В этом тезисе термин высокоомное заземление используется, чтобы различать сопротивление между линией и землей и собственно заземление. Практически это означает что система не заземлена, где изоляция между нейтралью и землей является изоляцией фазы, или компенсированую нейтральную систему, где нейтраль – заземлена соленоидом подавления, чтобы уменьшить ток повреждения. Среднее напряжение, 20 кВ, распределительные сети в Финляндии имеют конструкцию сети с изолированной нейтралью и формируются радиально. Электрические сети работают с развязанной нейтралью, но коррекция тока замыкания на землю с соленоидом Петерсена также используется в подстанциях, где уменьшение тока повреждения необходимо. В то время как беспочвенные устройства преобладают в скандинавских странах, они не широко используются в других местах из-за высокого напряжения перезажигания дуг, которые могут привести к высоким, разрушительным перенапряжениям переходного режима, которые могут нести опасность оборудованию и персоналу.
Наиболее распространенный тип короткого замыкания в электрических распределительных сетях - однофазное замыкание на землю. Согласно более ранним исследованиям, например в скандинавских странах, приблизительно 50 – 80 % коротких замыканий имеет этот тип (Paulasaari и др. 1995, Зима 1988). Замыкания на землю обычно возникают между секций фидера и отключении прерывателя подстанции и включение системы подстанции против короткого замыкания, пока дефектное сечение линии не найдено. Ручной контроль управляемых выключателей требует патруля, двигающегося вдоль линий. Поэтому, чтобы уменьшить время отключения электричества потребителя, важна разработка методов индикации и нахождения местоположения замыканий на землю.
Ранее индикация и локализация замыканий на землю были объектом активных исследований во всем мире, и несколько методологий были исследованы. С другой стороны, числовые реле как часть продвинутой автоматизации распределительной сети, и современные датчики тока и датчики напряжения обеспечивают большую точность и селективность функций защиты. Однако, практические реализации продвинутых методов редки. По сравнению с быстрым коротким замыканием (Pettissalo и др. 2000), недостаточно надежная индикация замыкания на землю, и вычисление расстояния до короткого замыкания – все еще нерешенный вопрос для коммунальных сооружений. Поэтому, индикация и методы определения местоположения замыканий на землю находятся все еще в этапе разработки.
Относительно индикации замыкания на землю и его местоположения, возможно самый влиятельный коэффициент – сопротивление в месте повреждения. Согласно нашим исследованиям, сопротивления в месте повреждения попадали в две главных категории: то, где сопротивления в месте повреждения были ниже ста ом и другой, где они были порядка тысяч ом. Последние из упомянутых высокоомные помехи вне области действия защитных реле, реле нулевой частоты перенапряжения последовательности или реле максимального тока. Их трудно обнаружить и даже если они обнаруженны, очень трудно отличить эту ситуацию от нормальных электрических событий в фидерах распределения. Упавший или сломанный проводник может привести к высокоомному короткому замыканию, и это может быть потенциально опасно если не обнаружить и обесточить его.
Трудность с точным определением местоположения замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью состоит в том, что фундаментальные токи повреждения являются часто маленькими по сравнению с токами нагрузки, даже в случае очень низких сопротивлений в месте повреждения. Использование фундаментальных составляющих частоты работает только при плановой работе по проверке сети, или когда дефектный фидер возможно соединить в закрытую кольцевую схему с одним исправным фидером (Зима 1993, Roman & 1999 Druml). Использование переходных процессов при замыкания на землю, оказалось, было самым многообещающим методом с целью определения местоположения короткого замыкания при радиальной работе (Schegner 1989, Igel 1990, Lehtonen 1992). Однако, практические реализации на реле ограничены, из-за потребности осуществления выборки 10 – 20 кГц.
Цель этого исследования состоит в том, чтобы определить особенности реальных замыканий на землю при обстоятельствах в финских электрических сетях. Основанные на этих особенностях разработаны новые методы для индикации высокоомного замыкания и нахождения его местоположения. В вклад этой работы должны также учитыватся, новые включения переходного процесса базирующиеся на дифференциальных уравнениях, волновые и методы нейронной сети для оценки расстояния короткого замыкания. Область ограничена до радиально работающих систем. В этом тезисе используются следующие определения. Низкоомные средние величины короткого замыкания, что означает что сопротивлене в месте повреждения – 50 или меньше. В случае высокоомного короткого замыкания соответствующее значение выше чем 50, как правило несколько тысяч ом. Средние величины индикации повреждений, означают что короткое замыкание обнаружено где-нибудь в распределительной сети без знания местоположения короткого замыкания. Средние величины местоположения короткого замыкания зависят от дефектного фидера или сечения линии. Местоположение короткого замыкания также используется в качестве общего термина, когда мы говорим о вычислении расстояния короткого замыкания. В вычислении расстояния короткого замыкания вопрос – самая короткая долина фидера от подстанции до точки КЗ. Это не дает средней величине точное знание точки КЗ, с тех пор, если у фидера есть много распределительных кабельных канализаций, могут быть получены несколько возможных точек КЗ . Фактическое местоположение короткого замыкания может быть найдено среди этих кандидатов местоположений некоторыми другими средними величинами такими как индикаторы короткого замыкания или методом проб и ошибок.
Результат работы для написания этого тезиса – часть исследовательской работы, выполненной в VTT Energy в период с 1994 – 2000. Проекты принадлежали двум технологичным программам: ЭДИСОН в Автоматизации распределительной сети в финских коммунальных сооружениях (1993 – 1997) и ТЕСЛА в Информационной технологии и энергосистемах (1998 – 2002). Эта работа была выполнена в сотрудничестве с VTT Energy, Хельсинским Технологическим университетом, Дрезденским Технологическим университетом, ABB Substation Automation Oy и различными дистрибьюторскими компаниями. Цель этих проектов в программах техники состояла в том, чтобы разработать новые приложения для автоматизации распределительной сети и уменьшить время отключения электричества.
Тезис организован следующим образом. Сначала мы обсуждаем основные свойства электрических сетей с изолированой нейтралью и расчет токов и напряжений во время замыкания на землю. В главе 3 особенности замыканий на землю проанализированы основанные на всесторонних и долгосрочных записях в реальных распределительных сетях. Обсужденные особенности могут эксплуатироваться для высокой индикации повреждений сопротивления и местоположения и, в случае низкоомных коротких замыканий, для оценки расстояния короткого замыкания. В главе 4 рассмотрены существующие методы для показания и местоположения высокоомных замыканий и представлен новый метод, который основан на исследовании нейтрального напряжения и остаточного тока. Наконец в главе 5, четыре различных метода предложены для оценки расстояния короткого замыкания в случае низкоомных коротких замыканий, два из которых основаны на полном сопротивлении линейного зажима и два на искусственных нейронных сетях. Два первых упомянутых обычных метода используют канал связи для комплектов защиты, находящихся на разных концах ЛЭП при реальных обстоятельствах электрической сети. Методы оценены и сравниваются использующие реальные данные испытаний обмотки возбуждения.
Тезис состоит из этого резюме и оригинальных Бумаг A – G, которые здесь представлены как Приложения A – G.