АВТОРЕФЕРАТ ВЫПУСКНОЙ РАБОТЫ МАГИСТРА
Тема диссертации:
"Разработка и исследование устройства
контроля обрыва проводов воздушных линий 0,38 кВ".
Руководитель:
Кобазев В.П.
Автор: Мурадов С.В.
Специальность:
"Электрические системы и сети".
Актуальность темы:
Статистика несчастных случаев из-за обрыва проводов воздушных
линий 0,38 кВ свидетельствует о значительном числе поражений электрическим током.
Сведения об электротравматизме в народном хозяйстве, указывают на повышенную опасность
обрыва и провисания проводов воздушных линий и внутренних проводок. В них произошло
4,9 % электротравм. Отмечается что в 94,3 % случаев травмы произошли из-за
непосредственного прикосновения к оборвавшимся или провисшим проводам. Кроме того,
упоминается о фактах, когда оборвавшийся, но не обесточенный провод находился на земле
в течении нескольких дней и даже недель из-за несовершенства технических средств контроля
исправности проводов воздушных линий. Поэтому применительно к таким сетям предложен способ
контроля обрыва проводов при помощи наложения на сеть токов непромышленной частоты
источниками, установленными в конце линии.
Цель и задачи исследования:
Объектом исследования являются электрические сети напряжением 0,38 кВ, выполеннные воздушными линиями.
Цель работы - разработка устройства контроля исправности нулевого провода воздушной 0,38 кВ.
Научная новизна:
В результате проведенных исследований составлена математическая модель и на её основе разработано новое устройство
контроля целости нулевого провода воздушной линии напряжением 0,38 кВ, основанного на наложении на сеть токов непромышленной частоты.
Оценка эффективности устройства показало, что оно превышает уровень электробезопасности
в 2,1 раза по сравнеиию с устройством контролирующим напряжение обратной поседовательности
в конце линии.
Наружные электрические сети напряжением 0,38 кВ выполнены, как правило, воздушными линиями. Эти сети состоят из четырех - пятипроводных линий с глухо-заземлённой нейтралью с повторными заземлениями нулевого провода. В силу значительной рассредоточенности потребителя по территории они обладают большой протяженностью и раветвленностью. При обрыве проводов возникает неполнофазный режим работы линии,который неблагоприятно воздействуют на трехфазные электродвигатели. Кроме того, указанная неисправность линии может привести к поражению электрическим током людей и животных при соприкосновении с оборвашимся проводом. Целью предполагаемой работы является устройство контроля обрыва нулевого провода воздушной линии 0,38 кВ. Устройство основано на наложении на сеть токов непромышленной частоты при помощи источников, установленных в конце защищаемого участка линии. Для определения исправности необходимо использовать дополнительный источник тока, включенный между нулевым проводом и землей. Этот источник вводится в действие при появлении между нулевым проводом и землей опасного для людей и животных напряжения.
Проанализируем работу схемы, изображённой на рис.1, при источниках контрольного тока 100 Гц, состоящих из последовательно соединённых диодов VD1, VD2 и резисторов R1,R2.
Рисунок 1- Функциональная схема контроля исправности нулевого провода.
При подключении диода и резистора к источнику синусоидального напряжения в цепи протекают полуволны выпрямленного тока. Если ось ординат проходит через максимум функции, то на сегменте (-П/2;П/2) ток изменяется по косинусоиде. Вторая гармоника этого тока равна получим:
Для схемы изображённой на рис.1 амплитуда тока равна:
С учётом того, что фазы напряжения на источнике тока второй гармоники совпадают и напряжения сдвинуты друг относительно друга на 120 эл. град. получим выражения для контрольного тока фаз. Совместим напряжение фазы А с полуосью вещественных чисел. Тогда выражения для определения мгновенных токов в фазных проводах ВЛ 0,38 кВ имеют следующий вид:
Из полученных выражений следует, что ток I2b опережает ток I2a на угол 120 эл. град., а ток I2c отстаёт от тока I2a на такой же угол. В результате все три тока образуют симметричную трёхфазную систему токов. В нормальном режиме сумма мгновенных значений этих токов равна нулю.
Кроме второй гармоники, в токе выпрямительной цепи диод-резистор имеется постоянная составляющая. Если ось ординат проходит через точку максимума функции, то имеем:
Ток I0, проходя через резистор R3, создаёт на нём падение напряжения. Поэтому дополнительный источник тока (VD2,R2) вводится в действие тогда, когда амплитудное значение напряжения между нулевым проводом и землёй будет меньше опорного:
Обозначим отношение Uоп/Um символом 
.
Из (2) найдём величину сопротивления резистора R3:
Выражение (3) имеет физический смысл тогда, когда < 1. Сопротивление резистора R3 должно
обеспечить в нормальном режиме работы линии запирание диода VD2 дополнительного источника
тока.
Сопротивление резистора R2 выбираем таким, чтобы входное реле блока защиты срабатывало при появлении между нулевым проводом и землёй опасного для человека напряжения. Это произойдёт тогда, когда дополнительный источник создаст в проводах линии при обрыве нулевого провода такой же ток, как и основной источник при обрыве фазного провода:
где 
- относительное напряжение между нулевым проводом и землёй при срабатывании защиты.
Решив уравнение (4) относительно R2 с учётом выражения (3) имеем:
Для обеспечения контроля обрыва нулевого провода при отсутствии нагрузок за местом обрыва между фазой А (или любой другой фазой сети) можно присоеденить резистор R4. В этом случае к фазе А будут подключены две выпрямительные цепи диод-резистор: VD1, R1 и VD2, R2, R4, связанные через резистор R3 с землёй. Из условия равенства токов в цепях имеем:
Откуда с учётом (5) можно определить сопротивление резистора R4:
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 U0 получим:
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 дополнительного источника, имеет вид:
Выражение для тока второй гармоники при совместном действии источников,
воздействующего на блок защиты, определяется по выражению:
Выводы: 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.
ЛИТЕРАТУРА