Источник: http://www.masters.donntu.ru/2005/eltf/timofeev/diss/ref.htm

Тімифєєв О.Г., магістрант
Донецкий национальный технический университет, Донецьк 2005

Стислий зміст автореферата дисертації на здобуття ступеня магістр-електротехнік

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ, ЩО ПРОТІКАЮТЬ ПРИ ДУГОВИХ КОРОТКИХ ЗАМИКАННЯХ
В МЕРЕЖІ 380/220 В

      У вступі розглянута актуальність проблеми, зазначена мета роботи, ідея, викладені основні наукові положення і результати, що виносяться на захист, їхня новизна.
      Розділ присвячений розробці технічних рішень, що дозволять підвищити пожежну безпеку мережі і дослідженню динамічних характеристик пропонованого в роботі реле іскрозахисту (РІЗ).
      Сутність пропонованого технічного рішення полягає в тому, що традиційний пристрій захисного відключення оснащується додатковим каналом (РІЗ). Вхідні сигнали ПЗВ і РІЗ впливають на електромагніт відключення єдиного автоматичного вимикача відповідно до логічної операції «ЧИ».
       Канал РІЗ призначений для відключення ділянки електричної мережі, що захищається, напругою 380/220В з появою в зоні захисту тривалого інтенсивного іскріння силових контактних з'єднань чи у випадку утворення слабкострумової електричної дуги між фазними і нульовими провідниками (рис.1)

Рис. 1. Структурна схема реле іскрозахисту:
1— Блок-схема реле іскрозахисту; 2— фільтр ВЧ; 3— випрямувач; 4— граничний елемент; 5— блок витримки часу;
6— вимірювальний перетворювач струму; 7— автоматичний вимикач; 8— силовий фільтр НЧ.

      Зазначені нестаціонарні режими роботи мережі супроводжуються появою в кривій струму навантаження широкого спектра високочастотних коливань. Зазначена обставина дозволяє виявити несправне приєднання і відключити його, або подати звуковий і світловий сигнали.
      Для дослідження динамічних характеристик датчика реле іскрозахисту була складена схема його заміщення рис. 2.

 
Рис. 2. Схема заміщення датчика реле іскрозахисту:
еквівалентний генератор, представлений джерелом напруги u(t) і внутрішнім опором r0, L0;
r1, L1, C2— резонансний контур; C3, C4— низькочастотний фільтр;
R— опір навантаження.

РОБОТА СХЕМИ:

 

      Виникнення іскрового розряду імітується стрибкоподібною зміною опору навантаження R, що в принципі відповідає дійсності, тому що іскра замикає собою деяку частину ланцюга навантаження.
      Схема заміщення датчика разом з живильною мережею і ланцюгом навантаження містить п'ять накопичувачів енергії. Але з них три ємності створюють замкнуте коло, унаслідок чого напруга тільки двох з них є незалежною. Це означає, що для математичного моделювання схеми досить чотири перемінні стану, значення яких цілком і однозначно визначають стан змодельованої системи рис. 2 у будь-який момент часу. У якості останніх приймемо два струми індуктивностей i0, i1 а також напруги на двох ємностях uc2, uc3.       Таким чином, схема рис. 2. описується в динаміці наступною системою диференціальних рівнянь:

      Ця ж система рівнянь, записана в символічній формі, моделює сталий синусоїдальний режим досліджуваного ланцюга:

      Зважаючи на те, що досліджувана схема являє собою систему четвертого порядку, рішення однозначне визначено тільки при наявності шістнадцяти початкових умов. Чотири з них відомі з рішення системи . Це незалежні початкові умови, тобто значення постійних часу при t = 0. Інші дванадцять повинні бути знайдені з додаткової системи рівнянь.При цьому всі значення функцій у рівняннях розглядаються в момент комутації (t=0).
      Сутність дослідження властивостей динамічної системи полягає в тому, щоб знайти і дослідити рішення системи диференціальних рівнянь при заданих початкових умовах. Останні, у свою чергу, можуть бути визначені в результаті аналізу сталого режиму до комутації, для чого необхідне рішення системи . Така задача вирішується тільки за допомогою моделювання на ЕОМ.

      Передбачалося, що виникнення іскри імітується стрибкоподібною зміною опору навантаження з 220 до 50 Ом, а комутація виникає в момент переходу напруги: α1=π /2 (рис. 3а), α2=π /4, α3=-π /2 .
      Практичне значення для оцінки стійкості і працездатності реле іскрозахисту може мати комутація, обумовлена загасанням іскри. Найбільше ймовірно, що це відбувається в момент проходження напруги живлення через нуль. Результати цього досвіду приведені на рис. 3б. Зникнення іскри імітується зворотною комутацією з меншого опору навантаження (R1=50Ом) на більше (R2=220Ом).       Основний результат – практична відсутність вихідного сигналу (значенням амплітуди на рівні 0,1В зневажаємо). Дійсно, основний перехідний процес, обумовлений виникненням іскри, до цього моменту вже закінчився, а новий, обумовлений її зникненням, починається при нульовому значенні напруги.

Рис. 3. – Результати досліду датчику реле іскрозахисту

      З метою дослідження “глибини” комутації, тобто на яку величину виникаюча іскра може зменшити еквівалентний опір навантаження і як це вплине на динамічні властивості РІЗ було простежено за зміною коренів характеристичного рівняння на комплексній площині.       Досліджуючи кореневі годографи при зміні опору R в інтервалі від 250 до 25 Ом із кроком 1Ом, було встановлено, що найбільш визначальними для формування вихідного сигналу реле іскрозахисту є корені р2 і р3 , що забезпечують більш високу частоту коливань (12 кГц). Характерно, що ці корені в даному досвіді при зміні R майже не змінюють своїх значень. Незначно змінюється лише їхня дійсна частина, а уявна частина, що визначає частоту коливань у контурі L1–C2, залишається практично незмінною. Два інших корені р0 і р1 проходять більш значний шлях на комплексній площині, причому, обумовлені ними складові вихідного сигналу датчика низькочастотні, а при R ? 30 Ом стають експонентними (корені р0 і р1 стають дійсними). Це означає, що від цих складових легко відбудуватися при синтезі схеми іскрозахисту і, таким чином, підвищити стійкість її роботи.

ВИСНОВКИ

      У роботі дане рішення актуальної наукової задачі прогнозування ймовірності загорянь в електромережах, що полягає в розробці математичної моделі і встановленні аналітичних залежностей, які дозволяють розробляти організаційні і технічні заходи, що забезпечують нормований ДСТ 12.1.004-91 рівень пожежної безпеки.

      С оригиналом статьи можно познакомиться здесь