення аргументу СP, перевіряє умову про перевищення останнім нижньої межі опорного інтервалу не менше ніж на 10°, та видає команду на шунтування пошкодженої фази. Робота алгоритму ПВФ, що реалізує даний спосіб, полягає в наступному. Режим очікування (інформація про наявність витоку відсутня). Блок 1 стежить за лінійною напругою uAB і кожен раз в момент її переходу через нуль при зростанні оновлює систему відліку опор1 них сигналів (ОС). Блок 2 зчитує миттєві значення потенціалу нейтралі і обчислює його інтегральну (середню по модулю) величину. Остання порівнюється з пороговим значенням, при перевищенні якого формується сигнал "Витік", і система переходе в робочий режим. Робочий режим наступає при появі сигналу "Витік". При цьому блокується оновлення системи відліку в блоці 1 і включається в роботу блок 3. Останній синхронно з опорними сигналами (з частотою від 0.9 кГц до 1.8 кГц) зчитує миттєві значення потенціалу нейтралі, визначає корені рівняння (1) і після перевірки умови (2) формує up проміжні результати Р та N . Блок 4, одержавши ці проміжні результати, обчислює середнє значення аргументу CP та інтегральне значення амплі туди cp uN , по якому коректуються нижні межі опор H H H них інтервалів  A ,  B ,  C . В блоці 5 встановлюється приналежність аргументу СP до "свого" опорного інтервалу і перевіряється додаткова умова про те, щоб значення СP перевищувало нижню межу інтервалу не менше ніж на 10 градусів, після чого подається команда на захисне шунтування фази з витоком. В тому разі, коли в робочому режимі інтегральне значення потенціалу нейтралі стане менше порогового, ПВФ знову перейде в режим очікування. Завдяки цьому система захисту страхується від хибного спрацювання при короткочасних випадкових збуреннях в мережі електропостачання, обумовлених, наприклад, комутацією потужних приводів. Для людини, що потрапила під напругу може виявитись характерним кількаразова стрибкоподібна зміна опору. В першу мить її опір може бути значним із-за додаткового опору одягу чи взуття. В подальшому, якщо звільнитись від дії струму не вдалося, опір може суттєво знизитись внаслідок електричного пробою одягу (взуття) чи шкіри. Проте в цій ситуації, вкрай загрозливій для людини, 7 зниження Rh приводить до того, що ПВФ спрацьовує більш швидко та надійно, а ідентифікація фази Комп’ютерна верстка І. Скворцова 63716 8 з витоком здійснюється за 2…4 мс з моменту останньої комутації. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601