Вступ
Енергетика України - це стратегічна галузь національної економіки, яка є основою функціонування всього загальнодержавного комплексу суспільного виробництва та забезпечення пристойних умов життя населення.
Електричні мережі Міненерго України налічують понад 1 млн. км повітряних і кабельних ліній електропередачі всіх класів напруги, а також 207435 одиниць трансформаторних підстанцій напругою 6 - 750 кВ загальною потужністю 201483 МВА.
Розподільні електричні мережі напругою 0,4 - 150 кВ охоплюють всю територію України і виконують, в основному, функції розподілу та передачі електроенергії безпосередньо до споживачів.
За станом на 01.01.99 розподільні мережі Міненерго України налічують 924,8 тис. км повітряних ліній електропередачі напругою 0,4 - 150 кВ і 207305 трансформаторних підстанцій напругою 6 - 150 кВ загальною потужністю 126143,7 МВА. У тому числі: близько 50 тис. км повітряних ліній і 1408 підстанцій напругою 110 - 150 кВ загальною потужністю 57305,7 МВА; 70,7 тис. км повітряних ліній електропередачі та 3865 підстанцій напругою 35 кВ загальною потужністю 25456,7 МВА; 331,6 тис. км повітряних ліній і 202032 підстанцій напругою 6 - 20 кВ сумарною потужністю 43381,3 МВА; 472,8 тис. км повітряних ліній напругою 0,4 кВ .
Електричні мережі всіх класів напруги мають перебувати в постійній технічній готовності і цілодобово забезпечувати безперервне електропостачання споживачів. Зовнішні електричні мережі напруженням 0.38 кВ виконані; як правило, повітряними лініями. Ці мережі складаються з чотирьох - п'ятипровідних ліній з глухо-заземленою нейтралью з повторними заземленнями нульового проводу.
Повітряні лінії 0,38 кВ досить часто виходять з ладу. Пошкодження виникають при штатних ситуаціях у електричних мережах: зхліст проводів, обрив нульового проводу, падіння проводу повітряної лінії високої напруги на повітряну лінію 0,38 кВ та інші. З 1998 по 2000 рр, у Жигульовських електричних мережах зареєстровано 14 випадків виходу з ладу повітряної лінії, з них по причині зхльосту нульового та фазного проводів на повітряній лінії 0,38 кВ - 9, при обриві нульового провода на ПЛ 0,38 кВ - 4, у випадку падіння фазного проводу ПЛ ПО кВ на ПЛ 0,38 кВ - 1. На початок 2002 р. пошкодження склали у середньому 10,5 відмов за рік на 100 км ПЛ 0,38 кВ.
При обриві проводів виникає неповнофазний режим роботи лінії, який несприятливо впливає на трифазні електродвигуни. Крім того, вказана несправність лінії може привести до поразки електричним струмом людей і тварин при зіткненні з проводом, що обірвався. За даними Управління охорони праці Міненерго України через однофазні пошкодження та обриви проводів у електричних мережах 0,4 кВ кожен рік гине 70 - 80 людей. Проблема електробезпеки для деяких областей складає від 20 - 70 %. Тому розробка і впровадження нових більш довершених пристроїв контролю справності проводів є актуальною задачею.
Задачі дослідження
• провести аналіз існуючих пристроїв та методів контролю справності дротів повітряних ліній напругою 0,3 8кВ;
• розробка пристрою захисту дротів повітряних ліній 0,38 кВ, який засновано на накладенні на струми промислової частоти струмів непромислової частоти 100 Гц;
• дослідження джерела струму - ланцюг "діод-резистор";
• дослідження джерела струму - ланцюг з паралельно з'єднаними ємністю та резистором і послідовно з діодом;
• дослідження джерела струму - ланцюг діод та паралельно з'єднаними навиткою індуктивності та ємністю;
• розрахунок економічної ефективності упровадження пристрою.
Деякі питання роботи цього пристрію були розглянуті у доповідях на 2-й та 3-й міжнародній науково-технічній конференції аспірантів і студентів "Автоматизація ' технологічних об'єктів і процесів. Пошук молодих ".(25.04.2002, 13.05.2003 кафедра ГЕА, ДонНТУ), науково-технічній конференції студентів "Дні науки 2002 "(ЕТФ, ДонНТУ)[7], науково-технічній конференції студентів "Електротехнічні та електромеханічні системи " (2003, СевНТУ).
Основні поняття й короткий опис роботи
У електричних мережах 0,38 кВ широке застосування здобули пристрої захисту, які використовують робочий струм мережі як сигнал о пошкодженні.
При використанні цих пристріїв існують наступні варіанти конролю струма нульової послідовності:
• пристрій захисту реагує на струм нульової послідовності у нульовому проводі;
• пристрій захисту реагує на струм нульової послідовності у фазних проводах;
• пристрій захисту реагує на струми витіку.
Згідно з наведеною класіфікацією проаналізуємо пристрої струмового захисту.
При першому варіанті контролю струмів нульової послідовності захист здійснюється струмовим релє, яке встановлюється у розрив нульового проводу лінії безпосередньо або за допомогою трансформатора струму. В наведені пристрої захисту, які виконані відповідно з зазначеним спосібом. До них відносяться автоматичні вимикачі з електромагнітним розчеплювачем у колі нульового провіду ( АП - 50 - 2МТЗО , АЗ700), первинне релє струму РЗ -571Т. Ці пристрої мають як позитивні якості так і негативні, які обмежують їх широке застосування .
Несиметричний режим роботи повітряних ліній 0,38 кВ є для них найбільш імовірним режимом. Крім того, при короткому замиканні " фаза -нуль" геометрична сума струмів навантажень непошкоджених фаз у складному випадку знаходиться у протифазі відносно струму короткого замкнення, тому коли струм спрацьовання захисту дорівнює робочому струму лінії і коефіцієнт чутливості 1,5, можливе загрублення захисту до 2,5Іраб.
Другий варіант контролю струму нульової послідовності здійснений у пристрої захисту типа ЗТИ-0,4.
Напівпровідниковий захист типу ЗТИ-0,4 призначений для захисту трифазних чотирьохпровідних повітряних ліній 0,38 кВ з глухозаземкненою нейтраллю і повторними заземленнями нульового проводу від міжфазних і однофазних на нульовий провід коротких замкнень, а також замкнень фаз на землю[9]. Для підключення до лінії ЗТИ має чотири стругових входи, через які пропускають три фазних і нульових проводи. Функціональна блок-схема захисту приведена на рисунку 1.1.
Рисунок 1.1- Функціональна блок-схема захисту типу ЗТИ-0,4
Для захисту від міжфазних к.з. використовуються давачи струму фаз А і ТІ і Т2, що забезпечують дію схеми за принципом максимального струмового захисту (проводи фаз А і С служать первинною обвиткою цих давачив). При однофазних к.з. струми в фазах можуть .бути відносно невелики, внаслідок чого не буде забезпечена необхідна чутливість захисту. При цьому потрібно врахувати, що в фазі В давач струму не встановлений. Для дії захисту в даних випадках використовується давач струму нульової послідовності ТЗ, магнитопровід якого охоплює усі три фазних провіда кола, що контролюється. Такий давач (трансформатор) є фільтром струмів нульової послідовності, які з'являються при однофазних к.з.
До вторинних обвиток ТІ, Т2 і W1 давача ТЗ підключаються групи резисторів К1, К2, КЗ, перемиканням яких встановлюються струми спрацювання (уставки) захисту. Схема "ИЛИ" виділяє середнє значення максимального з випрямлених (діоди на схемі не вказані) вхідних напруг, що пропорційні відповідним струмам. При перевищенні струмами фаз або струмом нульової послідовності значень уставок напруги на вході схеми "ИЛИ" перевищує опорну напругу компаратора КМ1. Вихідна напруга компаратора при цьому стає позитивною, внаслідок чого починається лінійне зростання напруги на виході інтегратора ИН. При перевищенні вихідною напругою інтегратора опорної напруги компаратора КМ2 його вихідна напруга також стає позитивною. При цьому відбувається відімкнення транзисторного ключа ТК і тиристора ТР, внаслідок чого подається струм в обвитку незалежного розчеплювача НР автоматичного вимикача і він вимикається.
Найбільш складно забезпечити чутливий захист від замкнень на землю. У цьому випадку сила струму часто значно менше струмів спрацювання захистів від к.з. міжфазних і однофазних на нульовий провід. Принцип дії ЗТИ заснований на томуу що захист реагує на різницю приросту струмів небалансу трьох фаз (струмів нульової послідовності) і в нульовому проводі /0. В
цьому випадку реалізовується наступна нерівність:
де μ
n - коефіцієнт пропорційності, U
n - постійна величина.
Якщо нерівність дотримується, пристрій спрацьовує.
Для захисту від замкнень на землю використовують (рис. 1.1): давачи струму нульової послідовності ТЗ (обвитка W3) і струму нульового проводу Т4, випрямлячи В1 і В2, фільтри постійної складової вхідного напруження Ф1 і Ф2, на виході яких напруга Ф1 і Ф2, на виході яких напруги пропорційні амплітудам вхідних струмів, диференційні кола Щ\\ і ДЦ2, на виході яких в сталому режимі при постійних значеннях вхідних струмів напруги рівні нулю. При зміні вхідних струмів на виході ДІД з'являються напруги, пропорційні приростам струмів нульової послідовності і нульового проводу. Після випрямлення значення цих напруг порівнюються на суматорі СМ, на виході якого з'являється різниця цих напруг. При замиканні на землю на виході СМ з'являється негативна напруга, яка перевищує опорну напругу компаратора КМЗ, внаслідок чого вихідна напруга компаратора КМЗ стає додатною (при відсутності замикання на землю напруга на виході СМ близьке до нуля або додатне, а на виході КМ від'ємне). Далі схема захисту діє, як і при міжфазних к.з. Відзначимо, що захист ЗТИ - 0,4 чутливий тільки до однофазних коротких замикань " фаза -' нуль", так як його струм спрацьовання знаходиться у діапазоні (і .5 - 2.5)
Iраб .
Таким чином, по принципу дії захисти, які використовують перший або другий варіанти контролю струму нульової послідовності не можуть забеспечити необхідну чутливість при короткому замкненні " фаза - земля" , так як її уставка більша струму замкнення на землю.
Малий струм замкнення на землю є наслідком великого опору у місці контакту обірваного проводу з землею. Цей опір змінюється від 100 до 30000 Ом. Таким чином, струм замикання на землю при сухій погоді складає 1-10 мА та при дощовій погоді 0,15 - 9 А.
Забеспечити небхідну чутливість можно, якщо розглянути третій варіант контроля сигналу про пошкодження. Конструктивно цей пристрій повинен мати вимірювальний перетворювач, який охоплює своїм магнітопровідом усі фазні та нульові провіди лінії, що захищається. Розглянемо принцип дії такого пристрою[5,п2.8].
Робота струмового фазозрівнювального захисту (СФЗ) може бути розглянута на прикладі мережі 0,38 кВ з двома повітряними лініями. Пристрій контролює струм нульової послідовності у ланцюгу заземлення нейтралі трансформатора за допомогою трансформатора струму ТТо та струми у лініях за допомогою трансформаторів струму нульової послідовності ТТНП 1 і ТТНП2, які охоплюють магнітопровідом усі чотири провіда ПЛ 0,38 кВ.
При замиканні на землю струм замикання проходить по пошкодженій фазі на землю і розгалуджується по шляхам через повторні заземлення у нульові провода пошкодженої і непошкодженої лінії, а також у ланцюг заземлення нейтралі силового трансформатору підстанції. При цьому струми замикання, що повертаються в мережу через нульові проводи непошкоджених ліній (струми витіку Івит.зн ) співпадають по фазі зі струмом в ланцюгу заземлення нейтрали силового трансформатора Ін.з., оскільки ці струми є складовими одного і того ж струму замикання Із, який розгалуджується в ланцюгах з активними опорами.
Трансформатор струму пошкодженої лінії ТТНП1 вимірює різницю між повним струмом замикання Із і частиною струму замикання що повергається по нульовому проводу цієї лінії Івит.зп.. ТТНП1 пошкодженої лінії, що вимірює струм Із. - Івит.зп. має напрям від шин в лінію, тобто зворотнє відносно струмів витіку. Порівнянням фаз (напрямів) струмів нульової послідовності в ланцюгу заземлення трансформатора ТП і кожної лінії, що відходить, забезпечується селективна дія захисту пошкодженої лінії.
Поріг спрацювання обмежується струмами небаланса на виході трансформатора ТТНП при нормальному несиметричному режимі мережі.
Захист також реагує на обрив нульового проводу лінії, якщо несиметрія навантажень по фазах за місцем обриву створює струм через опори заземлення нульового проводу, необхідний для спрацювання захисту.
Випробування показали, що при струмі замикання на землю Із > 1А (або струмі Іо > 1А при обриві нульового проводу ) захист чітко спрацьовував.
Рисунок 1.2 - Схема захисту ПЛ. 0,38 кВ з компенсацією помилкового сигналу
Анімація 640 x 356 x 7 кадрів, затримка між кадрами 2 секунди,
кількість циклів повторення — 5, об'єм 23 кБайт
При написанні данного автореферату магістерська робота ще не закінчилась.
Література
1. Пронникова М.И. Токовая фазосравнивающая защита от однофазных замыканий и обрыва нулевых проводов для сельских сетей 0,38 кВ / Пронникова М.И., Сукманов В.И., Меренков А.А.//В сб. Строительство сельских электросетей. Выпуск 12 (155). М.: Информэнерго, 1977, С. 18 - 22.
2. Желиховский Х.М. Автоматический контроль исправности цепи зануления /Желиховский Х.М., Чупайленко А.А., Остапенко Н.И.//.- Промышленная энергетика. 1977, №3, С. 41 - 43.
3. А.С. 945938 (СССР). Устройство для защиты участка линии напряжением до 1000 В от обрыва проводов / В.И. Сукманов, Р.Ш. Сагутдинов, В.И. Красников.- Опубл. В Б.И. 1982, №27.
4. Сагутдинов Р. Ш. Устройство типа УКО для контроля обрыва проводов в электрических сетях напряжением 0,38 кВ/ Сагутдинов Р. Ш., Красников В. И., Бутко А. И.// Экспресс-информация. Сер. Строительство сельских электросетей. М.: 1972, вып. 3, с. 14 – 15.
5. Кобазев В.П. Контроль исправности нулевого провода ВЛ 0,38 кВ/ Кобазев В.П.// Наукові праці ДонНТУ. Серія: електротехніка і енергетика, випуск 28. - Донецьк: ДонНТУ. – 2001. – С. 174 - 177.
6. Каструба С.Н. Человека защитит УЗО при авариях на воздушных линиях электропередачи/ Каструба С.Н.//.-Новости электротехники.-№1.-2003
7. Клименко Б.В. Нужна ли Украине система ТТ/ Клименко Б.В.// Электропанорама. 2002. №11.С. 18-21.
8. Будзко И.А. Электроснабжение сельского хозяйства.-М.: Агропромиздат, 1990,с.324-331
9. Харчевич А.А. Спектры и анализ.-М.:Физматгиз,1962.-236 с.
10. Шуцкий В.И. Опыт применения устройств защитного отключения в энергосистемах напряжением до 1000 В.-М.,1970.-63с.
