Способ поиска земли в электрической сети постоянного оперативного тока
METHOD TO SEARCH FOR GROUND IN THE ELECTRIC NETWORK OF OPERATIONAL DC

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано при поиске элемента с пониженным сопротивлением изоляции в разветвленной электрической сети постоянного оперативного тока.
В известном способе (Патент №2381513 от 16.07.2008 г., бюл. №4. Патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ЭКРА") поврежденный элемент определяют в установившемся режиме протекания постоянного тока, что приводит к ошибкам измерений, обусловленные малым уровнем сигнала и изменениями характеристик устройства. Следствием этого является реализация соответствующих устройств пофидерной установкой стационарных датчиков постоянного тока, что связано с дороговизной устройства и ненадежностью его работы.
«Сейчас на электротехническом рынке представлено около десятка устройств контроля изоляции и поиска поврежденного фидера для систем оперативного постоянного тока (СОПТ). Однако опыт эксплуатации показывает, что автоматизированный поиск поврежденного фидера практически везде работает плохо, особенно в протяженных распределенных сетях с большой емкостью.
Основные проблемы таких систем (журнал «Электроэнергия. Передача и распределение». №3 - 29.12.2010. Устройства контроля изоляции в системах оперативного постоянного тока. Ринат Шакирзянов, главный инженер ООО «Энергопроф»):
- поврежденный фидер не находится;
- поврежденный фидер находится только при значительном снижении сопротивления изоляции;
- система ошибочно указывает на неповрежденный фидер;
- время автоматического поиска фидера значительно превышает время ручного поиска;
- система поиска вносит помехи в сеть оперативного тока, способные вызвать ложное срабатывание релейной защиты и автоматики (РЗА)».
Целью изобретения является повышение точности работы, чувствительности и упрощение устройства.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом способе поиска земли в электрической сети постоянного оперативного тока производится периодическое изменение уровня постоянного тока через сопротивление утечки и согласно изобретению снижение сопротивления изоляции определяют по различию изменений токов в поврежденном и неповрежденном контролируемых элементах.
На фиг. 1а приведена схема устройства, реализующая предлагаемый способ, где система оперативного постоянного тока (СОПТ) с аккумуляторной батареей АБ1 условно разделена на 4 идентичных участка У2, У3, У4, У5 между точками 6-7; 7-8; 8-9; 9-10 соответственно. Участки состоят из сопротивлений нагрузок R11 согласно У4 и четверти общей емкости С12 СОПТ относительно «земли» (С 12/4).
+15
ном
Здесь приведены сопротивление R13 электромагнитного промежуточного реле или логических входов микропроцессорных устройств релейной защиты с включающим контактом К14 внешнего аппарата управления при металлическом замыкании на «землю» указанного вывода. Токи, протекающие через R13, могут привести к ложному срабатыванию устройств релейной защиты и для предотвращения этого напряжение на нем не должно превышать 110 В (при номинальной ЭДС АБ-Е=220 В) согласно вышеприведенному прототипу.
1
2
3
1
2
Поврежденное место замыкания на «землю» на минусовом полюсе АБ1 обозначено в виде сопротивления утечки R15. При дополнительном подключении к положительному его полюсу последовательной цепочки R16-R17-К18 и при периодическом переключении ключа К18 с частотой менее 1 Гц по R15 потечет ток утечки i. По емкостным сопротивлениям участков протекают токи i, i. Напряжения положительного и отрицательного полюсов АБ1 относительно «земли» обозначены как u и u.
2
Изменением значения R16 выставляют соотношение u<110 В, и тогда при указанном подключении R13 к отрицательному полюсу АБ1 ложное срабатывание релейной защиты не происходит. Для удобства анализа в расчеты R13 не вводится, а рассматривается одно повреждение с R15. При отсутствии R15 сопротивление R13 можно рассматривать как аналогичное повреждение.
2
3
На фиг. 1б приведена расчетная схема замещения, соответствующая схеме фиг. 1а, где для упрощения расчетов относительно малое внутреннее сопротивление АБ1 не учтено и из-за симметрии емкостей по обеим сторонам нагрузок R11 ток через него равен нулю (как показано ниже i=-i)
При замыкании К18 в цепи устанавливается переходный процесс, и согласно проведенному расчету получаются следующие выражения напряжений и токов:
где R19=R16+R17; R20=R19+R15=2R19.
2
Согласно (1), напряжение u на R15 не превышает 0,5 Е.
При корне характеристического уравнения
1
р=-(R19+R15)/(2R19*R15*0,5*C12)=-2/(R19*C12) из (1) можно получить
0
где I=E/2R19 - установившееся значение постоянного тока через сопротивление утечки при замкнутом К18.
2
Согласно (2), напряжение u на R15 не превышает 0,5 Е.
При размыкании К18 можно получить следующие соотношения для напряжений и токов:
Корень характеристического уравнения
2
Согласно (3), напряжение u на R15 не превышает 0,5Е.
д+
д-
д+
д-
В соответствии с фиг. 1а дифференциальный датчик тока ДДТ21 охватывает токи iи i с суммарным значением iи i. В зависимости от места измерения тока ДДТ21, эти токи будут иметь разные значения.
д6
д7
д8
д9
д10
При измерении тока с замкнутым К18 в точках 6, 7, 8, 9, 10 суммарные токи переходного процесса i, i, i, i, i датчика будут иметь значения с учетом соотношений (2) соответственно для случаев:
- сопротивление утечки R15 расположено правее ДДТ21
- сопротивление утечки R15 расположено левее ДДТ21
При измерении тока с разомкнутым К18 можно получить из соотношений (3) соответственно:
- сопротивление утечки R15 расположено правее ДДТ21
- сопротивление утечки R15 расположено левее ДДТ21
1
2
2
1
В отличие от фиг. 1а, на фиг. 3 поврежденное место замыкания на «землю» с сопротивлением утечки R15 показано на плюсовом полюсе АБ1, а цепочка R16-R17-К18 подключена уже к минусовому полюсу с тем отличием, что R16 и К18 соединены параллельно. Здесь изменением R16 при разомкнутом К18 выставляется значение u=u и при замыкании последнего становится u<u, тогда срабатывание чувствительных элементов не происходит.
0
3
4
Для наглядности приняты соотношения: R16+R17=R22; R15=R22=4R17; I=E/(R15+R17); р=-(R15+R17)/(R15*R17*C12); р=-1/(R15*C12).
Проведенные расчеты показывают, что можно получить соотношения, аналогичные (4)-(7).
При замкнутом ключе К18 можно получить:
- сопротивление утечки R15 расположено правее ДДТ21
- сопротивление утечки R15 расположено левее ДДТ21
При разомкнутом ключе К18 можно получить:
- сопротивление утечки R15 расположено правее ДДТ21
- сопротивление утечки R15 расположено левее ДДТ21
Выводы:
д7
1
3
2
4
- согласно фиг. 2, например, для тока i при установившемся режиме имеем токи Δ i и Δi для номинальной характеристики ДДТ21 (жирная кривая линия). При отклонении его характеристик от номинальной (пунктирная кривая линия) получаются другие значения Δi и Δi.
2
3
4
Как известно, все существующие устройства (использующие постоянный ток в месте повреждения) поиска элемента с пониженным сопротивлением изоляции в разветвленной электрической сети постоянного оперативного тока предназначены для фиксации изменений значений тока установившегося режима. Вышеуказанные изменения токов Δi - Δi; Δi -Δi; а также малые уровни измеряемых сигналов являются известными источниками погрешности этих устройств;
д6
д7
д8
д9
д10
0
- на фиг. 2 и фиг. 4 приведены графики переходного и установившегося режимов изменения относительных токов i, i, i, i, i (для упрощения принят I=1), охватываемые ДДТ21 согласно фиг. 1а. и фиг. 3, из которых следует, что при нахождении ДДТ21 правее места повреждения в установившихся режимах сигнал (горизонтальные линии) имеет одинаковый уровень, что не наблюдается при нахождении ДДТ21 левее места повреждения и этим можно локализовать участок с повреждением.
В предлагаемом устройстве для наблюдения за кривыми сигналов можно использовать портативный осциллограф (например, имеются в продаже в России чувствительный карманный осциллограф МЕГЕОН 15001 с диапазоном частот 0-1 МГц, размером 10.6×5.4×0.9 см, весом 137 г, по цене 7000 руб.), подключаемый к выходу датчика тока.
Практически, для определения места замыкания на землю, например, согласно фиг. 1а, можно начать проведение замеров ДДТ21 с произвольного участка. Если горизонтальные линии на экране осциллографа не расположены на одном уровне, необходимо двигаться вправо от источника питания до получения кривых, где горизонтальные участки имеют одинаковый уровень и это будет признаком того, что участок с местом замыкания на землю уже расположен левее. Таким методом можно выделить ответвление, где расположено место замыкания на землю. Аналогично, двигаясь по данному ответвлению, можно локализовать место замыкания.