Параметры изоляции распределительных сетей: контроль и управление

В статье изложены принципы косвенного дискретного контроля параметров изоляции на основе искусственного смещения нейтрали и непрерывного селективного контроля на основе наложения би-частотных оперативных сигналов в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ. Указаны основные пути управления активны...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2010
Main Authors:	Шкрабец, Ф.П., Цыпленков, Д.В., Ковалев, А.И., Кириченко, М.С.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2010
Series:	Електротехніка і електромеханіка
Subjects:	Техніка сильних електричних та магнітних полів
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143305
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Параметры изоляции распределительных сетей: контроль и управление / Ф.П. Шкрабец, Д.В. Цыпленков, А.И. Ковалев, М.С. Кириченко // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 1. — С. 49-51. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143305
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1433052025-02-23T18:37:13Z Параметры изоляции распределительных сетей: контроль и управление Insulation parameters of distribution mains: monitoring and control Шкрабец, Ф.П. Цыпленков, Д.В. Ковалев, А.И. Кириченко, М.С. Техніка сильних електричних та магнітних полів В статье изложены принципы косвенного дискретного контроля параметров изоляции на основе искусственного смещения нейтрали и непрерывного селективного контроля на основе наложения би-частотных оперативных сигналов в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ. Указаны основные пути управления активным, реактивным сопротивлениями и добротностью изоляции сетей в аварийном режиме. У статті викладені принципи непрямого дискретного контролю параметрів ізоляції на основі штучного зсуву нейтрали і безперервного селективного контролю на основі накладення бі-частотних оперативних сигналів в розподільних мережах напругою 6-10 кВ. Вказані основні шляхи управління активним, реактивним опорами і добротністю ізоляції мереж в аварійному режимі. Principles of indirect discrete monitoring of insulation parameters are expounded on the basis of artificial displacement of the neutral and continuous selective control based on bifrequency operative signals overlapping in distributive mains of 6-10 kV. The basic ways of control of active, reactive resistances and insulation good quality of the mains under emergency conditions are shown 2010 Article Параметры изоляции распределительных сетей: контроль и управление / Ф.П. Шкрабец, Д.В. Цыпленков, А.И. Ковалев, М.С. Кириченко // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 1. — С. 49-51. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143305 622.48.0123:621.316.925 ru Електротехніка і електромеханіка application/pdf Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів
spellingShingle	Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів Шкрабец, Ф.П. Цыпленков, Д.В. Ковалев, А.И. Кириченко, М.С. Параметры изоляции распределительных сетей: контроль и управление Електротехніка і електромеханіка
description	В статье изложены принципы косвенного дискретного контроля параметров изоляции на основе искусственного смещения нейтрали и непрерывного селективного контроля на основе наложения би-частотных оперативных сигналов в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ. Указаны основные пути управления активным, реактивным сопротивлениями и добротностью изоляции сетей в аварийном режиме.
format	Article
author	Шкрабец, Ф.П. Цыпленков, Д.В. Ковалев, А.И. Кириченко, М.С.
author_facet	Шкрабец, Ф.П. Цыпленков, Д.В. Ковалев, А.И. Кириченко, М.С.
author_sort	Шкрабец, Ф.П.
title	Параметры изоляции распределительных сетей: контроль и управление
title_short	Параметры изоляции распределительных сетей: контроль и управление
title_full	Параметры изоляции распределительных сетей: контроль и управление
title_fullStr	Параметры изоляции распределительных сетей: контроль и управление
title_full_unstemmed	Параметры изоляции распределительных сетей: контроль и управление
title_sort	параметры изоляции распределительных сетей: контроль и управление
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Техніка сильних електричних та магнітних полів
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143305
citation_txt	Параметры изоляции распределительных сетей: контроль и управление / Ф.П. Шкрабец, Д.В. Цыпленков, А.И. Ковалев, М.С. Кириченко // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 1. — С. 49-51. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT škrabecfp parametryizolâciiraspredelitelʹnyhsetejkontrolʹiupravlenie AT cyplenkovdv parametryizolâciiraspredelitelʹnyhsetejkontrolʹiupravlenie AT kovalevai parametryizolâciiraspredelitelʹnyhsetejkontrolʹiupravlenie AT kiričenkoms parametryizolâciiraspredelitelʹnyhsetejkontrolʹiupravlenie AT škrabecfp insulationparametersofdistributionmainsmonitoringandcontrol AT cyplenkovdv insulationparametersofdistributionmainsmonitoringandcontrol AT kovalevai insulationparametersofdistributionmainsmonitoringandcontrol AT kiričenkoms insulationparametersofdistributionmainsmonitoringandcontrol
first_indexed	2025-11-24T11:03:13Z
last_indexed	2025-11-24T11:03:13Z
_version_	1849669392090005504
fulltext	ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №1 49 УДК 622.48.0123:621.316.925 Ф.П. Шкрабец, Д.В. Цыпленков, А.И. Ковалев, М.С. Кириченко ПАРАМЕТРЫ ИЗОЛЯЦИИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ: КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ У статті викладені принципи непрямого дискретного контролю параметрів ізоляції на основі штучного зсуву ней- трали і безперервного селективного контролю на основі накладення бі-частотних оперативних сигналів в розподіль- них мережах напругою 6-10 кВ. Вказані основні шляхи управління активним, реактивним опорами і добротністю ізо- ляції мереж в аварійному режимі. В статье изложены принципы косвенного дискретного контроля параметров изоляции на основе искусственного смещения нейтрали и непрерывного селективного контроля на основе наложения би-частотных оперативных сигна- лов в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ. Указаны основные пути управления активным, реактивным сопротивлениями и добротностью изоляции сетей в аварийном режиме. ВВЕДЕНИЕ В общем случае знание состояния изоляции электроустановок напряжением выше 1000 В, экс- плуатирующихся в различных условиях горного про- изводства является важным составным элементом решения задачи по обеспечению безопасности и без- аварийности систем электроснабжения. Все известные в настоящее время методы опре- деления параметров изоляции электроустановок и сетей с изолированной нейтралью можно классифи- цировать следующим образом: - использующие в качестве измерительного ра- бочее напряжение электроустановки; - использующие в качестве измерительного на- пряжение постороннего источника промышленной частоты; - использующие в качестве измерительного на- пряжение постороннего источника непромышленной частоты; - использующие в качестве измерительного на- пряжение постороннего источника постоянного тока. Для контроля изоляции на практике пользуются косвенными методами, а именно, по значению тока однофазного замыкания на землю вычисляют пол- ное сопротивление изоляции определенной сети относительно земли. Различные методы измерения токов однофазного замыкания на землю можно условно разделить на методы прямого и косвенного измерения. Прямой метод измерения при металлическом за- мыкании фазы на землю позволяет непосредственно оценить все необходимые значения, но обладает не- достатком, резко ограничивающим его применение. В сетях с изолированной нейтралью металлические однофазные замыкания на землю сопровождаются появлением на здоровых и поврежденной фазах крат- ковременных перенапряжений, превышающих фазное напряжение в 3,5 – 4 раза. Указанные перенапряжения являются причиной пробоя изоляции в других местах, в результате чего могут возникнуть двойные замыка- ния на землю, которые представляют опасность для обслуживающего персонала и оборудования [1, 2]. Учитывая изложенное, более широко рекоменду- ется применять косвенные методы измерения токов замыкания, наиболее простым из которых для сетей с изолированной нейтралью, является замыкание фазы на землю через эталонное сопротивление [1]. Основ- ное преимущество метода заключается в простоте опыта и практически исключается (при величине эта- лонного сопротивления несколько сотен Ом) возмож- ность повреждения изоляции сети относительно зем- ли в других точках карьерной сети, так как при замы- кании на землю через активное сопротивление резко снижается уровень перенапряжений. ОСНОВНОЙ ТЕКСТ СТАТЬИ Определение уровня полной проводимости изоля- ции относительно земли и ее составляющих (активной и емкостной) в трехфазной симметричной электриче- ской сети с изолированной нейтралью напряжением выше 1000 В без снятия рабочего напряжения предла- гается осуществлять способом, основанном на искусст- венном получении напряжения нулевой последова- тельности путем включения дополнительной активной проводимости в одну из фаз электрической сети [3]. В основу указанного способа положены извест- ные соотношения величины напряжения нулевой по- следовательности и величины напряжения фазы относи- тельно земли через проводимости изоляции (рис. 1): NСВА СВА YYYY YаYаY +++ ⋅+⋅+ ⋅= 2 ф0 UU , (1) где Uф – напряжение фазы относительно земли, соот- ветствующее нормальному симметричному режиму работы сети; U0 – напряжения нулевой последователь- ности (смещения нейтрали); YA, YB, YC – полные прово- димости изоляции фаз относительно земли; YN – полная проводимость изоляции между нейтралью и землей; a = (−1/2 + j· 3 /2) – операторный множитель. C B A 0U& YА YВ YС gd Q Рис.1. Схема замещения сети для пояснения способа косвенного определения параметров изоляции Трехфазную электрическую сеть, где определя- ются параметры изоляции фаз сети относительно зем- ли, принимаем симметричной; при этом значение на- пряжения нулевой последовательности равно нулю, а значения напряжений фаз сети относительно земли равны между собой: YA = YB = YC = Uф, тогда YA = YB = YC = Y = g + j·в, где Y, g, в – соответственно полная, активная и емкостная проводимости изоляции фаз сети относительно земли. 50 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №1 Для определения параметров изоляции по пред- ложенному способу в одну из фаз (например, фазу А), электроустановки вводим дополнительную активную проводимость gd, тогда YA ' = g + gd + j·в. В основу указанного способа положены извест- ные соотношения величины напряжения нулевой по- следовательности и величины напряжения фазы отно- сительно земли через проводимости изоляции. Подста- вив это значение в (1), после преобразования получим: , 3 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ +⋅+ ⋅=⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ +⋅ ⋅= d d d d gBjG g gY g фф0 UUU (2) где G = 3·g, B = 3·в – соответственно полная, активная и емкостная проводимости всей электрически связан- ной сети относительно земли. Действующее значение напряжения нулевой по- следовательности при подключении к одной из фаз дополнительной проводимости равно: ( ) 22 ф2 0 2 00 BgG gU UUU d d рa ++ ⋅ =+= . (3) Принимая во внимание, что для реальных пара- метров распределительных сетей напряжением 6-35 кВ при полностью изолированной нейтрали, векторы на- пряжений Uф, Uф0, U0 образуют прямоугольный тре- угольник (рис. 2), а также учитывая соотношения U0 = Uф·cosα; Uф0 = Uф·sinα; Uф0а = Uф·sinα; U = U0а + Uф0а определяем: - активную проводимость изоляции всей и одной фазы электрически связанной сети относительно земли: ; 3 1 6 4 ; 2 4 2 0 2 0ф 2 0 4 ф 2 ф 2 0 2 0ф 2 0 4 ф 2 ф dd dd gg U UUUU g gg U UUUU G ⋅−⋅ ⋅ ⋅⋅−+ = −⋅ ⋅ ⋅⋅−+ = (4) - емкостную проводимость изоляции всей и од- ной фазы сети относительно земли, а также емкость одной фазы относительно земли: . 6 1 2 ; 3 1 ; 0 0ф 0 0ф 0 0ф Uf Ug f в C g U U вg U U B d dd ⋅⋅π ⋅ ⋅= ⋅π⋅ = ⋅⋅=⋅= (5) −j α α U0 Uф0 Uф U0a U0p +j Рис. 2. Положения векторов напряжений Uф, Uф0, U0 при подключении дополнительной проводимости Для реальных параметров распределительных се- тей и рекомендованных значений подключаемой до- полнительной проводимости значением подкоренного выражения в (4) можно пренебречь, тогда получим упрощенные, но пригодные для инженерных расче- тов, выражения для соответствующих активных про- водимостей изоляции: . 3 1 6 ; 2 2 0 2 ф 2 0 2 ф dddd gg U U ggg U U G ⋅−⋅ ⋅ =−⋅ ⋅ = (6) По геометрической сумме активной и емкостной проводимостей определяем полную проводимость изо- ляции фаз электрической сети относительно земли: ( ) ( ) . 6 22 ф 2 0 22 0ф0 22 0 2 ф 2 ф 22 UU UUUUU g вgY d ⋅⋅ ⋅⋅+⋅−⋅ ⋅= =+= (7) Уравнения (4) – (6) положены в основу фазочув- ствительного способа определения параметров изоля- ции относительно земли электрической сетей напряже- нием выше 1000 В, находящийся под рабочим напря- жением. Способ позволяет осуществлять как периоди- ческий оценочный расчет параметров изоляции, так и реализовать возможный непрерывный контроль со- стояния изоляции. К основному недостатку этого спо- соба контроля параметров изоляции можно отнести то, что он пригоден для электрических сетей с симметрич- ной (в нормальном режиме) изоляцией фаз относи- тельно земли. При несимметрии системы до 3%, слу- чайная относительная среднеквадратичная погреш- ность определения активной, емкостной и полной про- водимости изоляции относительно земли электриче- ской сети будет находиться в пределах 10 %. Определение полных проводимостей изоляции фаз и их составляющих (активных и реактивных про- водимостей) относительно земли в трехфазной элек- трической сети с изолированной нейтралью при зна- чительной несимметрии изоляции можно осуществ- лять способом, основанном на искусственном изме- нении величины напряжения нулевой последователь- ности путем включения дополнительной активной проводимости во все три фазы электроустановки в заданной последовательности, что, естественно, зна- чительно усложняет процесс контроля. Если произвести три последовательных измере- ния напряжений U0, UA, UB и UC при различных вари- антах включения дополнительных проводимостей, то можно получить систему трех уравнений с тремя не- известными (YА = gА + j·вА; YB = gB + j·вB; YC = gC + j·вC). При этом измеренные значения U0, UA, UB и UC следу- ет представить в комплексной форме записи, для чего необходимо определить положения векторов назва- ных напряжений на комплексной плоскости, т.е. предварительно определить значения углов между вектором соответствующего напряжения и действи- тельной осью. Практическое применение указанной методики определения параметров проводимости фазной изоляции сети относительно земли значитель- но упрощается при использовании микро-ЭВМ или персонального компьютера. Более перспективным является непрерывный и автоматический контроль значений составляющих изоляции электрической сети (активного и емкостно- го сопротивлений изоляции фаз сети относительно земли), который бы позволил оперативно прогнозиро- вать появление опасных состояний системы и, при имеющейся технической возможности, вводить опе- режающие управляющие команды, позволяющие ми- нимизировать возможный ущерб. Для указанных це- ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №1 51 лей предложено использовать наложение на сеть опе- ративных токов непромышленной частоты. Суть предложенного метода состоит в том, что на электри- ческую сеть одновременно накладываются два опера- тивных синусоидальных сигнала, частоты которых не равны между собой и отличается от промышленной. На контролируемых участках (линии или присоеди- нении), а также в месте подключения оперативного источника устанавливаются устройства, назначением которых является снятие параметров оперативных сигналов и их соответствующая обработка с целью определения в указанных точках значений оператив- ных токов и напряжений. Зафиксированные (с задан- ной скважностью сканирования) параметры опера- тивных сигналов в цифровом виде подаются на входы микроконтроллера или компьютера, где используются для вычисления и передачи по заданному адресу об- новляемых значений параметров изоляции: ( ) , 1 ; 2 2 2 1 2 2 2 1 2 1 2 2 21 2 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2 21 ω−ω ⋅−⋅⋅ ⋅ = ω⋅⋅−ω⋅⋅ ω−ω⋅⋅= IUIU UU C IUIU UUR (7) где U, I, ω – значения соответственно напряжения, тока и угловой частоты накладываемых оперативных синусоидальных сигналов частотой f1 и f2. Метод одновременного наложения на сеть двух оперативных сигналов может также использоваться в сетях с компенсированной нейтралью для оператив- ного измерения значения индуктивности дугогасяще- го реактора (компенсирующего устройства) с целью автоматической его настройки в резонанс с емкостью распределительной сети. ВЫВОДЫ Параметры изоляции электрических сетей непо- средственно связаны со значениями аварийных токов и характером переходных процессов при самых распро- страненных повреждениях – однофазных замыканиях на землю. В этой связи можно утверждать, что управ- ление параметрами изоляции связано с процессами: - локализации (отключения) мест с ослабленной (поврежденной) изоляцией – управление общим актив- ным сопротивлением изоляции распределительной сети; - минимизация (компенсация емкостной состав- ляющей тока замыкания на землю и управление на- стройкой компенсирующего устройства) значений аварийного тока – управление общим реактивным сопротивлением изоляции распределительной сети; - оптимизации режима нейтрали сети – управле- ние добротностью распределительной сети с целью подавления переходных и феррорезонансных процес- сов, сопровождающих аварийные режимы. Локализации (отключения) мест с ослабленной (поврежденной) изоляцией обеспечивается применени- ем защиты от однофазных замыканий на землю, которая в системах электроснабжения горных предприятий вы- полняется двухступенчатой и в соответствии с отрасле- выми требованиями действует на отключение. Режим работы нейтрали (полностью изолиро- ванная нейтраль, компенсированная нейтраль, с рези- стором в нейтрали) электрических сетей напряжением выше 1000 В существенно влияет не только на рабо- тоспособность устройств защиты от замыканий на землю, но также на значение аварийных токов и на уровень внутренних перенапряжений, сопровождаю- щих такие аварийные режимы, т.е. на повреждаемость электрических сетей и оборудования [1, 4, 5]. В распределительных сетях напряжением 6-10 кВ при применения дугогасящих реакторов, которые в большинстве случаев не оборудованы устройствами автоматической настройки режима компенсации, ре- комендуется использовать комбинированный режим работы нейтрали [6]. Суть комбинированного режима заземления нейтрали состоит в том, что кроме созда- ния индуктивной составляющей тока однофазного замыкания на землю, предлагается также одновре- менно накладывать на ток замыкания и активную со- ставляющую. Значение накладываемой на сеть актив- ной составляющей тока замыкания на землю должно быть на уровне 30-50 % от емкостной составляющей, что обеспечивает эксплуатационные показатели адек- ватные сетям с резистором в нейтрали даже при рас- стройках дугогасящего реактора до 50 %. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Пивняк Г.Г., Шкрабец Ф.П. Несимметричные поврежде- ния в электрических сетях карьеров: Справочное пособие. – М.: Недра, 1993. – 192 с. 2. Самойлович И.С. Режимы нейтрали электрических сетей карьеров. – М.: Недра, 1976. – 175 с. 3. Шкрабец Ф.П., Скосырев В.Г. Теоретическое обоснова- ние способа определения параметров изоляции электриче- ских сетей // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць / Інститут геотехнічної механіки НАН України, – Д.: 2000. – Вип. 22. – С. 13-18. 4. Сирота И.М., Кисленко С.Н., Михайлов А.М. Режимы ней- трали электрических сетей. – К.: Наукова думка, 1985. – 264 с. 5. Шкрабец Ф.П., Шидловская Н.А., Дзюбан В.С., Вареник Е.А. Анализ параметров и процессов в шахтных электриче- ских сетях. – Д.: НГУ, 2003. – 151 с. 6. Шкрабец Ф.П., Баласмех Ф.К., Скосырев В.Г. Комбини- рованный режим работы нейтрали распределительных сетей напряжением 6-35 кВ // Гірнича електромеханіка та автома- тика: Наук. – техн. зб. – 2000. – Вип. 65. – С. 46-51. Поступила 03.09.2009 Шкрабец Федор Павлович, д.т.н., проф., Цыпленков Дмитрий Владимирович, к.т.н., доц., Кириченко Марина Сергеевна, аспирант Национальный горный университет (НГУ) Украина, 49005, Днепропетровск, пр. Карла Маркса 19, НГУ кафедра "Электрические машины" тел./факс (056) 370-13-92, e-mail: nmu.em@ua.fm, ShcrabetsF@nmu.org.ua Ковалев Александр Иванович, главный энергетик ОАО "Южный горно-обогатительный комбинат" Украина, 50034, Днепропетровская область, Кривой Рог F.P. Shkrabets, D.V. Tsyplenkov, A.I. Kovalev, M.S. Kirichenko Insulation parameters of distribution mains: monitoring and control Principles of indirect discrete monitoring of insulation parame- ters are expounded on the basis of artificial displacement of the neutral and continuous selective control based on bi- frequency operative signals overlapping in distributive mains of 6-10 kV. The basic ways of control of active, reactive resis- tances and insulation good quality of the mains under emer- gency conditions are shown. Key words – insulation parameters monitoring, displacement of neutral, operative signal

Параметры изоляции распределительных сетей: контроль и управление

Institution

Similar Items