Способ определения расстояния до места замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения рассто- .яния до места замыкания фазы на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем исключения влияния активного сопротивления контура на результат измерения На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ определения расстояния до места замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений на элементах схемы, поясняющие работу устройства.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

При подключении к проводу поврежденной фазы линии предварительно заряженного первого конденсатора в контуре, образованном емкостью С, этого конденсатора и индуктивностью L участка линии до места замыкания на землю, возникают колебания с собственно частотой со, , равной

СО.

(1)

где г - удельное активное сопротивление провод - земля.

Аналогично при подключении второго j конденсатора емкостью Cj колебания происходят с собственной частотой С0„, равной

1

Ь„1С,

(ГоХ-ьКп) 4(L -Г)

(2) 40

где R - переходное сопротивление в

месте замыкания. Возводя обе части выражений (1) и (2) в квадрат, а затем из первого выражения вычитая второе, можно исключить из формулы член с активным сопротивлением контура

oVo

Lolc7

,

(3)

Тогда из выражения (3) получим формулу для расчета расстояния 1 до замыкания на землю

f С;-С)

1

С, С,1.„

Необходимость выбора денсатора С,, на порядок

15

0

30

j

40

45

50

55

емкость провода поврежденной линии относительно земли обусловлена тем, что при таком условии последняя не оказывает существенного влияния на процессы, происходящие в контуре, и ее можно не учитывать.

Устройство для реализации способа (фиг. 1) содержит первый и второй конденсаторы 1 и 2, источник 3 постоянного тока, четыре управляемых ключа 4-7, провод 8 поврежденной фазы линии с комплексным сопротивлением 9 и активным переходным сопротивлением 10 замыкания на землю, два шунта 11 и 12, два измерительных блока 13 и 14, вычислительный блок 15 и блок 16 индикации, причем первые выводы обоих конденсаторов 1 и 2 соеди - ены с шиной земля и отрица- тельньм полюсом источника 3 постоянного тока, второй вывод первого конденсатора 1 соединен через пер- вый управляемый ключ 4 с положительным полюсом источника 3 постоянного тока и через последовательно соединенные первый шунт 11 и второй управляемый ключ 5 с проводом 8 поврежденной фазы линии, второй вывод второго конденсатора 2 соединен через третий управляемый ключ 6 с по- - ложительным полюсом источника 3 постоянного тока и через последовательно соединенные второй шунт 12 и четвертый управляемый ключ 7 с проводом 8 поврежденной фазы линии, измерительные выводы первого шунта 11 соединены соответственно с первьм и вторым входами первого измерительного блока 13, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока 15, измерительные выводы второго шунта 12 соединены соответственно с первым и вторым входами второго измерительного блока 14, выход которого соединен со вторым входом вычислительного блока 15, выход которого соединен со входом блока 16 индикации . I

Измерительный блок 13 (14) устройства содержит последовательно соединенные компаратор 17 (18) и фильтр 19 (20) нижних частот, причем первый и второй входД) компаратора 17 (18) соединены соответственно с первым и вторым входами измерительного блока 13 (14), выход которого соединен с выходом фильтра 19 (20) нижних частот.

312

Вычислительный блок 15 устройства содержит два квадратора 21 и 22, сумматор-вычитатель 23, умножитель 24 и делитель 25, причем входы первого и второго квадраторов 21 и.. 22 соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного блока 15, выход первого квадратора 21 соединен с первыми входами сумматора- вычитателя 23 и умножителя 24, вто- рые входы которых соединены с выходом второго квадратора 22, а их выходы соединены соответственно с первым и вторым входами делителя 25, выход которого соединен с выходом ;вычислительного блока 15.

Устройство работает следующим образом.

При подаче управляющего импульса на первый управляемый ключ 4 (фиг,1) он открывается и происходит заряд первого конденсатора 1 от источника 3 постоянного тока до величины его выходного напряжения. При спа- дании тока заряда до нуля первый управляемый ключ 4 закрывается. В момент времени t открывается второй управляемый ключ 5 и подключает за- рялсенный первый конденсатор 1 к про- воду 8 поврежденной фазы линии, при этом в образовавшемся контуре, включающем в себя первый конденсатор 1 , первый шунт 11, второй управляемый ключ 5, комплексное сопротивление 9 участка линии до места замыкания, на землю и переходное активное сопротивление 10 в месте .замыкания с момента времени t до момента времени tj протекает положительная полуволна тока колебательного разряда первого конденсатора 1 (фиг. 2а). В момент времени t,| ток, протекающий через второй управляемый ключ 5, спадает до нуля и он закрывается.

Одновременно со вторым управляемым ключом 5 в момент времени t (фиг.2а) открывается третий управляемый ключ 6, и происходит заряд второго конденсатора 2 от источника 3 постоянного

тока также до .величины его выходного напряжения. При спадании тока заряда до нуля третий управляемый ключ 6 закрывается.

В момент времени t (фиг. 2а) от- крывается четвертьш управляемый ключ 7, который подключает заряженный второй конденсатор 2 к проводу 8 повреж- ден-ной фазы линии, а также открыва

5

}5

л 5 O ,, Q 5

0

г

124

ется первый управляемый ключ 4 и при этом снова происходит заряд первого конденсатора 1 от источника 3 постоянного тока. При открывании четвертого управляемого ключа 7 в контуре, включающем в себя второй конденсатор 2, второй шун-т 12, четвертый управляемый ключ 7, комплексное сопротивление 9 участка линии до места замыкания на землю и переходное активное сопроТивлен1 е 10 в месте замыкания, с момента времени t2 до момента времени t протекает положительная полуволна тока колебательного разряда второго конденсатора 2 (фиг. 2б). Далее в момент времени t вновь открываются второй и третий управляемые ключи 5 и 6 и процессы повторяются .

При протекании тока через первый и второй шунты 11 и 12 на них появляются напряжения, представляющие собой последовательности следующих друг за другом импульсов синусоидальной формы (фиг. 2а, б). Длительность отдельного импульса напряжения на первом шунте 11 равна половине периода Т,/2 тока колебательного разряда с частотой свободных колебаний а, первого конденсатора 1 . Соответственно длительность отдельного импульса напряжения на втором шунте 12 равна половине периода тока колебательного разряда с частотой свободных колебаний со второго конденсатора 2. Напряжения с шунтов подаются на входы компараторов 17 и 18 соответственно первого и второго измерительных блоков 13 и 14 и при этом на выходах компараторов 17 и 18 появляются напряжения, представляющие собой последовательность импульсов прямоугольной формы с одинаковой амплитудой (фиг. 2в, г).Длительность импульсов напряжения на выходе компаратора 17 равна длительности импульсов напряжения на первом шунте 11, а длительность импульсов напряжения на выходе компаратора 18 равна длительности импульсов на втором шунте 12. Из выходных напряжений компараторов 17 и 18 с помощью фильтров 19 и 20 выделяются постоянные составляюш;ие напряжений, соответственно и и и (фиг. 2д, е).

Ввиду того, что амплитуда импульсов выходных напряжений компараторов одинакова и определяется напряжением

источника питания этих компараторов, то, следовательно, постоянные составляющие напряжений U, и U зависят от длительности импульсов Т,/2 и Т2/2, которые в свою очередь зависят от частоты свободных колебании М, и а Связь постоянных составляющих напряжений и, и и с длительностью импульсов Т,/2 и может быть записана в следующем виде:

и, k.T,/2l 2 l T2/2l,

(5)

где k - коэффициент пропорциональности, одинаковый у обоих измерительных блоков 13 и 14 Учитывая известное соотношение между периодом и собственной частотой колебаний со 2 и 2 и/Т и под- ставляя его в соотношение (5), можно выразить частоты свободных колебаний Ы, и COj через постоянные составляющие напряжений U, и U..

U,k.T,/2 , .T2/2 k.7r/cJi

или

о, k. iT/U,

СО k.

Используя соотношение лы (4) для расчета расст места замыкания на землю сать в следующем виде:

,

1

2. 1и, -и

с,. C,.L/ k 1t4 U|-Up

k.

2 -2

и,- и2 (

где k - коэффициент, равный

U С-.-С. 1

Постоянные составляющие напряжений и, ии подаются соответственно на первый и второй входы блока 15 и в нем производится расчет расстояния Е до места замыкания на землю по формуле (7). Причем расчет производится в следующей последовательности. С помощью первого 21 и второго 22 квадраторов значения постоянных составляющих напряжений U, и U возводятся в квадрат и поступают на входы сумма- тора-вычитателя 23 и умножителя 24, Выходное напряжение сумматора-вычи

тателя 23 пропорционально , а выходное напряжение умножителя 24 пропорционально U. U . Эти напряжения далее подаются на входы делителя 25, который производит их деление друг на друга в соответствии с формулой (7), и на его выходе формируется напряжение, пропорциональное расстоянию 1 до места замыкания на землю. Результат расчета расстояния представляется с помощью блока 16 индикации в цифровом виде.

Предлагаемый способ можно также использовать для определения расстояния до мест двухфазных коротких замыканий ,

Фо змула изобретения

1. Способ определения расстояния до места замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью, закл(очающийся в том, что заряжают первый конденсатор, емкюсть которого на порядок больше емкости провода поврежденной линии относительно земли, от источника постоянного тока, разряжают его в контуре поврежденная фаза линии - земгя и измеряют частоту свободных колебаний в контуре и определяют расстояние до места Зс шыкания, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно заряжают от источника .постоянного тока второй конденсатор, емкость которого больше емкости первого конденсатора, затем его разряжают, в контуре поврежденная фаза линии - земля, измеряют частоту свободных колебаний в контуре, а определение расстояния до места замыкания на землю осуществляют но формуле

J

5

с,-с,

1

(ut-wr

0

5

где 1 - расстояние до места замыкания на землю; Cj, емкости первого и второго

конденсаторов;

L - удельная индуктивность контура провод-земля , WiiCJ - измеряемые частоты свободных колебаний контуров. 2-. Устройство для определения расстояния до места замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью, содержащее первый конденсатор, источник постоянного тока, первый управляемый ключ

71

и первый измерительный блок, лричем первый вывод первого конденсатора соединен с землей и с отрицательным полюсом источника постоянного тока, отличающееся тем что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй конденсатор, второй, третий и четвертый управляемые ключи, первый и второй шунты, второй измерительный блок вычислительный блок и блок индикации, причем второй вывод первого конденсатора соединен через первый управляемый ключ с положительным полюсом источника постоянного тока и через последовательно соединенные первый шунт и второй управляемый ключ подключен к проводу поврежден- .ной фазы линии, первый вывод второго конденсатора также соединен с землей и с отрицательным полюсом

Составитель В.Быков Редактор Н.Горват Техред А.Кравчук Корректор А.

Заказ 7895/41 Тираж 751 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва., Ж-35, Раушская наб. , .д. 4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

0

5

5

0

источника постоянного тока, второй вывод второго конденсатора соединен через третий управляемый ключ с положительным полюсом источника постоянного тока и через последовательно соединенные второй шунт и четвертый управляемый ключ подключен к проводу поврежденной фазы линии, измерительные выводы первого шунта соединены соответственно с первым и вторым входами первого измерительного блока, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, измер йтельные выводы второго шунта соединены соответственно с первым и вторым входами второго измерительного блока, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, к выходу которого подключен вход блока индикации.

2

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство для осуществления , способа определения расстояния до места замьжания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью, содержит конденсатор (К) 1, источник 3 постоянного тока управляемый ключ (УК) 4, привод 8 поврежденной фазы линии с комплексным со- противотением 9 и активным переходным сопротивлением 10 замыкания на землю и измерительный блок (Б) 13. Цель достигается тем, что в устройство введены К 2, шунты 11, 12, УК 5-7, измерительный Б 14, вычислительный Б 15 и Б 16 индикации, заряжают К 2 от источника 3 постоянного тока, затем его разряжают, измеряют частоту свободных колебаний в контуре и определяют расстояние до места замыкания на землю. Изобретение позволяет исключить влияние активного сопротивления контура на результат измерения и может быть использовано в электрических сетях с изолированной нейтралью. 2 с.п, ф-лы, 2 ил. с Ф (Л IV9