СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ НУЛЕВОГО ПРОВОДА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ 0,4 кВ
METHOD FOR AUTOMATIC CONTROL OF 0,4 kV OVERHEAD LINE NEUTRAL WIRE

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам электробезопасности и может быть использовано для защиты потребителей электрической энергии от перенапряжений, вызванных ухудшением параметров нулевого провода или его обрыва, и для обеспечения электро-, пожаро- и взрывобезопасности.
Изобретение предназначено для организации контроля непрерывности нулевого провода и его параметров относительно земли воздушных и кабельных линий электропередачи 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью.
Практика эксплуатации воздушных и кабельных линий показала, что основными причинами обрыва нулевого провода являются
- длительное однофазное короткое замыкание в конце длинной линии, приводящее к отгоранию нулевого провода в местах контактных соединений;
- постепенное электроэрозионное разрушение нулевого провода при схлестывании с фазным в местах наибольшей стрелы провеса;
увеличения напряжения прикосновения:
- обрыв части системы повторных заземлителей;
- увеличение переходных сопротивлений в месте контакта повторных заземлителей с нулевым проводом;
- увеличение сопротивления грунта в месте установки повторных заземлителей.
При несимметричной нагрузке обрыв или увеличение сопротивления системы "нулевой провод-земля" вызывает появление у потребителей значительных перенапряжений в наименее нагруженных фазах, что приводит к массовому выходу из строя оборудования потребителей и возникновению электро-, пожаро- и взрывоопасных ситуаций.
Обеспечение непрерывности нулевого провода предполагает постоянный контроль за его состоянием и параметрами и, в случае аварии, отключение отходящей линии от трансформаторной подстанции.
Известен способ определения повреждения нулевого провода в сетях 0,4 кВ путем определения сопротивления петли фаза-нуль (Сидоров А.И. Основы электробезопасности: Учебное пособие. - Челябинск: Изд-во ЮУр-ГУ, 2001. - C.166-172).
Основным недостатком при измерении сопротивления петли фаза-нуль является невозможность точно определить, чем вызвано увеличение суммарного сопротивления петли фаза-нуль: обрывом нулевого провода или недопустимым увеличением сопротивления фазных проводов, а также невозможность организации постоянного автоматического контроля указанных аварийных состояний.
Известен способ автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных и кабельных линий 0,4 кВ (Патент на изобретение №2295186, РФ - Способ автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных и кабельных линий и устройство для его осуществления. МПК Н02Н, заявлено 26.12.2005 г.; опубликовано 10.03.2007 г., бюл. №7). Способ основан на пропускании высокочастотных импульсов генераторами высокочастотных импульсов, установленных в нулевом проводе в конце линии. Через нулевой провод и совокупность повторных заземлителей защищаемых линий осуществляется непрерывная передача импульсов определенной частоты, прием импульсов на питающей подстанции, их дешифрация, регистрация амплитуды импульсов, а при уменьшении амплитуды импульсов ниже определенной величины производится отключение линии с нарушенными параметрами нулевого провода.
Недостатками известного способа являются
- ухудшение качества электроэнергии в данной сети за счет пропускания высокочастотных импульсов через нулевой провод и совокупность повторных заземлителей;
- необходимость дополнительной установки фильтров, препятствующих попаданию высокочастотных импульсов в цепь нагрузки;
- достаточно высокая сложность и стоимость устройства.
01
з
01
з
01
з
Наиболее близким по технической сущности является способ контроля непрерывности нулевого провода воздушных линий 0,4 кВ, в основу которого положен принцип сравнения тока I в нулевом проводе в начале линии и тока I в заземлении нейтрали питающего трансформатора. Как было установлено, в нормальном режиме работы сети при любом распределении нагрузки между линиями величина тока I всегда больше величины тока I. При нарушении непрерывности нулевого провода соотношение I>I нарушается, что и используется для обнаружения возникновения аварийной ситуации и выработки сигнала, который подается на исполнительный механизм, отключающий неисправную линию (Патент на изобретение №2230415, РФ - Устройство контроля непрерывности нулевого проводника в воздушных линиях 0,4 кВ. МПК Н02Н, заявлено 17.10.2002 г.; опубликовано 10.06.2004, бюл. №16).
Недостатком этого способа является недостаточно высокая точность и малая зона контроля, так как устройство контроля надежно работает на длинах до 500 м. Согласно анализу схем городских электросетей длина отдельных линий распределительных сетей 0,4 кВ не превышает 300-400 м. Поэтому в городских условиях зоны действия 500 м достаточно, а в сельской местности зачастую нет, так как линии 0,4 кВ в сельской местности могут достигать длин порядка 1,5-2 км.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение качества контроля непрерывности и параметров нулевого провода, увеличение достоверности определения места его обрыва.
Технический результат достигается тем, что в способе автоматического контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,4 кВ, заключающемся в измерении тока в нулевом проводе в начале линии и тока в нулевом проводе за первым повторным заземлителем, дополнительно производят определение разности токов в нулевом проводе в начале линии и в нулевом проводе за первым повторным заземлителем, сравнивают эту величину с минимально допустимым значением для нормального режима работы и, в случае если эта величина превышает минимально допустимое значение, формируют сигнал на отключение защищаемой линии, а в зависимости от величины разности токов производят определение места обрыва нулевого провода.
01
02
0
01
02
0
0
01
02
В нормальном режиме работы сети между током в нулевом проводе в начале линии I и током в нулевом проводе за первым повторным заземлителем I существует определенное соотношение, зависящее от физических параметров сети, которое может быть рассчитано для каждой конкретной сети. При обрыве нулевого проводника величина токов изменяется. Отличительной особенностью данного способа является измерение разности токов ΔI=I-I и анализ данной величины для получения информации об обрыве нулевого провода. Если значение разности токов ΔI, подаваемое в вычислительный блок, превышает значение, измеренное для нормального режима с учетом колебания несимметрии нагрузки и сезонности колебаний сопротивлений повторных заземлителей, блок принятия решения генерирует сигнал на отключение, подаваемый на исполнительный механизм. Дополнительное измерение разности токов ΔI=I-I позволяет также определить предполагаемое место обрыва с учетом заданной погрешности.
0
01
02
0
Сущность предлагаемого способа поясняется на чертежах. На фиг.1 представлена схема замещения участка электрической сети; на фиг.2 - график изменения ΔI=I-I в зависимости от места обрыва нулевого провода: ΔI=F(Lобр); на фиг.3 - функциональная схема устройства, реализующего способ.
Результаты исследований на математической и физической модели электрической сети при обрыве нулевого провода представлены на фиг.2.
Условия моделирования:
- воздушная линия,
- провод марки А-25,
- длина 1 км,
- 10 повторных заземлителей через 100 м.
0
В таблице и на фиг.2 представлено изменение ΔI=F(Lобр).
Таблица
Lобр
100
200
300
400
500
600
700
800
900
ΔI<sub>0</sub>
0,473
0,422
0,377
0,336
0,296
0,257
0,214
0,164
0,097
0
В нормальном режиме работы данной воздушной линии ΔI=0,017 А. Таким образом, для обеспечения чувствительности устройства при обрывах нулевого провода в любом месте по длине следует для данной воздушной линии выбрать уставку срабатывания устройства 0,1 А, т.е. при понижении разности токов ниже 0,1 А дается сигнал на отключение линии.
0
01
02
0
Согласно предложенному способу за счет непрерывного измерения разности токов ΔI=I-I осуществляется автоматический контроль целостности нулевого провода, а за счет предварительного графического анализа изменения ΔI в зависимости от места обрыва, представляется возможным определение места обрыва нулевого провода с учетом заданной погрешности. По графику, представленному на фиг.2, возможно определение места обрыва провода в зависимости от величины разности токов.
Для реализации данного способа предлагается использовать цифровое устройство, выполненное на основе программируемого микроконтроллера, функциональная схема которого представлена на фиг.3.
Устройство включает в себя следующие блоки:
1, 2 - аналоговые модули измерения действующего значения;
3, 4 - аналого-цифровые преобразователи;
5 - микроконтроллер;
6 - жидкокристаллический буквенно-цифровой индикатор;
7 - клавиатура;
8 - блок питания устройства.
Входные аналоговые модули 1, 2 используют для измерения токов. Управляющие выходы аналоговых модулей соединены с входами аналого-цифровых преобразователей 3, 4, осуществляющих функцию преобразования действующих значений токов в цифровые сигналы. Выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с микроконтроллером 5, ведущим анализ цифровых сигналов. К микроконтроллеру подключается жидкокристаллический буквенно-цифровой индикатор 6, необходимый для отображения результатов измерения контролируемых величин, и клавиатура 7, используемая для настройки устройства. Питание блоков 1, 2, 3, 4, 5 осуществляется от блока питания 8, преобразующего переменное напряжение 220 В в необходимые напряжения.
Способ осуществляется следующим образом.
01
02
01
02
01
В процессе измерения токов в нулевом проводе в начале линии I и токов в нулевом проводе за первым повторным заземлителем I аналоговые модули 1 и 2 постоянно передают данные в аналого-цифровые преобразователи 3 и 4, цифровые сигналы с которых непрерывно поступают на микроконтроллер 5. Микроконтроллер по значениям токов I, I определяет значение разности токов ΔI и при превышении этой величины минимально допустимого значения формирует сигнал на отключение линии и информационное сообщение о неисправности (в соответствии с настройками устройства), которое отобразится на жидкокристаллическом буквенно-цифровом индикаторе 6.
Предложенный способ позволяет повысить электробезопасность при эксплуатации электрических сетей 0,4 кВ за счет постоянного автоматического контроля, минимального времени определения аварийной ситуации и дополнительного определения места обрыва нулевого провода.