УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ОТ ПОДСТАНЦИИ ДО МЕСТА НАРУШЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ПРОВОДОВ ЛИНИИ 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 (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 (Л-1), принцип работы которых построен на анализе входного сопротивления «шина подстанции - земля», которое находится по результатам экспериментов на питающей участок подстанции.
Однако из-за того, 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 взято за прототип.
Известное устройство-прототип (Л-2) состоит из включенных последовательно 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 земли определяется по соотношению двух этих токов.
Недостатком известного устройства 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 устройства является его несрабатывание при замыкании, вызванном обрывом провода с последующим падением на землю.
Это связано с тем, что один из токов, величину которого надо знать для определения расстояния до места аварии, становится равным нулю.
Таким образом 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, источника электрической энергии, коммутирующего аппарата и фазного провода воздушной линии, дополнительно включена индуктивность с подключенным параллельно к ней блоком определения скачка напряжения.
Заявленная полезная модель иллюстрируется чертежами.
Так, на фиг.1 приведена расчетная электрическая схема замещения, поясняющая реализованный в полезной модели принцип определения расстояния до места поврежденного фазного провода. Использованы следующие обозначения:
Е, Rвн - э.д.с. и внутреннее сопротивление постоянного источники электроэнергии,
L - предвключенная индуктивность, величина которой известна,
Lo, Ro - известные индуктивность 1 км контура провод-земля, Гн/км, и омическое сопротивление провода, Ом/км,
l - расстояние от подстанции до места однофазного замыкания провода на землю, км,
Rp - сопротивление опоры или сопротивление растеканию лежащего на земле провода, Ом,
t - момент времени.
Известно, что сопротивление растеканию упавшего на землю провода, сопротивление опоры, в том числе и ее фундаментной части, сопротивление контурного заземлителя подстанции не низких (менее 1 кГц) частотах - чисто активное.
На основании предельной теоремы операторного исчисления (Л-3) величина напряжения на индуктивности L, измеренного в момент времени
t=0+(момент, следующий непосредственно после коммутации), не зависит от активных сопротивлений, вошедших в изображенную на фиг.1 электрическую цепь (в том числе - от случайного по величине сопротивления Rp), и равна
0
ab
Из формулы (1) следует, что при известных значениях Е, L, L и U(0+) расстояние l до места замыкания на землю находится из соотношения (2):
На фиг.2 представлена принципиальная схема устройства, реализующего сформулированный выше принцип определения расстояния до места повреждения изоляции фазного провода ВЛ.
Устройство состоит из 1 - провода поврежденной фазы, 2 -коммутирующего аппарата, 3 - постоянного источника электрической энергии, 4 - заземлителя подстанции, 5 - индуктивности заданной величины и 6 - блока определения скачка напряжения на индуктивности.
Устройство работает следующим образом:
При нарушении изоляции фазного провода ВЛ происходит отключение соответствующей фазы установленным на подстанции коммутационным устройством (выключателем) с фиксацией поврежденной фазы (Л-4). После этого на подстанции к фазному проводу 1, поврежденной фазы через коммутирующий аппарат 2 подключаются последовательно соединенные постоянный источник электрической энергии 3, подключенный своим отрицательным полюсом к заземлителю подстанции 4, и известная по величине индуктивность 5, параллельно которой подключен блок определения скачка напряжения 6.
При срабатывании коммутирующего аппарата 2 постоянное напряжение от источника 3 подается на поврежденную фазу 1, в результате чего на индуктивности 5 появляется скачок напряжения, который фиксируется
блоком 6. Далее по формуле (2) определяют расстояние до места нарушения изоляции ВЛ.
Предлагаемое устройство позволяет определять место замыкания непосредственно с питающей ВЛ подстанции, что сокращает время на поиск и устранение неисправности.
Так как в рассматриваемой цепи фиг.1 величина скачка напряжения, на которую реагирует устройство, не зависит от входящих в цепь активных сопротивлений, в том числе и от сопротивления Rp, устройство одинаково надежно работает и в случае обрыва и падения провода на землю, и в случае пробоя изоляции на опоре.
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 систем 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.