Способ измерения параметров электрической сети относительно земли

 

Способ относится к области электротехники, в частности, к электрическим сетям, и предназначен для измерения параметров относительно земли электрических сетей с изолированной нейтралью. Способ позволяет существенно повысить точность измерения параметров электрической сети относительно земли при простоте схемы измерений и безопасности производства их и определить два основных параметра: емкость относительно земли и коэффициент успокоения сети с изолированной нейтралью. Сущность изобретения заключается в одновременном измерении и фиксации формы кривых напряжений линейного и естественной несимметрии сети (напряжение нейтрали), выделении первой гармоники напряжения естественной несимметрии сети, определении вещественной и мнимой составляющих ее по отношению к линейному напряжению сети, делении последних на линейное напряжение сети, подключении между одной из фаз сети и землей конденсатора емкостью С, одновременном измерении и фиксации формы кривых напряжений линейного и нейтрали сети, выделении первой гармоники напряжения нейтрали, определении вещественной и мнимой составляющих первой гармоники напряжения нейтрали по отношению к линейному напряжению сети, делению последних на линейное напряжение сети и нахождении по полученным результатам емкости сети относительно земли и коэффициента успокоения сети с изолированной нейтралью. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим сетям переменного тока и предназначено для определения параметров по отношению к земле электрических сетей с изолированной нейтралью.

Известен способ определения параметров относительно земли электрических сетей с изолированной нейтралью с помощью измеренных величин (в частности, токов замыкания) при металлическом замыкании одной из фаз на землю [1] Недостатком данного способа является его опасность для изоляции сети, измерительных приборов и эксплуатационного персонала при пробое изоляции второй фазы на землю.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения параметров электрической сети относительно земли, при котором в нормальном режиме сети одновременно измеряют линейное напряжение и напряжение одной из фаз сети по отношению к земле, подключают между указанной фазой сети и землей конденсатор (дополнительную емкость ΔC), одновременно измеряют линейное напряжение и напряжение той же фазы относительно земли и по полученным данным рассчитывают емкость сети относительно земли C_Σ (емкостной ток сети I_с) [2] К недостаткам данного способа относятся относительно большая дополнительная емкость DC≈20-30% C_Σ и невозможность определения коэффициента успокоения d сети с изолированной нейтралью.

В основу изобретения положена задача разработать такой способ измерения параметров электрической сети относительно земли, который при уменьшении дополнительной емкости, подключаемой между одной из фаз сети и землей, обеспечивает повышение точности измерения, количества измеряемых параметров и безопасность проведения измерений.

Поставленная задача решается тем, что в способе измерения параметров электрической сети относительно, при котором в нормальном режиме электрической сети одновременно измеряют линейное напряжение U_л1 и напряжение электрической сети относительно земли U_c1, между одной из фаз сети и землей подключают конденсатор (дополнительную емкость DC, измеряют одновременно линейное напряжение U_л2 и напряжение сети относительно земли U_с2, и по измеренным данным рассчитывают емкость сети относительно земли C_Σ, согласно изобретению в качестве напряжения сети относительно земли используют напряжение нейтрали сети U_o(U_нс), одновременно фиксируют формы кривых напряжения естественной несимметрии сети U_нс (напряжение нейтрали) и линейного напряжения сети U_л1, выделяют первую гармонику U_нс1 напряжения естественной несимметрии сети, определяют угол v₁ между этой первой гармоникой и линейным напряжением U_л1, находят вещественную U_нсв и мнимую U_нсм составляющие первой гармоники напряжения естественной несимметрии сети.

U_нсв= U_нс1cosϕ₁ и U_нсм= U_нс1sinϕ₁, делят эти составляющие на линейное напряжение сети U_л1 после подключения к одной из фаз сети конденсатора емкостью ΔC одновременно фиксируют формы кривых напряжения нейтрали U_o2 и линейного напряжения сети U_л2, выделяют первую гармонику U_o21 напряжения нейтрали, определяют угол ϕ₂ между этой первой гармоникой и линейным напряжением U_л2, находят вещественную U_о2в и мнимую U_о2м составляющие первой гармоники напряжения нейтрали U_02в= U₀₂₁cosϕ₂ и U_02м= U₀₂₁sinϕ₂, делят эти составляющие на линейное напряжение сети U_л2 и рассчитывают емкость сети относительно земли по соотношению:
дополнительно раcсчитывают коэффициент успокоения электрической сети с изолированной нейтралью по выражению

при этом дополнительную емкость выбирают ΔC ≈ 5...10% C_Σп,
где
C_Σп емкость сети относительно земли, оцениваемая ориентировочно по зависимости
где
круговая частота напряжения сети;
l_вΣ суммарная длина воздушных линий эл.сети, км;
l_кΣ суммарная длина кабельных линий эл.сети, км.

Использование напряжения нейтрали U_o в качестве напряжения сети позволяет существенно повысить точность измерения параметров электрической сети относительно земли, т.к. относительное изменение U_o при подключении дополнительной емкости DC к фазе сети в 10-100 раз больше, чем соответствующее изменение напряжения фазы сети U_c, к которой подключается емкость ΔC (как в прототипе). Выделение вещественной (А₁, А₂) и мнимой (В₁, В₂) составляющих напряжения U_o также позволяет повысить точность оценки параметров сети относительно земли и дополнительно определить второй параметр коэффициент успокоения сети с изолированной нейтралью d. При этом обеспечивается безопасность при простоте схемы измерения.

Сущность изобретения можно пояснить, используя схему замещения электрической сети с изолированной нейтралью, приведенную на чертеже, где
Т питающий электрическую сеть трансформатор;
Q разъединитель;
C₁, C₂, C₃ емкости фаз сети относительно земли;
ΔC конденсатор емкостью ΔC, подключаемый между одной из фаз сети и землей;
r₁, r₂, r₃ активные сопротивления утечек изоляции фаз сети относительно земли;
U₁, U₂, U₃ фазные напряжения трехфазного трансформатора Т;
U_нс напряжение естественной несимметрии сети (до подключения к фазе 1 сети конденсатора емкостью ΔC);
U_o напряжение нейтрали при подключении к фазе 1 сети конденсатора емкостью ΔC
t земля.

При отключенном конденсаторе емкостью ΔC на нейтрали сети имеем напряжение напряжение естественной несимметрии сети (первая гармоника)[3]
.

Измеряют напряжение по отношению к напряжению
где
U_ф1 и U_л1 фазное и линейное напряжения эл. сети (первое измерение);
напряжения фаз питающего трансформатора Т;
фазный множитель;
коэффициент успокоения сети с изолированной нейтралью;
(суммарная) емкость сети относительно земли;
А₁ и B₁ вещественная и мнимая составляющие напряжения относительно линейного напряжения сети
Одновременно фиксируют формы кривых напряжений естественной несимметрии U_нс и линейного U_л1, выделяют первую гармонику напряжения естественной несимметрии сети. Определяют ее фазу ϕ₁ относительно напряжения Находят вещественную U_нсв и мнимую U_нсм составляющие первой гармоники
U_нсв= U_нс1cosϕ₁ и U_нсм= H_нс1sinϕ₁.
Делят эти составляющие на линейное напряжение сети U_л1

Например, к фазе А (фазе 1) подключают конденсатор емкостью ΔC. Одновременно фиксируют формы кривых напряжений сети: нейтрали U_o2 и линейного U_л2 (между фазами А и В, т.е. между фазами 2 и 3, см. чертеж).

Выделяют первую гармонику напряжения нейтрали. Определяют ее фазу ϕ₂ относительно напряжения . Находят вещественную и мнимую составляющие первой гармоники соответственно
U_02в= U₀₂₁cosϕ₂ и U_02м= U₀₂₁sinϕ₂,
эти составляющие делят на линейное напряжения сети U_л2

Первая гармоника напряжения нейтрали определяется выражением

Измеряют напряжение по отношению к напряжению

Используя формулы (4)-(7), находят соотношения для расчета емкости относительно земли C_Σ и коэффициента успокоения сети с изолированной нейтралью d см. формулы (1) и (2). Можно найти также и емкостный ток электрической сети
I_c= U_ф.срωC_Σ , где
среднее фазное напряжение электрической сети.

Таким образом, применение предложенного способа измерения параметров эл. сети относительно земли позволит сравнительно просто и безопасно выполнить измерения в высоковольтной сети с изолированной нейтралью, существенно повысить точность этих измерений (до 1-2%) и увеличить число измеряемых параметров. Все это обеспечит положительные экономический и социальный эффекты.

Область применения данного способа измерения электрические сети напряжением 6-35 кВ с изолированной нейтралью. Это сети промышленных предприятий, городов и сельских районов.

Формула изобретения

Способ измерения параметров электрической сети относительно земли, при котором в нормальном режиме электрической сети одновременно измеряют линейное напряжение U_л1 и напряжение электрической земли U_с1 между одной из фаз сети и землей, подключают конденсатор (дополнительную емкость ΔC), измеряют одновременно линейное напряжение U_л2 и напряжение сети относительно земли U_с2 и по измеренным данным рассчитывают емкость сети относительно земли C_Σ, отличающийся тем, что в качестве напряжения сети относительно земли используют напряжение нейтрали сети U₀ (U_нс), одновременно фиксируют формы кривых напряжений естественной несимметрии сети U_нс (напряжение нейтрали) и линейного напряжения сети U_л1, выделяют первую гармонику U_нс1 напряжения естественной несимметрии сети, определяют угол v₁ между этой первой гармоникой и линейным напряжением U_л1, находят вещественную U_нсв и мнимую U_нсм составляющие первой гармоники напряжения естественной несимметрии сети
U_нсв= U_нс1cosϕ₁,
U_нсм= U_нс1sinϕ₁,
делят эти составляющие на линейное напряжение сети U_л1
A₁ U_нсв / U_л1 и B₁ U_нсм / U_л1,
после подключения к одной из фаз сети конденсатора емкостью ΔC одновременно фиксируют формы кривых напряжения нейтрали U₀₂ и линейного напряжения сети U_л2, выделяют первую гармонику U₀₂₁ напряжения нейтрали, определяют угол ϕ₂ между этой первой гармоникой и линейным напряжением сети U_л2, находят вещественную U_02в и мнимую U_02м составляющие первой гармоники напряжения нейтрали
U_02в= U₀₂₁cosϕ₂ и U_02м= U₀₂₁sinϕ₂,
делят эти составляющие на линейные напряжение сети U_л2

рассчитывают емкость сети относительно земли по соотношению

и дополнительно рассчитывают коэффициент успокоения электрической сети с изолированной нейтралью по выражению

при этом дополнительную емкость выбирают ΔC ≈ 5...10% C_Σп, где C_Σп - емкость сети относительно земли, оценивается ориентировочно по зависимости

где круговая частота напряжения сети;
l_вΣ - суммарная длина воздушных линий электрической сети, км;
l_кΣ - суммарная длина кабельных линий электрической сети, км.

РИСУНКИ

Рисунок 1