БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННОЙ ФАЗЫ ШАХТНОЙ УЧАСТКОВОЙ СЕТИ

Источник: Кафедра гірничої електротехніки і автоматики ім.Р.М.Лейбова. 10-я международная научно-техническая конференция аспирантов и студентов "Автоматизация технологических объектов и процессов: Поиск молодых". Тезисы доклада.

Своевременное и безошибочное определение фазы шахтной участковой сети, в которой возникла утечка тока на землю, является важнейшим фактором защиты человека при его попадании под фазное напряжение. В [1] описан быстродействующий способ решения этой задачи. Его сущность основана на гипотезе о синусоидальном изменении потенциала нейтрали uN(t) и заключается в определении его аргумента (начальной фазы) по двум смежным точкам мгновенного значения uN(t1) и uN(t1+ Δt). Если разница по фазе между этими точками Δωt фиксирована и составляет от 10 до 20 градусов, задача сводится к решению системы.

;                                                                                    (1)
                                                                                      (2)

где UNmax, ψ, – соответственно амплитуда и начальная фаза (аргумент) потенциала нейтрали относительно земли;
Исключив из (1 и 2) амплитуду UNмах, получаем функцию y(ψ) и ее производную y'(ψ):

;                                                                           (3)
.                                                                                        (4)

Из анализа (3) и (4) следует. Во-первых, период обеих функций по ψ составляет π и, следовательно, на интервале 0…2π зависимость (3), в отличие от системы (1, 2), имеет 2 корня, один из которых “лишний“. Его легко установить проверкой в (1) или (2).
Во-вторых, производная y'(ψ) всегда положительна. Следовательно, функция y(ψ) всегда возрастает и в пределах своего периода (0…π) имеет только один корень, который легко выделить, воспользовавшись тем свойством функции (3), что она имеет разрывы второго рода при значениях аргумента ψ, отвечающих условию:

На рис. 1 приведена упрощенная схема алгоритма работы УВФ, в соответствии с выражениями (1…5). Схема содержит:
Блок задания отсчета времени, в функции которого входит слежение за одним из линейных напряжений (в данном случае это uАВ) и момент перехода его через нуль при возрастании задать (обновить) новый отсчет времени.
Блок запуска УВФ. Его основная функция заключается в слежении за величиной потенциала нейтрали, при достижении которым порогового значения Uпр, включить УВФ в работу. Одновременно с этим блокируется обновление начала отсчета времени с тем, чтобы до принятия решения отсчет времени не изменялся. Кроме того, блок продолжает слежение за величиной uN(t) и через каждую четверть периода подтверждает (или не подтверждает) команду на включение УВФ в работу. Это необходимо, чтобы избежать ложных срабатываний защиты при воздействии кратковременных помех в составе потенциала нейтрали при, например, коммутациях в нагрузке.
Блок определения промежуточных результатов является основным решающим звеном, в котором по двум смежным мгновенным значениям uN(t1) и uN(t2) определяется очередной результат аргумента ψ.

Рис. 1. Упрощенная схема алгоритма работы УВФ.

Блок принятия решения анализирует значения ψ, определяет их принадлежность к интервалу, свойственному поврежденной фазе сети, и формирует команду на ее защитное шунтирование. Длительность в принятии решения зависит от интенсивности помех и искажений, вносимых сетью. Например, при небольшом (< 2.5 кОм) сопротивлении утечки, когда переходный процесс весьма скоротечен, а влияние высших гармоник незначительно, решение может быть принято на основании от 5 до 7 промежуточных результатов (≈ 4 мс). В том же случае, когда переходный процесс затягивается до нескольких периодов, что характерно для сопротивления утечки, превышающего 15 кОм, а высшие гармоники вносят свою долю искажений, принятие решения затягивается до получения устойчивой серии от 15 до 20 промежуточных результатов. При этом идентификация поврежденной фазы (принятие решения) может затянуться на время от 17 до 22 мс.
Исследование модели УВФ совместно с динамической моделью сети показало работоспособность предлагаемого способа и его устойчивое функционирование в условиях воздействия не только составляющих переходного режима и высших гармоник в составе потенциала нейтрали, но также при скачкообразном изменении сопротивления утечки, что характерно для сопротивления человека, внезапно оказавшегося под фазным напряжением [2].

ЛИТЕРАТУРА

1. Чорноус Е.В., Об альтернативном варианте защиты шахтной участковой сети от однофазной утечки // Электричество. ­ 2009. ­ №8. ­ C.33-36.
2.  Ягудаев Б.М., Шишкин Н.Ф., Назаров В.В. Защита от электропоражения в горной промышленности. – М., Недра, 1982, 152 с.