УДК 621.316

 

К ВОПРОСУ КОМПЕНСАЦИИ ТОКА УТЕЧКИ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

 

Базылев О.В., студент; Белобородько О.А., ассистент.

(Донецкий национальный технический университет г. Донецк, Украина)

 

В существующих аппаратах защиты для уменьшения тока утечки через человека применяются автоматические компенсаторы (дроссель с подмагничиванием). Однако их эффективность и быстродействие недостаточны. Известны методы определения ёмкости сети при использовании оперативного источника высокой частоты (высокое быстродействие измерения) с последующей настройкой дросселя с подмагничиванием на эту ёмкость для обеспечения протекания только активной составляющей тока утечки через человека. Однако эти аппараты защиты имеют высокий отказ узла компенсации.

Повысить эффективность и быстродействие существующих устройств защиты с компенсацией емкостной составляющей тока однофазной утечки возможно с использованием постоянно действующего регулируемого источника тока (РИТ), который, как и существующие устройства компенсации, включается между искусственной нейтральной точкой сети и заземлением. В качестве РИТ используется автономный инвертор напряжения (АИН) в режиме источника тока, что обеспечивается применением релейного регулятора в качестве системы управления РИТ.

При известной емкости сети мгновенное значение емкостной составляющей тока утечки можно получить, используя дифференцирующее устройство с перестраиваемым коэффициентом (определяется ёмкостью сети) по измеренному значению напряжения смещения нейтрали  т.е. . Таким образом, имеется возможность реализации компенсации путем формирования тока инвертора в противофазе с расчётным значением емкостной составляющей тока утечки. При этом сигнал (-i_C) используется как задание и подается на первый вход релейного регулятора, а на второй вход - подается выходной ток, чем обеспечивается работа инвертора в режиме источника тока.

Осциллограммы, иллюстрирующие работу РИТ в режиме компенсации емкостной составляющей тока утечки и активной компенсации тока утечки в сети с активным сопротивлением и емкостью на фазу R_ИЗ=60 кОм  и С_Ф=1 мкФ  при однофазной утечке R_УТ=1кОм  приведены на рисунке 1.а и рисунке 1.б соответственно. Из полученных осциллограмм видно, что при возникновении однофазной утечки и одновременном включении регулируемого источника тока возникает переходный процесс. Продолжительность переходного процесса составляет не более 10 мс – половина периода основной гармоники. Таким образом, РИТ имеет достаточно высокое быстродействие в режиме компенсации тока утечки.

Кроме автоматического компенсатора, аппараты защиты включают в себя источник оперативного напряжения, схему измерения оперативного тока и исполнительное устройство, которое воздействует на вводной выключатель. Наличие в одном устройстве двух цепей постоянного и переменного тока (цепь компенсации), функционирующих одновременно, предполагает наличие разделительного конденсатора, шунтирующего по переменной составляющей тока измерительную цепь оперативного источника. Но применение разделительного конденсатора существенно затягивает время выявления утечки.

В аппарате защиты с активной компенсацией тока утечки разделительный конденсатор отсутствует. Поэтому возможен практически безинерционный вариант выделения постоянной составляющей оперативного тока. Для этого используется дроссель в цепи оперативного источника (необходим для формирования тока компенсации). Напряжение на нем имеет только переменную составляющую  (i_о – ток в цепи оперативного источника). Напряжение на индуктивности и ток в цепи оперативного источника связаны известными соотношениями:

                                ,   ,

где:  I_m – амплитуда переменной составляющей тока, i_d – постоянная составляющая тока, ω – угловая частота напряжения сети.

Продифференцировав выражение для , получаем  (). Таким образом, сложив i_о и  К·  можно исключить переменную составляющую и, как результат, получаем i_о1=i_d  (соответствующая кривая приведена на рисунке 3).

і ут