Способ определения расстояния до места замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью Советский патент 1991 года по МПК G01R31/08 

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

Известен способ определения расстояния до места замыкания на землю, согласно которому в начале линии фиксируют максимальное значение ЭДС , наведенной в индукционном датчике первой полуволной тока разряда емкости объекта контроля через место замыкания, а также время Јfnax в течение которого ЭДС достигает максимального значения, и по их значению находят искомое расстояние.

яю

, кду , Недостатком данного способа является низкая точность измерения, так как величина ЗДС Е зависит от числа ответвлений от магистрали, от начальной фазы включения (т.е. Е majc может принимать одно и то же значение при разных расстояниях до места повреждения) а величина составляет единицы мкс. Измерить промежуток времени в пределах мкс с необходимой точностью довольно сложно.

Наиболее близким аналогом данного изобретения является способ определе- ния расстояния до места замыкания на землю, согласно которому определя ют промежуток времени ir, в течение

которого ЭДС, наведенная в индукционном датчике первой полуволной тока разряда емкости объекта контроля через место замыкания, снижается от максимального значения Еm до величины kEmQX, где k - коэффициент пропорциональности, и по его значению находят расстояние до места замыкания.

Недостатком данного способа является погрешность определения расстояния до места замыкания на землю, обусловленная малостью величины Д.Ј . Измерить промежуток времени в пределах 1-10 мкс с необходимой точностью довольно слож но.

Целью изобретения является повышение точности определения расстояния до места замыкания на землю.

Предлагаемый способ отличается от известных тем, что для повышения точности фиксируют первую полуволну тока разряда емкости объекта контроля через место замыкания на землю, измеряют амплитуды двух составляющих спектра первой полуволны токя разряда, находят отношение измеренных амплитуд и определяют расстояние до места замыкания на землю по формуле

i

2 Ink

.(-JnW,- -Jdi-iXO,)

де

1

k

Е

tt-1

Я. К1

2Ъ

С0, т Т

расстояние до места замыкания на землю; коэффициент отношения амплитуд (п-1)-й и i-й составляющих спект- pa k Е„.; /Е,; амплитуда (n-i) составляющей спектра первой полуволны тока разряда;

амплитуда n составляющей спектра первой полуволны тока разряда;

коэффициент затухания фронта волны в контуре провод - земля для данного объекта контроля;

частота основной составляющей спектра; интервал времени, относительно которого определяются составляющие спектра первой полуволны тока разряда в процессе измерения;n, i - коэффициенты, определяющие порядковые номера составляющих спектра первой полуволны и применяемые в зависимости от объекта контроля, причем 1 i L n.

На фиг. 1 представлены графики зависимостей Ink f(l); на фиг. 2 - амплитудно-частотная характеристика функции e(t); на фиг. 3 - схема устройства, реализующего способ../

При замыкании на землю от места повреждения вдоль линии распространяется волна тока разряда емкости поврежденного провода относительно земли. Если в начале линии установить индукционный датчик, то при приходе к началу линии волна тока наводит в нем ЭДС, описываемую выражением

e(t) -М |i - -М(2/зГ x

Йе ™

хе

4t

(1)

5

0

5

0

где М - коэффициент взаимоиндукции приемника волн с токопрово- дом;

m - количество ответвлений от линии;

U - амлитудное значение фазного напряжения;

V - начальная фаза включения;

Z - волновое сопр отивление линии в контуре провод - земля;

1 - расстояние до места замыкания на землю;

t - текущее время, отсчитываемое

от начала замыкания; Оо - коэффициент затухания фронта волны в контуре провод - земля.

В относительных единицах ЭДС записывается следующим образом

&В1 3t

e(t)

1,5

(2)

55

где 1Qe (2/3)

m U-созф

Ввиду того, что ЭДС e(t) прямо пропорциональна току i(t), то спектрапьные составы этих функций одинаковы. Изображение Е(р) этой функции равно

,

где р - оператор Лапласа.

Заменив в выражении (3) р на jo),

(3)

получим спектр

E(jo e

t±2Ј$.- ± -т- +js.n-ц-)

. е

- cosC&i-Jo1

составляющей (Еп) спектра с учетом (7) равняется Е„ е (8) Аналогично амплитуда (п-1)-й со- Ю ставлякщей (Еп( ) спектра равняется

оЕл/сп-псРГ

Е.; ег,(9)

где i - коэффициент, определяющий

. IM- 27 v . . fb 1 i-i . Ъ + 2 и уЛ 15 разность порядковых номеров состав- snn Ч Jsln(S0lЈo sin - )J , ЛЯ10ЩИХ СПеКТра, причем 1 Ј . (Тео

времени Т, спектр определяется с погрешностью, что в конечном итоге приводит к снижению точности в определении расстояния до места повреждения, Из выражения (6) амплитуда п-й

составляющей (Еп) спектра с учетом (7) равняется Е„ е (8) Аналогично амплитуда (п-1)-й со- Ю ставлякщей (Еп( ) спектра равняется

оЕл/сп-псРГ

Е.; ег,(9)

где i - коэффициент, определяющий

15 разность порядковых номеров состав- , ЛЯ10ЩИХ СПеКТра, причем 1 Ј . (Тео

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения расстояния до места замыкания фазы на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью. Цель изобретения - повышение точности. По способу фиксируют первую полуволну тока разряда емкости объекта контроля через место замыкания, измеряют амплитуды двух составляющих спектра полуволны тока разряда, находят их отношение и расстояние определяют по соответствующей формуле. 3 ил. Ё

где GL) - непрерывно изменяющаяся

частота; 3 0,1,2,3.

Из выражения (4) определяем модуль Е(СО )

Е(СО)

cosCS

Физический смысл выражение (5) имеет при значениях 0; 1, при этом оно принимает вид

, , - &«№ Е(ОЭ) е ° .

иг , ,

При разложении функции e(t) на конечном интервале времени Т частота 0) выражается следующим образом

61- 2fn

CJ-п,

п - коэффициент, определяющий порядковый номер составляющей спектра, функции

ц

(t) (по отношению к основной составляющей) ;

2

-

- частота основной (первой) составляющей спектра функции

e(t).

Длительность выбираемого интервала времени Т должна быть не меньше, чем наибольшая из возможных для данного объекта контроля длительность первой полуволны тока i(t). В противном случае при длительностях первой полуволны тока i(t) больших интервала

20

S)

25

6) 30

ретически п и i отличаться на любое число, большее нуля, т.е. . Это требует применения фильтров для выделения составляющих спектра с высокими значениями доброт- ностей Q( при i- 0). Поэтому, учитывая реально достигаемые значения добротностей фильтров, целесообразно на практике исходить из записанного выше соотношения 1 i п).

Отношение амплитуд (n-i)-fi и п-й составляющих спектра с учетом (8) и (9) записывается в виде

Е

k

n-i

-(- чс -лПГо1,)

та

рп

(10)

35

Из этого выражения получают окончательную формулу для определения расстояния до места замыкания на землю

i

2 Ink

, - лКп-1))

(11)

5

0

5

Точность определения расстояния зависит от выбора порядковых номеров составляющих спектра, т0е. от выбора значений коэффициентов п и i. Выбор значений этих коэффициентов обосновывается с использованием графиков зависимостей Ink f(l) (.фиг. ) и амплитудно-частотной-характеристики функции e(t) (фиг. 2). ч

Представленные графики зависимостей (фиг. 1J рассчитаны по выражению (It), а амплитудно-частотная характеристика Е(ОГ (фиг. 2) - с учетом выражения (2). Расчеты выполнены для электрической сети напряжением 10 юВ.

С точки зрения повышения Точности следует выбирать такие значения коэффициентов п и i при которых

ulnk ul

max.

Из анализа графиков (фиг. 1) следует, что изменение величины Ink тем больше, чем меньше отношение порядковых номеров составляющих спектра ( ), т.е. при или (n-i).

10 км п Ю, 1 ё: i - п, причем П-

п

15 км, п 5, 1 i п, причем -1

п

20 км, п Ј 4, 1 i п, причем п-

п

25 км, п Ј 2, 1 i п, причем L

п

Устройство (фиг. 3) для реализации способа определения расстояния до места замыкания на землю в электрических сетях с изолированной ней- тралью, содержит приемник 1 волн, расположенный непосредственно у токопроводов 2, широкополосный усилитель 3, первый 4 и второй 5 фильтры первый 6 и второй 7 амплитудные детекторы, делитель 8, логарифмический вы- числитель 9- и блок 10 индикации.

При этом приемник 1 волн, в качестве которого может быть использован индукционный датчик, служит для получения ЭДС от фронта электромагнит- ной волны, возникающей в месте замыкания на землю. Широкополосный усилитель 3 служит для усиления ЭДС, наводимой в приемнике 1. В качестве фильтров 4 и 5 могут быть использо- ваны перестраиваемые узкополосные фильтры, служащие для выделения составляющих спектра первой полуволны тока разряда. Причем, в зависимости от длины линии, фильтры 4 и 5 настра- иваются согласно условию (12) на определенную составляющую спектра. Амплитудные детекторы 6 и 7 фиксируют максимальные значения составляющих спектра. Делитель 8 напряжений слу- жит для определения отношения амплитуд составляющих спектра, т.е. реа лизует значение k Е . Логарифмический вычислитель 9 реализует операцию 1 Л Ink,

где А -,

( -AJ(n-i)0)l

Наибольшее значение порядкового номера п составляющей спектра зависит от объекта контроля (длины линии), а также от технических возможностей применяемой элементной базы для реализации устройства. С учетом этого рекомендованы следующие значения коэффициентов п и I

(12)

Значение коэффициента Л задается в данном вычислителе 9 путем задания коэффициента усиления. Результаты расчета представляются в цифровом виде блоком 10 индукции.

Устройство работает следующим образом.

При входе волны к началу линии в приемнике 1 волн (фиг. 3) наводится ЭДС, описываемая выражением (1). Далее усиленная с помощью усилителя 3 она поступает на входы перестраиваемых фильтров 4 и 5. С выхода этих

фильтров выделенные составляющие спектра поступают на входы амплитудных детекторов 6 и 7, которые фиксируют амплитудные значения. Далее зафиксированные напряжения поступают на входы делителя, который производит их деление друг на друга, и на его выходе формируется напряжение пропорциональное k E,; /Е. Выходное напряжение делителя & поступает на вход логарифмического вычислителя 9, и на его выходе формируется напряжение пропорциональное расстоянию 1 до места замыкания на землю.

Результат расчета расстояния представляется с помощью блока 10 индикации в цифровом виде.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет более точно определять расстояние до места замыкания на землю

в электрических сетях с изолированной нейтралью.

Формула изобретения Способ определения расстояния до места замыкания на землю в электри91698

ческих сетях с изолированной нейтралью, заключающийся в том, что фиксируют первую полуволну тока разряда емкости объекта контроля через место замыкания на землю, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения расстояния до места замыкания на землю, измеряют амплитуды двух составляющих спектра первой полуволны тока разряда емкости объекта контроля через место замыкания на землю, находят отношение измеренных амплитуд и определяют расстояние до места замыкания на землю по формуле

10

15

1

21nk

42S0( -J(n-i)CO;

1 - расстояние до места замыкания на земле; К - коэффициент отношения амплитуд (п-1)чй и 1-й составляющих спектра; k К„.;/Е;,, - амплитуда (,п-х)-й составляющей спектра

n-i

1-при , ,... 4,... /О; 2-при ,5,Ј; З при ,...i4,...19; Фиг.1

98848

, 0

5

0

5

И

Ј,,. G,- -T

м

п,

10

первой полуволны тока разряда;

амплитуда n-й составляющей спектра первой полуволны тока разряда; коэффициент затухания фронта волны в контуре провод - земля для данного объекта контроля; частота основной составляющей спектра;

интервал времени, относительно которого определяются составляющие спектра первой полуволны тока разряда в процессе измерения коэффициенты, определяющие порядковые номера составляющих спектра первой полуволны и применяемые в зависимости от объекта контроля, причем 1 Ј i L n.

0,2

ABC

2-2я Ця 6 2я 8 & ю 2 ш

Т т т т т

1-при1 5км, 2-при , 3-при 1-15км, 4-при , 5-при

фиг. 2

Фиг.З