СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО ЕМКОСТНОГО ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ТРЕХФАЗНОЙ КАБЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ЗАЗЕМЛЯЮЩИМ ДУГОГАСЯЩИМ ПЛАВНОРЕГУЛИРУЕМЫМ РЕАКТОРОМ Российский патент 2005 года по МПК G01R27/18 G01R19/30 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к способам определения параметров изоляции кабельной сети, и может быть использовано при экспериментальных измерениях. Достигаемый технический результат - определение максимального емкостного тока однофазного замыкания на землю в электрической сети с заземляющим, плавнорегулируемым реактором экспериментально-расчетным путем при рабочем напряжении без перерыва в электроснабжении.

Известны способы определения параметров электрической сети, включающие генерирование в сеть оперативного тока, автоматическое настраивание плавнорегулируемого реактора, частотную и фазовую фильтрацию различных аналоговых сигналов из сети в широком диапазоне частот, аналоговые вычислительные процедуры [1; 2].

Однако схемотехническая реализация этих способов весьма сложна. Использование оперативного тока для целей измерений создает источники дополнительной погрешности способов. Автоматическая настройка плавнорегулируемого реактора также связана со сложностью и дороговизной реализации способов, что ограничивает их использование в производственных условиях.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ определения максимального емкостного тока однофазного замыкания на землю в электрической сети с заземляющим, плавнорегулируемым реактором, включающий компенсацию емкостного тока однофазного замыкания сети на землю с временным подключением между одной из фаз сети и землей дополнительной емкости, настройкой плавнорегулируемого реактора в резонанс по наибольшему напряжению смещения нейтрали, совместные измерения величин фазного напряжения, наибольшего напряжения смещения нейтрали и тока через реактор, определения максимального емкостного тока однофазного замыкания на землю по формуле

где U_ф - фазное напряжение сети;

U_N3p - наибольшее смещение нейтрали при резонансе;

I_kp - ток реактора при наибольшем смещении нейтрали при резонансе [3, приложение 8, п.6].

Однако способ [3, приложение 8, п.6] обладает невысокой точностью определения емкостного тока однофазного замыкания на землю. В нем ток замыкания на землю определяется только при очередной компенсации емкостного тока однофазного замыкания сети на землю. Причем ток определяется по резонансным параметрам сети с временно подключенной дополнительной емкостью, на величину которой не делается поправка при определении тока замыкания на землю. Кроме того, способ не позволяет определять степень расстройки компенсации (с учетом знака) как один из основных параметров компенсации емкостного тока в промежутках времени между очередными компенсациями.

Технической задачей заявляемого изобретения являются повышение точности определения емкостного тока однофазного замыкания на землю и расширение функциональных возможностей определением степени расстройки компенсации емкостного тока, коэффициента успокоения сети в промежутках времени между очередными компенсациями.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в способе определения максимального емкостного тока однофазного замыкания на землю в трехфазной кабельной электрической сети с заземляющим дугогасящим плавнорегулируемым реактором, включающем компенсацию емкостного тока однофазного замыкания сети на землю с временным подключением между одной из фаз сети и землей дополнительной емкости и совместными измерениями величин фазного напряжения, напряжения смещения нейтрали и тока через реактор, при очередной компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю дополнительно определяют полную проводимость реактора, активную и реактивную проводимости реактора по заданным функциональным зависимостям от полной проводимости реактора, в промежутках времени между очередными компенсациями емкостного тока однофазного замыкания сети на землю временно подключают между одной из фаз сети и землей дополнительную эталонную емкость, производят совместные измерения величин напряжения смещения нейтрали, фазного напряжения сети и угла сдвига по фазе напряжения смещения нейтрали относительно фазного напряжения сети в фазе с дополнительной эталонной емкостью, а параметры сети определяют по формулам:

где b_д - проводимость дополнительной емкости;

y_k - полная проводимость реактора;

b_k, g_k - проводимости реактора: активная и реактивная соответственно (значения величин b_k, g_k определяют по заданным аналитическим или графическим зависимостям g_k=g_k(y_k) и b_k=b_k(y_k)),

Δb_ф - изменение проводимости b_ф каждой фазы сети относительно

земли после очередной компенсации емкостного тока однофазного замыкания сети на землю;

d - коэффициент успокоения сети;

ϕ - угол сдвига по фазе напряжения смещения нейтрали относительно фазного напряжения источника в фазе с дополнительной эталонной емкостью;

I_с - максимальный емкостный ток однофазного замыкания сети на землю;

U_N3 - напряжение смещение нейтрали;

U_ф - фазное напряжение сети;

ν - степень расстройки компенсации;

подстрочный индекс "р" при символах параметров указывает на принадлежность к резонансному режиму при компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю.

Дополнительное повышение точности определения параметров сети между компенсациями емкостного тока однофазного замыкания на землю достигается тем, что в промежутках времени между компенсациями емкостного тока однофазного замыкания на землю между одной из фаз сети и землей дополнительно подключают дополнительную емкость, совпадающую с дополнительной емкостью, подключаемой к сети для компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю, а изменение проводимости фазы сети относительно земли определяют по формуле:

На чертеже представлена структурная схема, реализующего предлагаемый способ устройства измерения максимального емкостного тока однофазного замыкания на землю в кабельной сети с заземляющим плавнорегулируемым реактором.

Устройство содержит кабельную трехфазную электрическую сеть 1 с фазами А, В, С, трансформатор 2, подключаемую для определенности к фазе А дополнительную емкость 3, заземляющий дугогасящий плавнорегулируемый реактор 4, подключенный между нейтралью N трансформатора 2 и землей. Между нейтралью N трансформатора 2 и землей своей первичной обмоткой подключен трансформатор напряжения 5, к вторичной обмотке которого подключен вольтметр 6. Последовательно с реактором 4 подключен своей первичной обмоткой трансформатор тока 7. В цепь вторичной обмотки трансформатора тока 7 включен амперметр 8. Дополнительная емкость 3 подключена к фазе А выключателем 9. К фазам А, В, С сети 1 первичной обмоткой, соединенной в "звезду" с заземленной нейтралью, подключен трансформатор напряжения 10, к вторичной обмотке которого подключен частотомер 11 и вольтметр 12 для измерения фазного напряжения U_ф сети 1. Устройство содержит также фазометр 13. Фазометр 13 первым входом 14 подключен к вторичной обмотке трансформатора напряжения 5, а вторым входом 15 к трансформатору напряжения 10 для воздействия фазного напряжения сети U_ф, в частности, фазного напряжения фазы А сети U_A. Устройство содержит также переключатель 16 между вторичными обмотками трансформатора напряжения 10 и вольтметром 12.

Устройство работает следующим образом. При проведении (согласно [3 п.1.7] не реже одного раза в 6 лет) очередной компенсации емкостного тока однофазного замыкания сети на землю выключателем 9 временно подключают емкость 3, например, фазу резервной кабельной сети; изменяют настройку плавнорегулируемого реактора 2, амперметром 8 производят измерение значений тока I_k реактора 2 при различных его настройках, вольтметром 6 измеряют напряжения U_N3 смещения нейтрали, вольтметром 12 измеряют фазное напряжение сети U_фр. Компенсацию достигают при максимальном значении напряжения смещения нейтрали.

По результатам совместных измерений величин напряжения смещения нейтрали и U_N3р, фазного напряжения сети U_фр, тока реактора I_kp определяют по формуле (2), полную проводимость реактора у_k, проводимости b_k и g_k по заданным аналитически или графически градуировочным зависимостям по^{формуле (5) максимальный емкостный ток однофазного замыкания сети на землю I_ср Дополнительно с использованием формул (3), (4), (6) определяют коэффициент успокоения сети d_P.}

В промежутках времени между очередными компенсациями снова подключают выключателем 9 дополнительную эталонную емкость 3.

Производят совместные измерения тока реактора I_k амперметром 8, напряжения U_N3 смещения нейтрали вольтметром 6, фазного напряжения U_ф сети вольтметром 12, угла ϕ сдвига по фазе напряжения смещения нейтрали и U_N3 относительно фазного напряжения U_A источника в фазе с дополнительной емкостью (фазе А) - фазометром 13.

Параметры сети определяют по формулам (7)-(11) - результату решения системы уравнений [3; 4] для кабельной сети:

где - оператор трехфазной системы;

- комплексные фазные напряжения;

- комплексные полные проводимости фаз приемников;

- напряжение на нейтрали сети, обусловленное несимметрией емкостей фаз относительно земли;

С_ф - емкость одной из фаз относительно земли;

ω - круговая частота сети;

L - индуктивность реактора.

Дополнительное повышение точности определения параметров сети получают при использовании в промежутках времени между очередными компенсациями той же дополнительной емкости С_д, что и емкость С_др, подключаемая к сети при компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю. Проводимость b_др емкости C_др определяют по формуле (3), учет проводимости b_др в формуле (12) повышает точность определения величины изменения проводимости фазы Δb_ф, степени расстройки компенсации ν и величины коэффициента успокоения сети.

Таким образом, способ применим для практического использования в кабельных сетях с заземляющим плавнорегулируемым реактором, позволяет определять экспериментально-расчетным путем без перерыва в электроснабжении параметры сети: максимальный емкостный ток однофазного замыкания сети на землю, степень расстройки компенсации и коэффициент успокоения сети.

Источники информации

1. AC СССР 1318936 G 01 R 27/18.

2. AC СССР 1357871 G 01 R 27/18.

3. Типовая инструкция по компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ, ТИ 34-70-070-87.- М.: СПО Союзтехэнерго, М.: 1988. - 55 с.

4. Электрическая часть станций и подстанций / А.А.Васильев, И.П.Крючков, Е.Ф. Наяшкова и др. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к способам определения параметров изоляции кабельной сети, и может быть использовано при экспериментальных измерениях. Сущность: способ включает компенсацию емкостного тока однофазного замыкания сети на землю с временным подключением между одной из фаз сети и землей дополнительной емкости и совместными измерениями величин фазного напряжения, напряжения смещения нейтрали и тока через реактор. При очередной компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю дополнительно определяют полную проводимость реактора, активную и реактивную проводимости реактора по заданным функциональным зависимостям от полной проводимости реактора. В промежутках времени между очередными компенсациями емкостного тока однофазного замыкания сети на землю временно подключают между одной из фаз сети и землей дополнительную эталонную емкость. Производят совместные измерения величин напряжения смещения нейтрали, фазного напряжения сети и угла сдвига по фазе напряжения смещения нейтрали относительно фазного напряжения сети в фазе с дополнительной эталонной емкостью. Технический результат: повышение точности и расширение функциональных возможностей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения максимального емкостного тока однофазного замыкания на землю в трехфазной кабельной электрической сети с заземляющим дугогасящим плавнорегулируемым реактором, включающий компенсацию емкостного тока однофазного замыкания сети на землю с временным подключением между одной из фаз сети и землей дополнительной емкости и совместными измерениями величин фазного напряжения, напряжения смещения нейтрали и тока через реактор, отличающийся тем, что при очередной компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю дополнительно определяют полную проводимость реактора, активную и реактивную проводимости реактора по заданным функциональным зависимостям от полной проводимости реактора, в промежутках времени между очередными компенсациями емкостного тока однофазного замыкания сети на землю временно подключают между одной из фаз сети и землей дополнительную эталонную емкость, производят совместные измерения величин напряжения смещения нейтрали, фазного напряжения сети и угла сдвига по фазе напряжения смещения нейтрали относительно фазного напряжения сети в фазе с дополнительной эталонной емкостью, а параметры сети определяют по формулам

b_ф = b_фр+Δb_ф;

I_c = 3U_ф·b_ф;

где b_д - проводимость дополнительной емкости;

у_k - полная проводимость реактора;

b_k, g_k - проводимости реактора: активная и реактивная соответственно (значения величин b_k, g_k определяют по заданным аналитическим или графическим зависимостям g_k=g_k(у_k) и b_k=b_k(y_k));

Δb_ф - изменение проводимости b_ф каждой фазы сети относительно земли после очередной компенсации емкостного тока однофазного замыкания сети на землю;

d - коэффициент успокоения сети;

ϕ - угол сдвига по фазе напряжения смещения нейтрали относительно фазного напряжения источника в фазе с дополнительной эталонной емкостью;

I_c - максимальный емкостной ток однофазного замыкания сети на землю;

U_N3 - напряжение смещения нейтрали;

U_ф - фазное напряжение сети;

ν - степень расстройки компенсации,

подстрочный индекс «р» при символах параметров указывает на принадлежность к резонансному режиму при компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю.