УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к электрификации железных дорог, и может быть использована при определении расстояния до места замыкания провода воздушной линии электропередачи (ВЛ) на землю, вызванного обрывом провода или пробоем изоляции на опоре. Модель может быть применена на контактной сети магистральных железных дорог, в системах «два провода рельсы» (ДПР), в воздушных линиях автоблокировки.
Известны технические решения по определению расстояния до места замыкания на землю в воздушных линиях электропередачи, принцип работы которых построен на анализе входного сопротивления «шина подстанции - земля», рассчитываемого по результатам экспериментов на питающей участок подстанции.
Недостатком известного устройства описанного в Л-1 является то, что сопротивление растеканию упавшего на землю провода, сопротивление опоры и ее фундаментной части носят вероятностный характер и изменяются в достаточно широких пределах, достоверность определения расстояния по входному сопротивлению, измеряемому при аварии, мала.
Устройство, описанное в (Л-2), построено на том, что расстояние до места нарушения изоляции находится по токораспределению в двух проводах ВЛ (одним из которых является провод, замкнувшийся на землю, а другим - провод исправной фазы), подключаемых к расположенному в начале линии источнику электроэнергии и закорачиваемых между собой в конце линии. В указанном случае получаемый результат не зависит от сопротивления растеканию провод-земля, сопротивления опор.
Это устройство наиболее близко по технической сущности к предлагаемому устройству. Оно и принято за прототип.
Известное устройство-прототип состоит из последовательно соединенных заземлителя подстанции, источника электроэнергии и коммутирующего аппарата, к которому подключается фазный провод с поврежденной изоляцией и соединяемый с ним в начале и конце линии провод исправной фазы. Ток в каждом из проводов измеряется соответствующим датчиком тока. Расстояние до места замыкания на землю определяется по соотношению двух этих токов.
Недостатком известного устройства-прототипа является то, что при его использовании требуется закорачивать между собой два фазных провода в начале и в конце линии. Это вызывает необходимость перемещения рабочей бригады вдоль линии, что снижает производительность труда.
Другим недостатком этого устройства является его несрабатывание при замыкании, вызванном обрывом провода с последующим падением на землю. Это происходит из-за того, что один из токов, величину которого надо знать для определения расстояния до места аварии, становится равным нулю.
Тем самым область применения устройства-прототипа ограничена (оно может быть использовано лишь при нарушении изоляции на опоре).
Техническим результатом предлагаемой полезной модели являются повышение надежности определения расстояния от подстанции до места
однофазного замыкания на землю, а также повышение производительности труда при поиске места повреждения.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
В известное устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю, состоящее из включенных последовательно заземлителя подстанции, гармонического источника электроэнергии, датчика тока, коммутирующего аппарата и фазного провода ВЛ, дополнительно включен конденсатор переменной емкости, настраиваемый на частоте источника энергии в резонанс напряжений с индуктивностью фазного провода.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами.
Так, на фиг.1 приведена расчетная электрическая схема замещения, поясняющая реализованный в полезной модели принцип определения расстояния до места повреждения фазного провода. Использованы следующие обозначения:
e(w t) - мгновенное значение электродвижущей силы гармонического (синусоидального) источника электроэнергии с угловой частотой w;
K
R - активное сопротивление контурного заземлителя подстанции;
R - активное сопротивление провода;
0
L - известная индуктивность 1 км контура провод-земля, Гн/км;
l - расстояние от подстанции до места однофазного замыкания на землю, км;
p
R - сопротивление опоры или сопротивление растеканию упавшего на землю провода, Ом;
С - регулируемая электрическая емкость, Ф.
Резонанс напряжений в линейной электрической цепи, подключенной к гармоническому источнику электрической энергии с угловой частотой w, возникает при выполнении равенства:
вх
где обозначение Im соответствует мнимой части комплексного входного сопротивления цепи Z, определенного для частоты w (Л-3).
Поэтому условие резонанса напряжений в электрической цепи фиг.1 не зависит от активного сопротивления провода и от имеющих (на низких - менее 1 кГц частотах) активный характер (Л-4) сопротивления растеканию упавшего на землю конца провода, сопротивления опоры (в том числе и ее фундаментной части), а также активного сопротивления контурного заземлителя подстанции, а определяется только соотношением между частотой источника, емкостью С и индуктивностью провода, пропорциональной расстоянию до места замыкания.
С учетом формулы (1) это соотношение имеет вид:
PH
0
Изменяя частоту сигнала или величину емкости С, можно вызвать в цепи резонансный режим, после чего по известным значениям этой резонансной частоты w=w, емкости С и погонной индуктивности L определить по формуле (3) расстояние l от подстанции, на которой размещен источник электроэнергии е(w t), до места повреждения изоляции.
На фиг.2 представлена схема предлагаемого устройства. Оно состоит из 1 - провода поврежденной фазы, 2 - контурного заземлителя подстанции, 3 - гармонического источника электроэнергии, 4 - конденсатора переменной емкости, 5 - датчика тока и 6 - коммутирующего аппарата.
Устройство работает следующим образом.
При однофазном замыкании провода ВЛ на землю происходит отключение соответствующей фазы установленным на подстанции коммутационным устройством (выключателем) с фиксацией поврежденной фазы (Л-4).
Затем на подстанции к фазному проводу 1 поврежденной фазы через коммутирующий аппарат 6 подключаются последовательно соединенные контурный заземлитель подстанции 2, гармонический источник электрической энергии 3, конденсатор переменной емкости 4 и датчик тока 5.
Изменением частоты источника электроэнергии систему настраивают на резонанс напряжений, возникновение которого определяют по показаниям датчика 5 (резонансу должно соответствовать наибольшее значение тока).
И по формуле (3) определяют расстояние l до места однофазного замыкания провода ВЛ на землю.
PH
Для получения более точного результата производят измерения резонансных частот w и соответствующие расчеты для нескольких значений емкости С, а за искомое расстояние l принимают среднее значение.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определить место замыкания непосредственно с питающей ВЛ подстанции, что сокращает время на поиск и устранение неисправности.
Так как условие резонанса напряжений в рассматриваемой цепи не зависит от того, связано ли замыкание провода ВЛ на землю с его обрывом и падением или с пробоем изоляции на опоре, устройство одинаково надежно срабатывает в каждом из этих случаев.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания.
1. Рюденберг. Переходные процессы в электроэнергетических системах. М.: Издательство Иностранной литературы. - 1955. - 709 с
2. Пупынин В.Н., Нгуен В.Х., Патент №2096795 на изобретение «Устройство для определения расстояния до места однофазного замыкания на землю в сетях 6-35, кВ электрических система с изолированной или компенсированной нейтралью» (прототип)
3. Атабеков Г.И., Тимофеев А.Б., Хухриков С.С. Теоретические основы электротехники. Часть 2. М.: Энергия. - 1970. - 232 с.
4. Косарев Б.И. Электробезопасность в тяговых сетях переменного тока. М.: Транспорт. - 1989. - 200 с.