Спосіб визначення відстані до місця однофазного замикання на землю в електричних мережах з ізольованою нейтраллю

Спосіб визначення відстані до місця однофазного замикання на землю в електричних мережах з ізольованою нейтраллю, який полягає в тому, що на основі реєстрації напруг і струмів на живлячому кінці пошкодженої лінії і їхнього аналізу визначають відстань до місця замикання, який відрізняється тим, що визначають момент переходу стру 3 79454 нормують по відношенню до напруги пробою і по розрахунковій залежності відстані до місця однофазного замикання від максимуму модуля нормованої похідної напруги для конкретної лінії в даній мережі визначають відстань до місця замикання. Недоліком способу є необхідність попереднього отримання великої кількості залежностей відстані до місця замикання від максимума модуля нормованої похідної від напруги у момент пробою для всіх ліній мережі при всіх можливих її конфігураціях, причому, нормування проводиться по відношенню до пробивної напруги лінії, що є величиною невизначеною, залежною від багатьох чинників впливу, унаслідок чого неможливо достатньо точно визначити місце пошкодження. Задачею винаходу є розробка способу, в якому шляхом реєстрації миттєвих значень фазних струмів і напруг в режимі однофазного замикання на землю (033) і їхнього аналізу досягається новий технічний результат, а саме: підвищується точність визначення місця пошкодження (ВМП), забезпечується універсальність способу, що виражається в тому, що відключення пошкодженої лінії для визначення місця замикання непотрібне. Поставлена задача досягається тим, що в заявленому способі визначення відстані до місця однофазного замикання на землю в електричних мережах з ізольованою нейтраллю, який полягає в тому, що на основі реєстрації напруг і стр умів на живлячому кінці пошкодженої лінії і їхнього аналізу визначають відстань до місця замикання, визначають момент переходу струм у замикання через нуль, реєструють миттєві значення струмів і напруг всіх фаз у цей момент, обчисляють їхні перші і другі похідні і потім шляхом розрахунків визначають відстань до місця замикання. Порівняльний аналіз відомих технічних рішень показує, що запропонований спосіб ВМП є найбільш ефективним, оскільки використання для цих цілей миттєвих значень струмів і напруг пошкодженої лінії шляхом їхньої реєстрації і подальшої обробки у відповідності до розроблених алгоритмів дозволяє більш точно визначити місце пошкодження з мінімальною витратою часу. При цьому немає необхідності відключати пошкоджену лінію, тобто знеструмлювати споживачів, яких живить ця лінія, а також встановлювати на лінії додаткове устаткування, що є необхідним при реалізації інших способів ВМП. На основі наведеного вище можна зробити висновок про те, що сукупність істотних ознак, висловлених у формулі винаходу, необхідна і достатня для досягнення нового технічного результату підвищення ефективності визначення місця пошкодження при однофазному замиканні на землю в мережі з ізольованою нейтраллю, оскільки підвищується точність ВМП, значно зменшується час визначення замикання, немає необхідності відключати лінію і припиняти електропостачання споживачів. На Фіг.1 наведена схема заміщення лінії, працюючої в режимі 033 в мережі з ізольованою нейтраллю. 4 На Фіг.2 представлена векторна діаграма напруг при замиканні на землю фази А. На Фіг.3 представлені часові залежності фазних струмів при замиканні на землю фази А. Запропонований спосіб може бути реалізований за допомогою пристрою, який реєструє миттєві значення струмів і напруг в режимі ОЗЗ, наприклад, за допомогою інформаційно-діагностичного комплексу "Регина". Напруга пошкодженої фази визначається падінням напруги уздовж пошкодженої ділянки і падінням напруги в місці замикання UA = D Uл - DUз (1) Диференціальне рівняння, що описує процес ОЗЗ UA = (IA1R + LI'A1 I'B1 +MCAI'C1 )l 3 + (2) + (C AU' A1+ CBU 'B1 +CcU'C1 )lR3 де: IA , IB , IC - фазні струми лінії в місці вимірювання, IA1, IB1, IC1 - фазні струми лінії з урахуванням впливу розподілених ємностей. Для однорідної лінії, усереднені значення цих струмів на пошкодженій ділянці (фіг.1). 1 IA1 = IA - (IAB1 - ICA1 + IA01) 2 1 IB1 = IB - (IBC1 - IAB 1 + IB01) 2 1 IC1 = IC - (ICA1 - IBC1 + IC01) 2 IA01 , IB01 , IC01 - складові фазних струмів, які визначаються добутком ємності на землю, на пошкодженій ділянці, на похідну від фазної напруги. IA01 = lзCA U'A IB01 = lзCBU'B IC01 = lзCCU'C IAB1 , IBC1 , ICA1 - складові фазних струмів, які визначаються міжфазними ємностями на пошкодженій ділянці ICA1 = lзCAB U'AB IBC1 = lзCBCU'BC IAB1 = lзCCAU' CA де: U' AB = U' A U'B U'BC = U'B U'C U'CA = U'C U' A I' A1 , 'B1, I'C1 и U' A , U'B , U'C - похідні фазних струмів і напруг лінії. R - погонне значення активного опору лінії CA , CB , CC и L -погонні значення індуктивності і ємності фаз лінії. MAB , MBC , MCA и CAB , CBC , CCA - погонні значення міжфазних ємностей і взаємних индуктивностей лінії. У момент переходу стр уму lз через 0 другий доданок в рівнянні (1) звертається в нуль, унаслі 5 79454 док чого виключається вплив перехідного опору, в місці замикання і, після перетворення, одержуємо розрахункову формулу lз ù é ê [ gU"C +b U"B +aU"A +R(CABU'B + CCAU'C -d U'A )] 2 ú l = U + A ê úз ê + LI'A +MABI'B +MCAI'C+I AR ú ë û (3) де: a = MAB CAB + MCACCA - L(CAB + CCA + CA ) b = LCAB + MCACBC - MAB (CBC + CAB + CB ) g = LCCA + MAB CBC - MCA (CCA + CBC + CC ) d = CAB + CCA + CA Оскільки індуктивність має логарифмічну залежність від відстані до місця пошкодження m0 l æ 2 l ö m0 m l æ 2l ö L= 1nç - 1÷ + , M = 0 1nç - 1÷ розрахун2p è r 2p è D ø ø 8p кова формула не має аналітичного рішення, і виникає необхідність застосовувати чисельні методи розв'язання. Доцільно скористатися методом Ньютона по ітераційній формулі [4] F(xm ) x1+ m = xm ; m = 0,1 2, ... , F' ( xm ) де: dF(x ) x0 - початкове наближення F' ( xm ) = dx похідна від F( x) m - ітераційний індекс В якості початкового наближення використовується формула UA lз 0 = dIA dI dI IA1R + L A + MAB B + MCA C dt dt dt Подальше уточнення по ітераційній формулі DU л(l з0(m) ) - UA ; lз 0(1+ m ) = l0 (m) DUл ' (l з0(m ) ) (4) m = 0,1 2, ... , Для визначення моменту t0 (Фіг.3) також застосовується метод Ньютона Струм замикання на землю Iз з визначається напругою і ємністю по відношенню до землі здорових фаз (в першому наближенні складовою струму ОЗЗ від пошкодженої фази в даному випадку можна знехтува ти) Iз = СВU'B +CCU'C Для визначення початкового наближення моменту переходу струм у через нуль t0 (0 ) прийма 6 ється, що форма кривої напруги здорових фаз синусоїдальна, і напруги зсунуті по фазі на 60° (фіг.2) Тоді Iз( t ) = wCBUBm cos(wt + YB ) + w CCUCm cos(wt + YC) = 0 і при UCm = UBm = Um , YB = YC + 60° UCm , UBm , Um - амплітуди фазних напруг YB , YC - фазні кути( кут між ЕРС фази А і напругами відповідних фаз) Iз ( t) = wCUm(cos(wt + YC + 60°) + (5) + cos(wt + YC )) = 0 Розв'язання рівняння (5) визначає значення t0 (0 ) . æ C + 2C ö B÷-Y arctgç C C ç 3CB ÷ è ø t0(0) = w Подальше уточнення по ітераційній формулі Iз ( t 0(m) ) ; m = 0,1 2, ... , t0 (1+ m) = t 0(m) I' з ( t0 (m) ) Точність запропонованого способу визначається тим, що в розрахунковій формулі відсутній опір Rз , а вищі гармоніки в мережі ураховуються автоматично, оскільки при аналізі використовуються миттєві значення струмів і напруг. Тобто, для розрахунку відстані до місця пошкодження необхідно знати погонні значення параметрів лінії, які звичайно визначаються по її технічному паспорту, а також миттєві значення струмів і напруг на початку лінії в режимі ОЗЗ, і їхні х похідних у момент переходу стр уму замикання через нуль. Таким чином, у порівнянні з прототипом, даний спосіб дозволяє більш точно і надійно, визначати відстань до місця пошкодження при ОЗЗ в лінії в мережі з ізольованою нейтраллю. Література: 1. Авторське свідоцтво СРСР № 1250995, МПК G01R31/08, 1981.-Бюл. № ЗО,1986. 2. Авторське свідоцтво СРСР №1290212, МПК G01R31/08, 1985.-Бюл. № 6,1987. 3. Патент Російської Федерації № 2222026 С2, МПК G01R31/08; 2002, 2004. 4. Бронштейн И. П., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащи хся втузов. -М: Наука. 1981г. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 79454 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601