Анализ взаимодействия основного и дополнительного источника тока 100 Гц

Мурадов С.В., Кобазев В.П. Зборник научных трудов III Международной научно-технической конференции аспирантов и студентов "Автоматизация технологических объектов и процессов ".- Донецк, ДонНТУ, 2003- 473 с.

Для обеспечения контроля исправности нулевого провода ВЛ 0,38 кВ устройство защиты от обрыва фазных проводов, основанное на наложении на сеть симметричной системы токов 100 Гц, снабжается дополнительным источником тока. Он подключается к нулевому проводу линии. Проанализируем взаимодействие основных и дополнительных источников тока 100 Гц при всех возможных сочетаниях обрывов фазного и нулевого провода.

При обрыве фазы А одновременно с нулевым проводом и отсутствии нагрузок за местом обрыва контрольный ток основного источника на частоте 100 Гц, воздействующий на блок защиты, определяется действием цепей диод-резистор фаз В и С линии. Найдём суммарный ток по соотношению

При совместном обрыве провода фазы В (или фазы С) и нулевого провода ток 100 Гц в фазе при отсутствии за местом нагрузок генерируется двумя цепями диод-резистор. Выпрямительная цепь дополнительного источника подключена к фазе А через резистор R4. Параметры резисторов таковы, что амплитуда тока второй гармоники в проводе фазы А равна

Поскольку сдвиг в фазе между контрольными токами неповреждённых проводов равен 120 эл. град., то амплитуда суммарного тока воздействующего на блок защиты определяется выражением

При обрыве только одного фазного провода, например фазы А, суммарный ток будет равен

.

При одновременном обрыве провода фазы А и нулевого провода и наличии нагрузок за местом обрыва вектор напряжения определяется соотношением сопротивлений нагрузок в фазах В и С. Рассмотрим самый неблагоприятный случай совместного действия основного и дополнительного источников тока когда нагрузки в фазах В и С одинаковы. Учитывая нулевой сдвиг тока второй гармоники относительно напряжения, получим:

где Imдоп - амплитуда тока второй гармоники дополнительного источника тока.

Рассмотрим случай, когда за местом обрыва между повреждённой фазой и нулевым проводом нагрузки нет, а в остальных фазах она есть. В этом случае помимо тока дополнительного источника появляется ток выпрямительного источника повреждённой фазы. Проанализируем совместный обрыв фазы А и нуля.

Выражение для добавочного тока второй гармоники, вызванного действием основного источника, имеет вид:

Выражение для тока, вызванного действием дополнителльного источника, имеет вид:

.

Выражение для тока второй гармоники при совместном действии источников, воздействующего на блок защиты, определяется по выражению:

.

Следовательно, при обрыве нулевого и фазного провода будет симметричная трехфазная система токов на частоте 100 Гц, поэтому блок защиты не срабатывает. Однако из-за того, что характер несимметрии непрерывно меняется и вероятность такого совпадения очень мала.

Применение дополнительного источника тока 100 Гц, включенного в конце воздушной линии между нулевым проводом и землей, позволит обеспечить электробезопасность воздушных электрических сетей 0,38 кВ при обрывах не только фазных проводов и нулевых.

Из анализа вариантов взаимодействия основных и дополнительных источников тока 100 Гц следует, что обрыв нулевого провода будет обнаруживаться при всех возможных сочетаниях обрывов фазных и нулевого провода. Причем в самом неблагоприятном случае суммарный ток, воздействующий на измерительную часть блока защиты, будет превышать номинальный контрольный ток источника.