Способ определения расстояния до места замыкания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

COUN

РЕСПУБЛИН (gg)g G 01 Р 31/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4779906/21 (22) 08.01.90 (46) 15. 12. 91. Бюл. К»- 46 (71) Псковский филиал Ленинградского политехнического института им. И.И.Калинина (72) И.Г. Беляков, В.И. Сукманов, А.А. Иванов и В.А. Иванов (53) 621.317.3(088.8) (56) Клачков А.Н. Исследование переходного процесса замыкания на землю в сельских сетях 6-10 кВ для селективной сигнализации: Дис.канд. техн. наук;

N. 1968, 193 с.

Авторское свидетельство СССР

/Ф 1238004, кл. G 01 R 31/08, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ

ДО ИЕСТА ЗАИБКАНИЯ НА ЗЕИЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙTPAHbN

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения расстоя:, ния-до места звмыкания 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 Е„ наведенной в индукционном датчике первой полуволной тока разряда емкости объекта контроля через место замыкания, а также время ь 1,ггпу в тел чение которого ЭДС достигает максимального значения, ц по их значению находят искомое расстояние.

ÄÄSUÄÄ 1698848 А1

2 (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть исгользовано ггля определения расстояния до места замыкания фазы на землю, в электрических сетях с изолированной нейтралью. Пель изобретения - повыгнение точности. По способу фиксируют первую полуволну тока разряда емкости объекта контроля через место заг мыкания, измеряют амплитуды двух составляющих спектра полуволны тока разряда, находят их отношение и расстояние определяют по соответствующей формуле. 3 ил.

Недостатком данного способа явЖ ляется низкая точность измерения, так как величина ЭДС Е„-,ц зависит от числа ответвлений от магистрали, от начальной фазы включения (т.е.

Е „ может принимать одно и то ае значение при разных расстояниях до места повреждения) а величина а составляет единицы мкс. Измерить промежуток времени в пределах мкс с необходимой точностью довольно сложно. авиа»

Наиболее близким аналогом данного изобретения является способ определе- . ния расстояния до места замыкания на землю, согласно которому определяют промежуток времени АФ, в течение

1698848

21nk

+2((. пЫ,—,Г(п-i)Q,) расстояние до места замыкания на землю; коэффициент отношения амплитуд (n-i)-й и

1-й составляющих спектра к =Ел,Ил; амплитуда (n-i) со40 ставляющей спектра первой полуволны тока разряда; амплитуда п составляющей спектра первой

45 полуволны тока разряда; коэффициент затухания фронта волны в контуре провод — земля для данного объекта контроля; где (E n-) частота основной составляющей спектра; интервал времени 55 относительно которого определяются составляющие спектра первой полуволны тока разряЯ

Т г которого ЭДС, наведенная в индукционНом датчике первой полуволной тока

) разряда емкости объекта контроля через место замыкания, снижается от мак сималь ного з начения Е „„до в еличины kEm где k — коэффициент пропорциональности, и по его значению находят расстояние до места замыкания.

Недостатком данного способа являет-10 ся погрешность определения расстояния о места замыкания на землю, обусловленная малостью величины Д . Измерить промежуток времени в пределах 1-10 мкс необходимой точностью довольно слож-15 о °

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

Предлагаемый способ отличается 20 от известных тем, что для повышения

)гочности фиксируют первую полуволну ( тока разряда емкости объекта контроля

Мереэ место замыкания на землю, измеряют амплитуды двух составляющих 25

Спектра первой полуволны тока разряда, Находят отношение измеренных амплитуд

И определяют. расстояние до места замыкания на землю по формуле да в процессе измерения ю 1

n, i — коэффициенты,, определяющие порядковые номера составляющих спектра первой полуволны и применяемые в зависимости от объекта контроля, причем 1 i (n.

Па фиг. 1 представлены графики зависимостей 1nk = f(1)- на фиг. 2— амплитудно-частотная характеристика

Ф 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 п(П) = -И вЂ” = -М(2у3) й---- — п

З.е

z Ф и

4t ке ) где M — коэффициент взаимоиндукции приемника волн с токопрово) дом; тп — количество ответвлений от линии

U амлитудное значение фазного напряжения;

Ю вЂ” начальная фаза включения;

Z — волновое сопротивление ли0 нии в контуре провод — земля;

1 — расстояние до места замыкания на землю;

t — текущее время, отсчитываемое о

3.— от начала замыкания; — коэффициент затухания фронта волны в контуре провод— земля.

В относительных единицах ЭДС записывается следующим образом

*a*

2 (л 1!5

У

Ввиду того, что ЭДС e(t) прямо пропорциональна току i(t), то спект1698848 (5) (6) 30 где

2в„

Я

Т рапьные составы этих функций одина— коны. Иэображение Е(р) этой функции равно

E(p) =, о (3) где р — оператор Лапласа. заменив в выражении (3) р на 43, получим спектр

Е(Я= е

4.ЕО".""," г

csin ) — j sin(8()1+M sin )J

4 где у — непрерывно изменяющаяся частота;

) = 0,1,2,3.

Из выражения (4) определяем модуль Е(Я )

Е(Я) = е

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

4Г гЕ(Я) = е

Ф

При разложении функции e(t) на . конечном интервале времени Т частота

Я выражается следующим образом

6= —, =Q и.

2 (.п (7) n — коэффициент> определяющий порядковый номер составляющей спектра функции

М

e(t) (по отношению к основной составляющей); — частота основной (первой) составляющей спектра функции

В

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 времени Т, спектр определяется с погрешностью, что в конечном итоге приводит к снижению точности в опреде5 ленни расстояния до места повреждения.

Из выражения (6) амплитуда п-й составляющей (Е„) спектра с учетом (7) равняется Е = ()

Аналогично амплитуда (и-i) -й составляющей (E„, ) спектра равняется (гр 2 г(н 1CDI

Е ° = е (9) где i — коэффициент, определяющий разность порядковых номеров составляющих спектра, причем 1 < i ;,n. (Теоретически и и х могут отличаться на любое число, большее нуля, т.е.

О а > с и. Это требует применения

20 фильтров для вьделения составляющих спектра с высокими значениями добротностей g(Q с З при i — > О). Поэтому, учитывая реально достигаемые значения добротностей фильтров, целесооб25 разно на практике исходить из записанного выше соотношения 1 < i (n) .

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

- —;S,2(4ü- ()а,- Г» й7

k = = e, (10)

Еп

Из этого выражения получают окончательную формулу для определения

35 расстояния до места замыкания на землю

Точность определения расстояния зависит от выбора порядковых номеров составляющих спектра, т.е. от выбора значений коэффициентов и и

Выбор значений этих коэффициентов обосновывается с использованием гра;фиков зависимостей ink = f(l) (фиг. 1) и амплитудно-частотной хаI + рактеристики Функции s(t) (фиг 2) °

Представленные графики зависимостей (фиг. 1) рассчитаны по выражении (1l), а амплитудно-частотная характеристика Е(Ы) (фиг. 2) — с учетом выражения (2) . Расчеты выполнены дпя электрической сети напряжением 10 кВ.

С точки зрения повышения точности следует выбирать такие значения коэффициентов и и i при которых 1698848

61nk

= шах.

n-i — - 0 и

1г о < = 10 км, и <10

1 «< i с. п, причем

1 < i c n, причем

1 с n причем

1 ci п, причем

1так= 15 км, п 5, и-i п и-1 п

20 км, п 4, 1д <гу, = 25 KM n «<,0;

Из анализа граАиков (фиг. 1) следует, что изменение величины ink 5 тем больше, чем меньше отношение порядковых номеров составляющих спектп-i ра (), т.е. при и-гоэ или (n-i) 0. и

Устройство (фиг. 3) для реализацйи способа определения расстояния ! до, места замыкания на землю в электрических .еетях с изолированной ней- тралью, содержит приемник 1 волн, располох<енный 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 качест1 ве которого может быть использован индукционный датчик, служит дпя получения ЭДС от фронта электромагнит- 35 ной волны,. возникающей в месте замыкания на землю. 1Чирокополосный усилитель 3 служит дпя усиления ЭДС, наводимой в приемнике 1. В качестве фильтров 4 и 5 могут быть использо- 40 ваиы перестраиваемые узкополосные фильтры, служащие для выделения составляющих спектра первой полуволны тоКа разряда. Причем, в зависимости от длины линии, Аильтры 4 и 5 настра- 45 иваются согласно условию (12) Hà определенную составляющую спектра. Амплитудные детекторы 6.и 7 Аиксируют максимальные значения составляющих спектра. Делитель 8 напряжений служит для определения отношения ампли-. туд составляющих спектра, т.е. реаЕ,/ лизует значение k = " Ег . Логарифмический вычислитель 9 реализует операцию 1 = А ink, 55

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

Значение коэАфициента А задается в данном вычислителе 9 путем задания коэффициента усиления. Результаты расчета представляются в циАровом 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 перестраиваемьгх 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 н е напряжение делителя 8 поступает Ч- 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 циАровом виде.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет более точно определять расстояние до места замикания на землю в электрических сетях с изолированной нейтралью.

Формула изобретения

Способ определения расстояния до места замыкания на землю в электри1698848

Е<

2й

CO =

21nk где и, Е

los

2,0

5 l0 5 20 25 1 ю 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 земпю, измеряют амплитуды двух составляющих спектра первой полуволны тока разряда емкости объекта контроля через место замыкания на землю, находят отношение измеренных амплитуд и определяют расстояние да места замыкания на землю по формуле

15.(2 3,(n67, — . (n-()Е, расстояние до места замыкания на земле;

20 коэффициент отношения амплитуд (n-i)-й и i и составляющих спектра;

F я-! ЕЙ > 25 амнлитуда (и-i)-й составляющей спектра

1-при i=f n=2 4,... 70;

2-при м3, п--4,5б;

3-при /=9,a=10,...й,... 9;, Риг. 1 первой полуволны тока разряда; амппитуда и-й составляющей спектра первой полуволны тока разряда; коэффициент затухания фронта волны в контуре провод — земпя 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 с i cn.

1698848

E(ru) f,0 д,б

?2Х 4 2М ЮZz 8- jri /02я

7 7 Т Т Т

)-при Ь=5км, 2-при /.-Яки, 3-при =ц км, 4-пра Ж Оки, 5-прц g ? ц

Фиг, 3 48С

Составитель В. Иванов

Texpep A.Êðàâ÷óê Корректор Л. Патай

Редактор А. Калениченко

Заказ 4395

Тираж

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101