Срабатывание реле защиты от утечек при подключении к сети с изолированной нейтралью нелинейных нагрузок

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Губенков А.В. Трёхфазная модель асинхронного двигателя с кабелем и пускателем в статорной цепи // Вестн КузГТУ. 2003. №6. С.56-61.

2. Разгильдеев Г.И. Схемы электроснабжения //Шахты Кузбасса /В.Е.Брагин, П.В.Егоров, Е.А.Бобер идр.. -М: Недра, 1994. -Гл.17. -С.292-293.

3. Ещин Е.К. Электромеханические системы многодвигательных электроприводов. Моделирование и управление.- Кемерово: Кузбасский гос. техн. ун-т, 2003.- 247 с.

4. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. В 3-х ч. Ч. 1. Линейные электрические цепи: Учеб. Для вузов.- 5-е изд., испр. и доп. - М.: Энергия, 1978 .- 592с. ил.

5. Петров Л.П., Ладензон В.А., Подзолов Р.Г., Яковлев А.В. Моделирование асинхронных электроприводов с тиристорным управлением. М.-, «Энергия», 1977. 200 с. с ил.

6. Соколов И.А. Пусковые режимы асинхронных электродвигателей в системе электроснабжения горных и транспортных машин: Дисс. канд. техн. наук. -Кемерово.,2003. -146 с.

7. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования: Учеб. пособие для вузов/ Гольдберг О.Д., Буль О.Б., Свириденко И.С., Хелемская С.П.; Под ред. О.Д. Гольдберга -М.: Высш. шк., 2001. 512с.: ил.

8. И.С. Таев, Б.К. Буль, А.Г. Годжелло и др., Основы теории электрических аппаратов. Учеб. Для вузов. М.: Высш шк. 1987. - 352с.

Автор статьи:

Губенков Александр Вячеславович

- аспирант каф. вычислительной техники и информационных технологий

УДК 621.316.94

П. Д. Гаврилов, А. В. Бородин

СРАБАТЫВАНИЕ РЕЛЕ ЗАЩИТЫ ОТ УТЕЧЕК ПРИ ПОДКЛЮЧЕНИИ К СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ НЕЛИНЕЙНЫХ НАГРУЗОК

Перечислим возможные причины появления тока в заземляющей жиле.

1. Дисбаланс фазных емкостей, т.е. ХаЖв?Хс. Данный дисбаланс появляется при геометрической не симметрии фазных проводов относительно земли.

В симметричной трехфазной системе фазовые емкостные токи в сумме равны нулю [1]. В не симметричной системе сумма емкостных токов не равна нулю, что приводит к появлению тока в заземляющей жиле, который не является следствием снижения Яиз фаз относительно земли, но может причинить помехи для обнаружения опасных замыканий;

2. Дисбаланс фазного напряжения (Уап^Уь„^Усг) имеет то же самое действие, как неуравновешенная фазовая емкость. Несимметричность напряжения может быть вызвана

некомпенсированными однофазными нагрузками. Дисбаланс напряжения, объединенный с дисбалансом емкости, увеличивает емкостный ток;

3. При прямом включении двигателя в сеть емкостный ток способен вызвать срабатывание защитного устройства [2]. Ве-

личина тока утечки непредсказуема, и зависит от фазы замыкания контактов и параметров сети;

4. Присутствие гармоник напряжения, кратных основной частоте, возникающих при работе преобразователя частоты, может вызвать срабатывание

20'

тА

10

-10

-20'

50Гц 50 Гц

* II #1 " Й  * 1 1  1 *. .*’>! Ч 1 ‘ 4 -'» ", " .

0і/ « '-0. 1350 005' . . ґ ' Гц/ V * * і «. _ь    01 А"*0-( "< / 1*1 )15 ^ -1"й і \ А.   А|

Общий ток нейтрального провода и его составляющие

02

С

с

58

П. Д. Гаврилов, А. В. Бородин

Значения составляющих и дискретных значений преобразования Фурье

№ от- сче- та І5о

1 0.000 5.196 0.000 0.000 31 1.225е-15 -5.196 0.000 -2.944е-15

2 1.045 7.532 0.109 0.787 32 -1.045 -7.532 0.109 0.787

3 2.079 6.871 0.432 1.428 33 -2.079 -6.871 0.432 1.428

4 3.090 10.189 0.955 3.149 34 -3.090 -10.189 0.955 3.149

5 4.067 6.624 1.654 2.694 35 -4.067 -6.624 1.654 2.694

6 5.000 10.000 2.500 5.000 36 -5.000 -10.000 2.500 5.000

7 5.878 5.223 3.455 3.070 37 -5.878 -5.223 3.455 3.070

8 6.691 7.682 4.477 5.140 38 -6.691 -7.682 4.477 5.140

9 7.431 3.815 5.523 2.835 39 -7.431 -3.815 5.523 2.835

10 8.090 4.693 6.545 3.797 40 -8.090 -4.693 6.545 3.797

11 8.660 3.464 7.500 3.000 41 -8.660 -3.464 7.500 3.000

12 9.135 2.649 8.346 2.420 42 -9.135 -2.649 8.346 2.420

13 9.511 4.719 9.045 4.488 43 -9.511 -4.719 9.045 4.488

14 9.781 2.682 9.568 2.624 44 -9.781 -2.682 9.568 2.624

15 9.945 7.388 9.891 7.348 45 -9.945 -7.388 9.891 7.348

16 10.000 5.000 10.000 5.000 46 -10.000 -5.000 10.000 5.000

17 9.945 10.600 9.891 10.542 47 -9.945 -10.600 9.891 10.542

18 9.781 8.791 9.568 8.599 48 -9.781 -8.791 9.568 8.599

19 9.511 13.127 9.045 12.484 49 -9.511 -13.127 9.045 12.484

20 9.135 12.532 8.346 11.449 50 -9.135 -12.532 8.346 11.449

21 8.660 13.856 7.500 12.000 51 -8.660 -13.856 7.500 12.000

22 8.090 14.577 6.545 11.793 52 -8.090 -14.577 6.545 11.793

23 7.431 12.223 5.523 9.083 53 -7.431 -12.223 5.523 9.083

24 6.691 13.791 4.477 9.228 54 -6.691 -13.791 4.477 9.228

25 5.878 8.435 3.455 4.958 55 -5.878 -8.435 3.455 4.958

26 5.000 10.00 2.500 5.000 56 -5.000 -10.000 2.500 5.000

27 4.067 3.413 1.654 1.388 57 -4.067 -3.413 1.654 1.388

28 3.090 4.081 0.955 1.261 58 -3.090 -4.081 0.955 1.261

29 2.079 -1.537 0.432 -0.320 59 -2.079 1.537 0.432 -0.320

30 1.045 -2.351 0.109 -0.246 60 -1.045 2.351 0.109 -0.246

Сумма 300 300

защиты от утечек [3]. Чем выше частота переключения линейного напряжения, тем меньше емкостное сопротивление

Хс=1/(2п/С) и больше емкостная составляющая тока утечки.

Так как трехфазная система является симметричной, то только дисбаланс каждой гармоники вносит вклад в нейтральный ток. В трехфазной системе гармоники трехкратные и синфазные и их сумма во времени является индивидуальной величиной, зависящей от способа переключения силовых ключей.

В существующем реле утечки АЗУР-2 происходит сравнение заданного и фактического

напряжения на транзисторе УТ7 [4]. Практика показала, что происходит искажение оперативного напряжения, вызванное бесконтактными переключениями полупроводниковых элементов, что ведет к срабатыванию реле утечки [5]. Даже при полностью исправной изоляции протекает зарядный ток, определяемый емкостью сети относительно земли и фронтом нарастания напряжения. Поэтому данное реле утечки может работать в сетях с общей емкостью сети не более 0,6 мкФ [6].

В аппарате защиты от токов утечки «АРГУС» генератор оперативного тока вырабатывает разнополярные импульсы

определенной формы, а сигналы обрабатываются с помощью микропроцессора [6], но при работе ПЧ с ШИМ неизвестна его реакция на крутые фронты нарастания при переключении полупроводников с несущей частотой 4, 6, 8, 16 КГц.

Существуют также реле защиты, работающие по принципу изменения частоты оперативного напряжения в зависимости от частоты выходного напряжения ПЧ по определенному закону [7]. Их недостатком является неучитывание частоты следования импульсов наводки в контуре заземления при работе ПЧ.

Общим недостатком всех

существующих реле утечки является нормальное их функционирование лишь для определенных емкостей сети относительно земли и неудовлетворительная работа при больших емкостях сети.

Фильтрование тока утечки в реальном масштабе времени решает задачу обнаружения небольших по величине токов замыкания на землю за малое время. Воспользуемся цифровой фильтрацией для построения полосового фильтра, реагирующего на основную частотную составляющую тока нулевой последовательности и игнорирующего другие гармонические составляющие и импульсы. С помощью дискретного преобразования Фурье можно быстро извлечь удельный частотный сигнал из множественно-

частотного сигнала [8].

Для этого воспользуемся упрощенным дискретным преобразованием:

. 2 ^ 2ж

!р = —^ 1(п) • мп(---------),

ш

п=0

ш

где 1Р - амплитуда тока, ш -число значений в цикле, п - номер выборки, 1(п) - измеренное значение.

Модель настроена для взятия известных номеров выборки в цикле желательной частоты. Рассмотрим пример определения амплитуды тока частотой 50 Гц из общего тока утечки равного сумме токов на 50, 150, 1350, Гц, изображенных на рисунке.

Настроим фильтр на 50 Гц и будем выбирать из выборки с частотой 3КГц:

2 60-1 2тт

1р = — У 1(п) • 8т(—) р 60 ^ 60

п=0

/р=10.

Следовательно, только единственный цикл основной составляющей требуется для расчета: здесь 1/50-ая секунды или 20 ШБ.

В таблице приведены значения тока для основной составляющей и общего тока, а также отсчеты дискретного преобразования для общего тока и 50 Гц составляющей тока.

Видно, что сумма для основной составляющей та же, что и сумма для общего тока, свидетельствуя, что этот метод осуществления выборки обеспечил достаточно точное измерение основной составляющей, несмотря на присутствие других высших гармоник и импульсов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: Гардарики, 2001. 638 с.

2. Лейбов Р. М., Озерной М. И. Электрификация подземных горных работ.- М.: Недра, 1972. 384 с.

3.. Траубе Е. С., Дукачевич Р. Ю.,. Шевелкин А. А. Закономерности формирования токов утечки на землю в шахтных сетях с преобразователями частоты. // Безопасная, экономичная и надежная эксплуатация взрывозащищенного электрооборудования. Сборник научных трудов ВНИИВЭ - Донецк, 1990, с.34

- 43.

4. Аппарат защиты от токов утечки унифицированный рудничный АЗУР. // Руководство по эксплуатации.

5. Демидов В. Я., Высоцкий В. П., Малахов Ю.Г. Испытание реле утечки АЗУР на участке сети с полупроводниковым преобразователем частоты. // Безопасность работ в угольных шахтах / Сборник научных трудов ВостНИИ. - Кемерово 1994, с. 183-191.

6. Фролкин В. Г. Аппарат защиты от токов утечки «АРГУС». // Безопасность труда в промышленности. 2001, №2. с. 32.

7. Бабокин Г. И. Развитие теории, методы и средства управления и защиты электромеханических систем горных машин с преобразователями частоты. // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. - М.: МГГУ, 1996.

8. Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов. - СПб.: Питер, 2003. 608 с..

Авторы статьи:

Гаврилов Петр Данилович

- канд. техн. наук, доц. каф.электропривода и автоматизации

Бородин Андрей Викторович

- аспирант каф. электропривода и автоматизации