Способ поиска земли в электрической сети постоянного оперативного тока

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано при поиске элемента с пониженным сопротивлением изоляции в разветвленной электрической сети постоянного оперативного тока. Технический результат: повышение точности измерений при уменьшении количества стационарных датчиков тока. В предлагаемом способе поиска земли в электрической сети постоянного оперативного тока производится периодическое изменение уровня постоянного тока через сопротивление утечки и место замыкания на землю определяют по различию изменений токов в поврежденном и неповрежденном контролируемых элементах. 4 ил.

 

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).

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⁺¹⁵ В (при номинальной ЭДС АБ-Е_ном=220 В) согласно вышеприведенному прототипу.

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 i₁. По емкостным сопротивлениям участков протекают токи i₂, i₃. Напряжения положительного и отрицательного полюсов АБ1 относительно «земли» обозначены как u₁ и u₂.

Изменением значения R16 выставляют соотношение u₂<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.

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 i₂=-i₃)

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.

Согласно (1), напряжение u₂ на R15 не превышает 0,5 Е.

При корне характеристического уравнения

р₁=-(R19+R15)/(2R19*R15*0,5*C12)=-2/(R19*C12) из (1) можно получить

где I₀=E/2R19 - установившееся значение постоянного тока через сопротивление утечки при замкнутом К18.

Согласно (2), напряжение u₂ на R15 не превышает 0,5 Е.

При размыкании К18 можно получить следующие соотношения для напряжений и токов:

Корень характеристического уравнения

Согласно (3), напряжение u₂ на R15 не превышает 0,5Е.

В соответствии с фиг. 1а дифференциальный датчик тока ДДТ21 охватывает токи i_д+и i_д- с суммарным значением i_д+и i_д-. В зависимости от места измерения тока ДДТ21, эти токи будут иметь разные значения.

При измерении тока с замкнутым К18 в точках 6, 7, 8, 9, 10 суммарные токи переходного процесса i_д6, i_д7, i_д8, i_д9, i_д10 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

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 u₁=u₂ и при замыкании последнего становится u₂<u₁, тогда срабатывание чувствительных элементов не происходит.

Для наглядности приняты соотношения: R16+R17=R22; R15=R22=4R17; I₀=E/(R15+R17); р₃=-(R15+R17)/(R15*R17*C12); р₄=-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:

- согласно фиг. 2, например, для тока i_д7 при установившемся режиме имеем токи Δ i₁ и Δi₃ для номинальной характеристики ДДТ21 (жирная кривая линия). При отклонении его характеристик от номинальной (пунктирная кривая линия) получаются другие значения Δi₂ и Δi₄.

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 - Δi₂; Δi₃ -Δi₄; а также малые уровни измеряемых сигналов являются известными источниками погрешности этих устройств;

- на фиг. 2 и фиг. 4 приведены графики переходного и установившегося режимов изменения относительных токов i_д6, i_д7, i_д8, i_д9, i_д10 (для упрощения принят I₀=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.

Способ поиска земли в электрической сети постоянного оперативного тока, заключающийся в измерении постоянного тока установившегося режима, отличающийся тем, что место замыкания на землю определяют по различию изменений токов в поврежденном и неповрежденном контролируемых элементах.