Помощь студентам в учебе
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ОБРЫВА ПРОВОДОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ 380В С ПОМОЩЬЮ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СЧЁТЧИКОВ
|
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1 Общая характеристика работы электрических сетях
напряжением 380 В 9
1.2 Устранение аварийных повреждений в сетевых компаниях 10
1.3 Существующие методы выявления аварийных режимов 12
Задачи исследований 16
2 РАСЧЕТ НЕСИММЕТРИЧНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 380 В НА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ 17
2.1 Компьютерная модель сети в программе MATLAB в пакете
Simulink 17
2.2 Проведение исследований и обработка полученных данных 19
Выводы по разделу 2 25
3 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ОБРЫВА ПРОВОДОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ 380 В
С ПОМОЩЬЮ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СЧЁТЧИКОВ 26
3.1 Сравнение технологий передачи данных 26
3.1.1 Построение системы автоматизации на технологии PLC 26
3.1.2 Построение системы автоматизации на базе GSM 28
3.1.3 Технология автоматизации для умных домов 29
3.1.4 Построение системы автоматизации на базе LPWAN 30
3.2 Возможность использования микропроцессорных счетчиков для
выявления обрыва проводов 31
3.2.1 Счетчики электрической энергии ФОБОС 3 32
3.2.2 Базовая радиостанция NB-300 33
3.3 Диспетчерское управление и сбор данных 35
3.4 Разработка функциональной схемы и дополнительных функций для микропроцессорного счётчика электроэнергии с целью определения
места обрыва проводов в электрических сетях напряжением 380 В 38
Выводы по разделу 3 43
4 ОЦЕНКА УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ И
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ВЛ-380 В ОТ ОБРЫВОВ ФАЗНЫХ ПРОВОДОВ 44
4.1 Оценка условий электробезопасности 44
4.1.1 Поражение человека электрическим током при касании
оборванного фазного провода 49
4.1.2 Поражение человека электрическим током при касании
оборванного нулевого провода 55
4.2 Оценка технико-экономической эффективности 56
4.2.1 Оценка движущих и сдерживающих сил и ресурсов разработки проекта защиты ВЛ-380 В от обрыва фазного и нулевого проводов
при помощи счетчиков 56
4.2.2 STEP-анализ для факторов внешней среды проекта 57
4.2.3 SWOT-анализ необходимости реализации проекта 58
4.2.4 Планирование целей проекта в дереве целей 59
4.2.5 Срок окупаемости вложений 59
Выводы по разделу 4 61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 64
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1 Общая характеристика работы электрических сетях
напряжением 380 В 9
1.2 Устранение аварийных повреждений в сетевых компаниях 10
1.3 Существующие методы выявления аварийных режимов 12
Задачи исследований 16
2 РАСЧЕТ НЕСИММЕТРИЧНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 380 В НА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ 17
2.1 Компьютерная модель сети в программе MATLAB в пакете
Simulink 17
2.2 Проведение исследований и обработка полученных данных 19
Выводы по разделу 2 25
3 РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ОБРЫВА ПРОВОДОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ 380 В
С ПОМОЩЬЮ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СЧЁТЧИКОВ 26
3.1 Сравнение технологий передачи данных 26
3.1.1 Построение системы автоматизации на технологии PLC 26
3.1.2 Построение системы автоматизации на базе GSM 28
3.1.3 Технология автоматизации для умных домов 29
3.1.4 Построение системы автоматизации на базе LPWAN 30
3.2 Возможность использования микропроцессорных счетчиков для
выявления обрыва проводов 31
3.2.1 Счетчики электрической энергии ФОБОС 3 32
3.2.2 Базовая радиостанция NB-300 33
3.3 Диспетчерское управление и сбор данных 35
3.4 Разработка функциональной схемы и дополнительных функций для микропроцессорного счётчика электроэнергии с целью определения
места обрыва проводов в электрических сетях напряжением 380 В 38
Выводы по разделу 3 43
4 ОЦЕНКА УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ И
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ВЛ-380 В ОТ ОБРЫВОВ ФАЗНЫХ ПРОВОДОВ 44
4.1 Оценка условий электробезопасности 44
4.1.1 Поражение человека электрическим током при касании
оборванного фазного провода 49
4.1.2 Поражение человека электрическим током при касании
оборванного нулевого провода 55
4.2 Оценка технико-экономической эффективности 56
4.2.1 Оценка движущих и сдерживающих сил и ресурсов разработки проекта защиты ВЛ-380 В от обрыва фазного и нулевого проводов
при помощи счетчиков 56
4.2.2 STEP-анализ для факторов внешней среды проекта 57
4.2.3 SWOT-анализ необходимости реализации проекта 58
4.2.4 Планирование целей проекта в дереве целей 59
4.2.5 Срок окупаемости вложений 59
Выводы по разделу 4 61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 64
Актуальность работы. Повсеместно применяемые воздушные линии электропередачи напряжением 380 В, являются наименее надежным звеном в системе электроснабжения потребителей. Одним из самых распространённых повреждений в электрических сетях напряжением 380 В, являются обрывы проводов, короткие замыкания и замыкания на землю. Это не только приводит к нарушению электроснабжения потребителей, но и создает электро- и пожароопасные ситуации.
По данным анализа аварийной статистики, приведённой в [1], ежегодно на 100 км электрических сетей напряжением 380 В приходится около 50 повреждений.
Наряду с междуфазными короткими замыканиями в сетях могут быть однофазные замыкания вида «фаза-земля» и «фаза-нуль», а также обрывы нулевых проводов линий. Указанные повреждения являются опасными с точки зрения электробезопасности и могут также привести к перерывам электроснабжения потребителей и к поломке бытовых электроприёмников.
При коротком замыкании «фаза-нуль», когда фазный провод замыкается непосредственно на нулевой или на связанные с ним металлические конструкции электроприемников, на металлических частях оборудования, имеющих связь с нулевым проводом, будет опасное напряжение прикосновения, что может привести к гибели людей и животных.
В случае короткого замыкания «фаза-земля» электропоражение происходит из-за случайного прикосновения к оборванным, лежащим на земле и находящихся под напряжением проводам линий электропередач. Поскольку режим «фаза-земля» может продолжаться неопределенно долго, таким образом подвергая опасности жизни людей и животных или инициируя пожар, если в зоне падения имеются легковоспламеняющиеся материалы [2].
В современных условиях российской рыночной экономики, одним из последствий для поставщиков недоотпуска электрической энергии, является возмещение ущерба потребителям вследствие возникших аварийный режимов электрической сети. Гражданский кодекс Российской Федерации, закон о защите прав потребителей предусматривают материальную ответственность поставщика электрической энергии перед потребителем за ущерб, нанесенный в следствии недоотпуска энергии потребителю. Таким образом, поставщик электрической энергии, несет ответственность, предусмотренную гражданским кодексом и основным положением функционирования розничных рынков электрической энергии от 04.05.2012 № 442 за [3]:
- надежность снабжения потребителя электрической энергией;
- за необоснованное введение режима ограничения потребления электрической энергии.
Для снижения ущербов, вызванных перерывами электроснабжения потребителей, а также уменьшения электротравматизма людей и животных требуется эффективно и в кратчайшие сроки устранять возникшие повреждения и аварийные ситуации. Именно поэтому важнейшей задачей является создать метод определения места обрыва линий электропередачи.
Цель работы - целью исследования является повышение уровня электробезопасности и повышение надежности электроснабжения путем уменьшения времени поиска места обрыва фазных и нулевого проводов воздушных линий напряжением 380 В.
Для достижения заявленной цели были поставлены следующие задачи исследования:
1 Выполнить анализ существующих методов определения места повреждения электрической сети 380 В.
2 Разработать компьютерную модель электрической сети напряжением 380 В, позволяющую проводить анализ несимметричных режимов работы электрической сети напряжением 380 В.
3 Разработать метод определения места обрыва проводов.
Объект исследования - воздушные линии электропередачи напряжением 380 В при возникновении в них обрывов фазных и нулевого проводов.
Предмет исследования - определение критериев, позволяющих определить место обрывов проводов линий электропередач 380 В.
Новизна основных положений выпускной квалификационной работы:
1 Для определения критерия выявления различных режимов работы проведены исследования изменения напряжений и токов электрической сети с использованием компьютерного моделирования.
2 Предложены критерии выявления различных режимов работы воздушной линии напряжением 380 В.
3 Предложено использование микропроцессорного счетчика электрической энергии в качестве системы защиты при обрыве проводов воздушной линии электропередач напряжением 380 В.
Методы исследования. В основу работы положены следующие методы исследования: анализ, сравнение, моделирование и измерение.
Практическая значимость работы:
1 Применение разработанной системы, при эксплуатации воздушных линий напряжением 380 В, позволит оперативно выявлять место обрыва проводов.
2 Применение разработанной системы защиты позволит повысить уровень электробезопасности и надежности работы электрической сети напряжением до 1000 В.
3 Данные, полученные в ходе исследований, могут быть использованы для проведения дальнейших научных исследований.
По данным анализа аварийной статистики, приведённой в [1], ежегодно на 100 км электрических сетей напряжением 380 В приходится около 50 повреждений.
Наряду с междуфазными короткими замыканиями в сетях могут быть однофазные замыкания вида «фаза-земля» и «фаза-нуль», а также обрывы нулевых проводов линий. Указанные повреждения являются опасными с точки зрения электробезопасности и могут также привести к перерывам электроснабжения потребителей и к поломке бытовых электроприёмников.
При коротком замыкании «фаза-нуль», когда фазный провод замыкается непосредственно на нулевой или на связанные с ним металлические конструкции электроприемников, на металлических частях оборудования, имеющих связь с нулевым проводом, будет опасное напряжение прикосновения, что может привести к гибели людей и животных.
В случае короткого замыкания «фаза-земля» электропоражение происходит из-за случайного прикосновения к оборванным, лежащим на земле и находящихся под напряжением проводам линий электропередач. Поскольку режим «фаза-земля» может продолжаться неопределенно долго, таким образом подвергая опасности жизни людей и животных или инициируя пожар, если в зоне падения имеются легковоспламеняющиеся материалы [2].
В современных условиях российской рыночной экономики, одним из последствий для поставщиков недоотпуска электрической энергии, является возмещение ущерба потребителям вследствие возникших аварийный режимов электрической сети. Гражданский кодекс Российской Федерации, закон о защите прав потребителей предусматривают материальную ответственность поставщика электрической энергии перед потребителем за ущерб, нанесенный в следствии недоотпуска энергии потребителю. Таким образом, поставщик электрической энергии, несет ответственность, предусмотренную гражданским кодексом и основным положением функционирования розничных рынков электрической энергии от 04.05.2012 № 442 за [3]:
- надежность снабжения потребителя электрической энергией;
- за необоснованное введение режима ограничения потребления электрической энергии.
Для снижения ущербов, вызванных перерывами электроснабжения потребителей, а также уменьшения электротравматизма людей и животных требуется эффективно и в кратчайшие сроки устранять возникшие повреждения и аварийные ситуации. Именно поэтому важнейшей задачей является создать метод определения места обрыва линий электропередачи.
Цель работы - целью исследования является повышение уровня электробезопасности и повышение надежности электроснабжения путем уменьшения времени поиска места обрыва фазных и нулевого проводов воздушных линий напряжением 380 В.
Для достижения заявленной цели были поставлены следующие задачи исследования:
1 Выполнить анализ существующих методов определения места повреждения электрической сети 380 В.
2 Разработать компьютерную модель электрической сети напряжением 380 В, позволяющую проводить анализ несимметричных режимов работы электрической сети напряжением 380 В.
3 Разработать метод определения места обрыва проводов.
Объект исследования - воздушные линии электропередачи напряжением 380 В при возникновении в них обрывов фазных и нулевого проводов.
Предмет исследования - определение критериев, позволяющих определить место обрывов проводов линий электропередач 380 В.
Новизна основных положений выпускной квалификационной работы:
1 Для определения критерия выявления различных режимов работы проведены исследования изменения напряжений и токов электрической сети с использованием компьютерного моделирования.
2 Предложены критерии выявления различных режимов работы воздушной линии напряжением 380 В.
3 Предложено использование микропроцессорного счетчика электрической энергии в качестве системы защиты при обрыве проводов воздушной линии электропередач напряжением 380 В.
Методы исследования. В основу работы положены следующие методы исследования: анализ, сравнение, моделирование и измерение.
Практическая значимость работы:
1 Применение разработанной системы, при эксплуатации воздушных линий напряжением 380 В, позволит оперативно выявлять место обрыва проводов.
2 Применение разработанной системы защиты позволит повысить уровень электробезопасности и надежности работы электрической сети напряжением до 1000 В.
3 Данные, полученные в ходе исследований, могут быть использованы для проведения дальнейших научных исследований.
В работе предложено новое решение актуальной научно-технической задачи, состоящее в обеспечении условий электробезопасности при эксплуатации воздушных линий напряжением 380 В посредством внедрения в эксплуатацию метода определения места обрыва фазных и нулевого проводов в указанных линиях.
Выполненные исследования позволяют сформулировать следующие основные результаты и выводы работы:
1 На компьютерной модели электрической сети напряжением 380 В были проведены исследования различных режимов её работы при обрывах фазных и нулевого проводов, результаты которых позволили установить критерии выявления обрыва фазного и нулевого провода воздушной линии напряжением 380 В.
2 Предложено использовать для выявления обрывов проводов воздушной линии напряжением 380 В микропроцессорные счётчики электрической энергии, устанавливаемые у потребителя.
3 Разработан алгоритм работы системы защиты, который предложено внести в микропроцессорный счетчик электроэнергии компании «ВАВИОТ» в качестве дополнительной программы. Это позволит выявлять обрывы фазных и нулевого проводов воздушной линии напряжением 380 В и производить отключение автоматического выключателя, установленного в начале линии.
4 Предложено использовать программное обеспечение SCADA для анализа полученной информации от микропроцессорных счётчиков, выведение на экран компьютера информации, для дальнейшего принятия мер диспетчерским пунктом.
5 Полученные в ходе написания работы результаты могут быть рекомендованы для внедрения учебном процессе по специальности «Электроснабжение», могут быть интересны для электрических сетей ОАО «Челябэнерго», также использованы для дальнейших исследований.
Выполненные исследования позволяют сформулировать следующие основные результаты и выводы работы:
1 На компьютерной модели электрической сети напряжением 380 В были проведены исследования различных режимов её работы при обрывах фазных и нулевого проводов, результаты которых позволили установить критерии выявления обрыва фазного и нулевого провода воздушной линии напряжением 380 В.
2 Предложено использовать для выявления обрывов проводов воздушной линии напряжением 380 В микропроцессорные счётчики электрической энергии, устанавливаемые у потребителя.
3 Разработан алгоритм работы системы защиты, который предложено внести в микропроцессорный счетчик электроэнергии компании «ВАВИОТ» в качестве дополнительной программы. Это позволит выявлять обрывы фазных и нулевого проводов воздушной линии напряжением 380 В и производить отключение автоматического выключателя, установленного в начале линии.
4 Предложено использовать программное обеспечение SCADA для анализа полученной информации от микропроцессорных счётчиков, выведение на экран компьютера информации, для дальнейшего принятия мер диспетчерским пунктом.
5 Полученные в ходе написания работы результаты могут быть рекомендованы для внедрения учебном процессе по специальности «Электроснабжение», могут быть интересны для электрических сетей ОАО «Челябэнерго», также использованы для дальнейших исследований.