Спосіб визначення відстані до місця виникнення локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту у розподільчих мережах

Реферат: Спосіб визначення відстані до місця виникнення локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту у розподільчих мережах належить до електротехніки і може бути використаний для побудови вдосконаленого захисту від замикань фази на землю у розподільчих мережах. Спосіб включає вимірювання значень параметрів режиму мережі і контролювання значення амплітуди струму нульової послідовності при якому для розрахунків використовується заступна схема мережі. На підставі перевищення амплітудою струму нульової послідовності припустимого значення виконується визначення приєднання з локальним дефектом ізоляції. Додатково вимірюють значення векторів струмів кожної з трьох фаз та напруг фаз відносно до землі і здійснюють розрахунок за формулами. Технічним результатом є підвищення ефективності визначення параметрів дефектів ізоляції без відключення приєднання. UA 100180 C2 (12) UA 100180 C2 UA 100180 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до електротехніки, зокрема до захисту електричних мереж змінного струму, в яких виникло однофазне замикання безпосередньо на землю або замикання через опір на землю, тобто виник локальний дефект ізоляції. Відомий спосіб визначення відстані до місця виникнення пошкодження в електричних мережах [Фигурнов Е. П., Жарков Ю. И., Бодров П. А., Стороженко Д. Е. Методы определения удаленности повреждения в электрических сетях // Тез. XV НТК "Обмен опытом проектирования, наладки и эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики". Екатеринбург, 2007. - С. 4-8.] згідно з яким попередньо необхідно визначити відстань від першої перекладки трьох фаз на початку лінії до другої перекладки трьох фаз в кінці цієї лінії та значення векторів струмів кожної з трьох фаз на початку лінії, далі ці параметри використовують для визначення відстані до місця пошкодження. Застосування аналога для визначання параметрів дефектів ізоляції на приєднанні, що знаходиться у робочому стані не є ефективним, для його реалізації необхідно виводити приєднання з технологічного процесу. Також немає можливості виявлення місця виникнення дефекту, а лише місце виникнення замикання фази на землю. Найбільш близьким аналогом є спосіб [Патент України № 83878 Спосіб визначення відстані до місця локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту у розподільчих мережах, МПК, G01R 31/08, опубл. 26.08.2008, БИ № 16], у якому визначають параметри режиму мережі і використовують для розрахунків заступну схему мережі та контролюють значення амплітуди струму нульової послідовності приєднання та значення кута між вектором струму нульової послідовності приєднання з дефектом ізоляції та вектором напруги між двома фазами, при перевищенні амплітудою струму нульової послідовності припустимого значення виконують порівняння значень контрольованих параметрів режиму, які отримані в результаті вимірювання зі значеннями цих параметрів, які визначають на моделі розподільчої мережі та розраховують відстань до місця локального дефекту ізоляції і опір ізоляції у місці локального дефекту. Однак найбільш близький аналог не дозволяє ефективно та з високою точністю визначати параметри дефектів ізоляції, для застосування цього методу необхідно постійно визначати значення сумарної ємності мережі, яке весь час змінюється в залежності від конфігурації мережі та від погодних умов. Загальними ознаками найбільш близького аналога та винаходу, що заявляється, є: - вимірювання значень параметрів режиму мережі; - контролювання значення амплітуди струму нульової послідовності; - використання для розрахунків заступної схеми мережі; - визначення приєднання з локальним дефектом ізоляції на підставі перевищення амплітудою струму нульової послідовності припустимого значення. У основу винаходу поставлена задача удосконалення способу визначення відстані до місця локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту у розподільчих мережах, у якому за рахунок додаткового вимірювання значень векторів струмів кожної з трьох фаз та напруг фаз відносно до землі і виключення операції визначення сумарної ємності мережі, досягається технічний результат - підвищення ефективності визначення параметрів дефектів ізоляції без відключення приєднання. Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення відстані до місця виникнення локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту у розподільчих мережах, який включає вимірювання значень параметрів режиму мережі і контролювання значення амплітуди струму нульової послідовності та при якому використовується для розрахунків заступна схема мережі, на підставі перевищення амплітудою струму нульової послідовності припустимого значення виконується визначення приєднання з локальним дефектом ізоляції, згідно з винаходом, додатково вимірюють значення векторів струмів кожної з трьох фаз та напруг фаз відносно до землі і здійснюють розрахунок за формулами:   U3  U2 ,   I2 I3   U  U1  ZH  2  2  3 I I b 2 ,  Z I ZН   d  H  I  U1  1  Z1  b 3  d I    де I1,I2 ,I3 - вектори струмів кожної з трьох фаз; Z def  50 1 UA 100180 C2    U1,U2 ,U3 - напруги кожної з трьох фаз відносно до землі; Z H - комплексне значення опору фази навантаження;  I - струм, який проходить крізь місце пошкодження ізоляції; b- відстань до місця виникнення пошкодження електричної ізоляції; d 5 10 15 20 25 30 Z def - величина опору дефекту ізоляції. Вказані ознаки складають суть винаходу, так як є необхідними та достатніми для досягнення технічного результату. Приклад. Суть винаходу пояснюється кресленням, на фіг. 1 - заступна схема приєднання кабель-електродвигун, на фіг. 2 - пристрій контролю стану ізоляції, з якого видно суть проведення послідовних операцій, у результаті яких отримують значення віддаленості до місця виникнення замикання або дефекту ізоляції та опору дефекту. Відповідно до схеми пристрою, контролювали стан ізоляції, визначали відстань до локального дефекту ізоляції та відбувалося обчислення значення опору у місці пошкодження приєднань. Пристрій складається з блока 1 визначення амплітуди та фази векторів струму нульової послідовності приєднання кабель-електродвигун 2, струмів фаз приєднання та напруг фаз відносно до землі. Сигнал струму нульової послідовності надходив на вхід 3 блока 1 з виходу трансформатора струму нульової послідовності 4, який встановлено на приєднанні з локальним дефектом ізоляції. На входи 5, 6, 7 блока 1 надходили сигнали відповідно з трьох фазних трансформаторів струму 8 та на дев'ятий, десятий і одинадцятий входи блока 1 - сигнали напруг кожної з трьох фаз відносно до землі з виходу трансформатора напруги 12, який з'єднано з початком приєднання з локальним дефектом. З виходу блока 1 струм нульової послідовності, фазні струми та напруги фаз відносно до землі надходили до блока порівняння 13 амплітуди реального вектора струму нульової послідовності з допустимим значенням. У результаті порівняння можливі два варіанти роботи програми. Перший варіант (поточне значення струму нульової послідовності не перевищувало допустиме значення): з виходу 14 блока порівняння 13 сигнал йшов до блока друку 15 і далі на вхід 16 блока 1, після чого знов йшло циклічне порівняння значення амплітуди струму нульової послідовності. Другий варіант (поточне значення струму нульової послідовності перевищувало допустиме значення): сигнал виходив з виходу 17 блока порівняння 13 та йшов до блока 18, де знаходилося значення опору навантаження фаз, яке використовувалося у блоці 19 при обчисленні віддаленості до місця виникнення дефекту або замикання та у блоці 20 визначалася величина опору дефекту ізоляції, після чого сигнал подавався до блока 21 (на дисплей виводилися значення віддаленості до Z 35 40 місця замикання b та опору дефекту def ), після чого сигнал йшов до блока 22 і на цьому алгоритм визначення відстані до місця виникнення локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту у розподільчих мережах завершався. Алгоритми для визначення залежності параметрів дефектів ізоляції від параметрів режиму, що використовуються в робочому режимі, отримані на підставі системи рівнянь поточного стану. Система складена відповідно до заступної схеми приєднання кабель-електродвигун. При складанні заступної схеми приєднання прийняті наступні позначення:  , , I1 I2 I3 - вектори струмів кожної з трьох фаз;    U ,U ,U 1 2 3 - напруги кожної з трьох фаз відносно до землі;  U0 - напруга зміщення нейтралі;  I 45 d - струм, який проходить крізь місце пошкодження ізоляції; b- відстань до місця виникнення пошкодження електричної ізоляції; Z def - величина опору дефекту ізоляції. Z , Z 2 , Z 3 - комплексні повздовжні опори кожної з трьох фаз приєднання. 1 50 Однозначно можна ідентифікувати, що виник дефект або замикання по вектору струму нульової послідовності, фаза якого визначається відносно до вектора лінійної напруги. Кожній величині дефекту і точці дефекту відповідає лише один вектор струму нульової послідовності. Тому в результаті ітераційного процесу визначення параметрів дефекту шляхом розрахунку 2 UA 100180 C2 вектора струму нульової послідовності для передбачуваних параметрів дефекту і його порівняння з дійсним значенням досить точно визначається опір Z def . Система рівнянь, яка описує поточний стан приєднання:    U1  1  Z1  b  d  Z def I I    U0   1  d  Z1  1  b   d  Z def  I I I  5  Підсумувавши рівняння системи і виконавши перетворення, отримали відстань до місця виникнення локального дефекту ізоляції: b    U1  U0  1  Z1  d  Z1  2  d  Zdef I I I Z1  2  1  d I I   Для визначення поздовжнього опору фази приєднання      U1  U0  1  Z1  b  1  d  Z1  1 b I I I 10 Далі визначили oпір Z1 Z 1 записали інше рівняння: :    U  U0 Z1    1 I1  Id  b  1  15 У наведених вище виразах як струм Id в місці дефекту може прийматися струм нульової послідовності без врахування власної ємності приєднання. Отриманий вираз для знаходження значення відстані до місця виникнення локального дефекту b використовується після того, як в результаті розв'язання системи рівнянь поточного стану приєднання було знайдено значення Z def . Тому запропоновано інший метод, для використання якого немає необхідності попереднього визначення опору дефекту ізоляції. Для визначення відстані до місця виникнення локального дефекту 20 b при невідомій величині опору дефекту Z def складена інша система рівнянь:     U2  U3  2  Z 2  3  Z3 I I   U    Z  b      Z  1  b     Z    U1 I1 1 I1 Id I2 2  1 2   Якщо прийняти, що поздовжні опори фаз приєднання рівні між собою Z1  Z 2  Z 3  Z H , а також струм дефекту визначається, як виникнення локального дефекту ізоляції: b 25         , тоді визначається відстань до місця Id I1 I2 I3    U2  U1  ZH  2  2  3 I I  Z Id H , де поздовжній опір фази навантаження знаходився:   U U ZН  3  2 I2  I3 . За заступною схемою записано:  I  U1  1  Z1  b  d  3Zdef  0 . I 30 Та з попереднього виразу отримано значення опору дефекту ізоляції: Zdef   I  U1  1  Z1  b 3  d I . У способі визначення відстані до місця виникнення локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту у розподільчих мережах змінили характер процесу визначення параметрів дефектів ізоляції: 3 UA 100180 C2 - замість ітераційного характеру використовується послідовний; - заміна змісту алгоритму, тобто змісту обчислювальних операцій. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 Спосіб визначення відстані до місця виникнення локального дефекту ізоляції та опору цього дефекту у розподільчих мережах, який включає вимірювання значень параметрів режиму мережі і контролювання значення амплітуди струму нульової послідовності, при якому для розрахунків використовується заступна схема мережі, та на підставі перевищення амплітудою струму нульової послідовності припустимого значення виконується визначення приєднання з локальним дефектом ізоляції, який відрізняється тим, що додатково вимірюють значення векторів струмів кожної з трьох фаз та напруг фаз відносно до землі і здійснюють розрахунок за формулами:   U3  U 2 ,   I 2 I3   U  U1  Z H  2   2   3 I I b 2 ,  Z I ZН   d Z def 15  H   U1  1  Z1  b I  , 3  d I I I I де 1 ,  2 ,  3 - вектори струмів кожної з трьох фаз,    U1 , U 2 , U 3 - напруги кожної з трьох фаз відносно до землі, Z H - комплексне значення опору фази навантаження,  - струм, який проходить крізь місце пошкодження ізоляції, I d 20 b - відстань до місця виникнення пошкодження електричної ізоляції, Z def - величина опору дефекту ізоляції. 4 UA 100180 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 5