УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ НАВЕДЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА МЕСТЕ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ НА ОТКЛЮЧЕННОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к устройствам в области электротехники и может быть использована в электроэнергетике для обеспечения безопасности рабочих при работах на отключенных линиях электропередачи, находящихся под наведенным напряжением.
Уровень техники
Известно, что наведенное напряжение на отключенной ВЛ возникает в результате действия электромагнитных полей действующих ВЛ, проходящих вблизи отключенной ВЛ. Значение наведенного напряжения зависит от рабочего напряжения влияющих ВЛ, величины тока в них, сопротивления заземления, протяженности параллельного следования, взаимного расположения проводов и ряда других факторов. Влияние соседних параллельных ВЛ можно рассматривать как сумму электрической и магнитной составляющих. Электрическая (поперечная) составляющая на незаземленной ВЛ может достигать нескольких тысяч вольт. Электромагнитная (продольная) составляющая приводит к появлению напряжения прикосновения на месте работ, вызванного растеканием по земле через заземление на месте работ наведенного тока. Заземление ВЛ хотя бы в одной точке приводит почти к полному исчезновению поперечной составляющей. Если на работающей линии существует установившийся нормальный режим, то наведенное напряжение в месте производства работ на отключенной линии можно снизить заземлением ВЛ на месте работ. Однако, в случае возникновения на работающей линии короткого замыкания или значительных колебаний нагрузки, большого сопротивления заземляющего устройства наведенное напряжение на месте производства работ будет существенно превышать 25 В, создавая смертельную опасность для рабочих. Даже заземление места проведения работ не всегда уменьшает наведенное напряжение до безопасного значения. Создание напряжения компенсации позволяет обеспечить величину наведенного напряжения не выше предельно допустимого значения. Суть компенсационного метода - подача на место работ компенсирующего напряжения, равного по модулю наведенному и в противофазе последнему.
Известны способы компенсации наведенного напряжения на месте производства работ на отключенной воздушной линии электропередачи с использованием автономного источника мощности с возможностью регулирования величины и фазы компенсирующего напряжения (патент RU №2541508 С1 от 03.10.2013 г. опубл. 20.02.2015 г. бюл. №5, патент RU №2586 995 С1 от 17.06.2015 опубл. 10.06.2016 г. бюл. №16, патент RU №2593 277 С1 от 06.08.2015 г. опубл. 10.08.2016 бюл. №22, патент RU 2591182 С1 от 21.05.2015 г. опубл. 10.07.2016 бюл. №19).
Патентный поиск показал, что для компенсации наведенного напряжения от ВЛ, работающей в нормальном эксплуатационном режиме и режиме короткого замыкания предлагается множество вариантов на базе автономного бензо-электроагрегата или преобразователя, с системой управления, обеспечивающей автоматическое управление по параметрам наведенного напряжения.
Существует способ компенсации наведенного напряжения на месте производства работ на отключенной воздушной линии электропередачи (патент RU №2541508 С1 от 03.10.2013.), в котором соединяют заземляющими проводами фазные провода отключенной линии на месте производства работ с контуром заземления опоры линии на месте производства работ, отличающийся тем, что предварительно определяют мощность источника наведенного напряжения, формируют автономный источник мощности с возможностью регулирования величины и фазы компенсирующего напряжения, измеряют с помощью вольтметра величину наведенного напряжения на месте производства работ, подключают между контуром заземления опоры линии и заземляющими проводами регулируемый источник мощности, на котором устанавливают напряжение, равное по величине и находящееся в противофазе к измеренному наведенному напряжению, и контролируют по показаниям вольтметра величину остаточного наведенного напряжения, не превышающую 25 В. Данный способ принят за аналог полезной модели.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой модели являются наличие автономного источника мощности с возможностью регулирования величины и фазы компенсирующего напряжения, подключение между контуром заземления опоры линии и заземляющими проводами регулируемого источника мощности, на котором устанавливают напряжение, равное по величине и находящееся в противофазе к измеренному наведенному напряжению, и контролируют по показаниям приборов.
Система компенсации, построенная на базе автономной электростанции, предположительно не обеспечит требуемых параметров в связи со значительной инерционностью систем управления двигателем внутреннего сгорания. Значительно более быстродействующей является система компенсации на базе электронного преобразователя (инвертора). В любом случае одной из основных трудно решаемых проблем является обеспечение компенсирующего напряжения в диапазоне от десятков В до сотен и более. В одном из патентов (патент RU №2586 995 от 17.06.2015 г.) для этого предлагается использовать источник тока, управляемый током (ИТУТ), управляющим сигналом для которого может быть ток наведенного напряжения, протекающий по цепи заземления на месте производства работ.
Наиболее близким по сущности к предлагаемой модели является способ компенсации напряжения прикосновения на месте производства работ на выведенной в ремонт воздушной линии электропередачи (патент RU №2586 995 от 17.06.2015 г.) Данный способ принят за прототип заявляемой модели.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемой модели, является применение автономного источника тока, управляемого током (ИТУТ), управляющим сигналом для которого может быть ток наведенного напряжения, протекающий по цепи заземления на месте производства работ и заземление проводов фаз отключенной линии на месте производства работ.
Недостатками прототипа являются:
1. В случае аварийного режима на влияющей линии данный способ не обеспечивает снижение наведенного напряжения на выведенной в ремонт линии до безопасного значения. В случае заземления отключенной линии на месте производства работ и по концам линии наведенное напряжение на месте производства работ может достигать 1000 В и более, что практически не оставляет шансов сохранения жизни работающему персоналу. В случае заземления отключенной линии только на месте производства работ наведенное напряжение на месте производства работ достигает 200 В и более при высоком сопротивлении заземляющего устройства.
2. Низкая надежность способа в связи с отсутствием блока резервного питания. Кроме того из доступных публикаций нет информации о практической реализации идей из патентов и авторских свидетельств.
Раскрытие сущности полезной модели
Полезная модель направлена на повышение надежности работы устройства для обеспечения безопасности рабочих при работах на отключенных воздушных линиях электропередачи как при нормальном режиме влияющих линий, так и в режиме короткого замыкания на влияющих линиях, создающих наведенное напряжение.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении надежности работы устройства по снижению наведенного напряжения на месте проведения ремонтных работ до величин менее 25 В, требуемых по правилам охраны труда, за счет компенсации наведенного напряжения Устройством через сопротивление заземления на месте работ выведенной в ремонт воздушной линии электропередачи.
Технический результат достигается за счет совместной параллельной работы следующих модулей и блоков, выполненных в одном корпусе:
- инвертор синусоидального сигнала с резистивным делителем и повышающим трансформатором,
- аналоговый цифровой преобразователь (АЦП),
- контроллер, осуществляющий управление модулями и блоками УКНН.
Краткое описание чертежей
На рисунке 1 представлена блок-схема Устройства компенсации наведенного напряжения (УКНН), состоящая из следующих блоков и модулей, выполненных в одном корпусе:
- инвертор синусоидального сигнала с резистивным делителем и повышающим трансформатором вырабатывает компенсирующее напряжение высокой мощности, обеспечивая доведение уровня компенсирующего напряжения до требуемых значений.
- аналого-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует контролируемое напряжение в цифровую форму;
- контроллер осуществляет управление модулями и блоками УКНН, выполняет функцию мониторинга наведенного напряжения, получая сигнал от резистивного делителя инвертора через АЦП и корректирует уровень и фазу компенсирующего напряжения, подавая соответствующую команду на инвертор, для постоянного контроля мгновенного значения уровня, частоты и фазы наведенного напряжения, подключается к высоковольтному выводу через резистивный делитель.
Электропитание УКНН осуществляется от аккумуляторной батареи и бензоэлектрического агрегата, работающих параллельно, что позволяет в автоматическом режиме снижать остаточное наведенное напряжение до величин, значительно меньших 25 В, как при установившемся нормальном режиме, так и при коротком замыкании на влияющей работающей линии. Вспомогательные устройства - заземляющие электроды удаленной земли, соединительные кабели.
Осуществление полезной модели
Высоковольтный вывод УКНН подключается к контуру заземления опоры ВЛ или в точку соединения фазных проводов. Другой вывод УКНН подключается к дополнительному заземлению («удаленная земля»), расположенному примерно в 20 м от опоры ВЛ.
С высоковольтного вывода подается компенсирующее напряжение, находящееся в противофазе с наведенным напряжением, равным ему по модулю в части амплитуды, фазы и той же частоты.
Наведенное напряжение через делитель поступает на аналого-цифровой преобразователь; преобразованный сигнал передается в контроллер, в котором оценивается величина, фаза, форма наведенного напряжения и подается управляющий сигнал на инвертор. Инвертор выдает компенсирующее напряжение в точку соединения фаз ВЛ с заземляющим устройством. Для обеспечения надежной синхронизации остаточное напряжение (разница между наведенным и компенсирующим напряжением) поддерживается на уровне 7-10 В среднеквадратичного значения, что позволяет в автоматическом режиме снижать остаточное наведенное напряжение до величин, значительно меньших 25 В как при установившемся нормальном режиме, так и при коротком замыкании на влияющей работающей линии.
Данная полезная модель изготовлена в виде двух опытных образцов УКНН, которым провели стендовые испытания имитатором наведенного напряжения от электросети 220 В. Оба УКНН на стендовых испытаниях поддерживали среднеквадратичное значение наведенного напряжения на уровне 7-10 В.