Помощь студентам в учебе
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ОТ ОБРЫВОВ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ НАПРЯЖЕНИЕМ 380 В С ПОМОЩЬЮ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СЧЁТЧИКОВ
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Электрическая сеть напряжением 380 В 8
1.2 Режимы работы электрической сети напряжением 380 В 9
1.3 Распределение токов электрической сети напряжением 380 В 14
1.4 Актуальность защиты ВЛ-380 В при обрывах фазных проводов и
нулевого проводов 17
1.5 Задачи исследований 19
Выводы по разделу 1 19
2 ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
НАПРЯЖЕНИЕМ 10/0,38 кВ 20
2.1 Режимные параметры электрической сети 20
2.2 Исследования на компьютерной модели 34
2.3 Исследования на физической модели 34
2.4 Исследования в опытной электрической сети 34
2.5 Анализ параметров электрической сети при различных
режимах работы 40
2.5.1 Нормальный режим работы и изменение несимметрии нагрузок
сети 40
2.5.2 Обрыв фазного провода и изменение несимметрии нагрузок
сети 44
2.5.3 Обрыв фазного провода и изменение несимметрии нагрузок
сети 48
2.6 Обобщённые характеристики режимных параметров сети 50
Выводы по разделу 2 50
3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ВЛ-380 В ОТ ОБРЫВОВ
ФАЗНЫХ ПРОВОДОВ 54
3.1 Обзор методов и средств защит ВЛ-380 В от обрывов фазных
проводов 54
3.2 Возможность использования микропроцессорных счетчиков для
выявления обрывов фазных проводов 65
3.3 Описание системы защиты ВЛ-380 В от обрывов фазных проводов.. 66
Выводы по разделу 3 67
4 ОЦЕНКА УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ И
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ВЛ-380 В ОТ ОБРЫВОВ ФАЗНЫХ ПРОВОДОВ 69
4.1 Оценка условий электробезопасности 69
4.1.1 Поражение человека электрическим током при касании
оборванного фазного провода 69
4.1.2 Поражение человека электрическим током при касании
оборванного нулевого провода 74
4.2 Оценка технико-экономической эффективности 80
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 81
4.2.2 STEP-анализ для факторов внешней среды проекта 81
4.2.3 SWOT-анализ необходимости реализации проекта 82
4.2.4 Планирование целей проекта в дереве целей 83
4.2.5 Планирование мероприятий по реализации проекта.
План-график Ганта 84
4.4.6 Срок окупаемости вложений 85
Выводы по разделу 4 88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 90
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А Статья в сборнике «Наука ЮУрГУ: Материалы 69-й научной конференции. Секции технических наук. 2016 г.» 95
Приложение Б Компьютерная модель электрической сети напряжением 380 В 102
Приложение В Физическая модель электрической сети напряжением 380 В 112
Приложение Г Опытная электрическая сеть напряжением 380 В
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Электрическая сеть напряжением 380 В 8
1.2 Режимы работы электрической сети напряжением 380 В 9
1.3 Распределение токов электрической сети напряжением 380 В 14
1.4 Актуальность защиты ВЛ-380 В при обрывах фазных проводов и
нулевого проводов 17
1.5 Задачи исследований 19
Выводы по разделу 1 19
2 ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
НАПРЯЖЕНИЕМ 10/0,38 кВ 20
2.1 Режимные параметры электрической сети 20
2.2 Исследования на компьютерной модели 34
2.3 Исследования на физической модели 34
2.4 Исследования в опытной электрической сети 34
2.5 Анализ параметров электрической сети при различных
режимах работы 40
2.5.1 Нормальный режим работы и изменение несимметрии нагрузок
сети 40
2.5.2 Обрыв фазного провода и изменение несимметрии нагрузок
сети 44
2.5.3 Обрыв фазного провода и изменение несимметрии нагрузок
сети 48
2.6 Обобщённые характеристики режимных параметров сети 50
Выводы по разделу 2 50
3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ВЛ-380 В ОТ ОБРЫВОВ
ФАЗНЫХ ПРОВОДОВ 54
3.1 Обзор методов и средств защит ВЛ-380 В от обрывов фазных
проводов 54
3.2 Возможность использования микропроцессорных счетчиков для
выявления обрывов фазных проводов 65
3.3 Описание системы защиты ВЛ-380 В от обрывов фазных проводов.. 66
Выводы по разделу 3 67
4 ОЦЕНКА УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ И
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ВЛ-380 В ОТ ОБРЫВОВ ФАЗНЫХ ПРОВОДОВ 69
4.1 Оценка условий электробезопасности 69
4.1.1 Поражение человека электрическим током при касании
оборванного фазного провода 69
4.1.2 Поражение человека электрическим током при касании
оборванного нулевого провода 74
4.2 Оценка технико-экономической эффективности 80
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 81
4.2.2 STEP-анализ для факторов внешней среды проекта 81
4.2.3 SWOT-анализ необходимости реализации проекта 82
4.2.4 Планирование целей проекта в дереве целей 83
4.2.5 Планирование мероприятий по реализации проекта.
План-график Ганта 84
4.4.6 Срок окупаемости вложений 85
Выводы по разделу 4 88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 90
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А Статья в сборнике «Наука ЮУрГУ: Материалы 69-й научной конференции. Секции технических наук. 2016 г.» 95
Приложение Б Компьютерная модель электрической сети напряжением 380 В 102
Приложение В Физическая модель электрической сети напряжением 380 В 112
Приложение Г Опытная электрическая сеть напряжением 380 В
Актуальность работы. Наиболее частым повреждением в электрических сетях напряжением 380 В с глухо заземлённой нейтралью являются обрывы фазных и нулевого проводов. Это не только приводит к нарушению электроснабжения потребителей, но и создает электро- и пожароопасные ситуации.
Анализ статистических данных по числу и длительности аварийных отключений линий 0,38 кВ показывает, что самыми распространенными повреждениями в этих сетях являются обрывы проводов, короткие замыкания и замыкания на землю. Стоит отметить, что в связи с большим количеством повреждений в таких сетях, происходит наибольшее количество электропоражений со смертельным исходом (до 60 % от общего числа).
В технической литературе (статьях, монографиях, авторских свидетельствах и патентах на изобретения) предложено довольно много технических решений - устройства защиты могут устанавливаться в начале или конце защищаемой линии. В тоже время практика эксплуатации воздушных линий напряжением 380 В (ВЛ-380 В) показывает отсутствие их применения, что обусловлено, в частности, недостаточным изучением параметров (токов и напряжений) электрической сети, которые могут быть использованы в качестве исходной информации при построении защит.
Поэтому исследование режимных параметров, их анализ, разработка и внедрение системы защиты, которая позволит своевременно выявлять обрывы фазных и нулевого проводов и отключать линии, где они произошли, является актуальной научно-технической задачей.
Цель работы - исследование режимных параметров в начале воздушной линии, их анализ и разработка предложений по созданию системы защиты при обрывах фазных и нулевого проводов воздушных линий напряжением 380 В.
Для достижения заявленной цели были поставлены следующие задачи исследования:
1 Провести теоретические и экспериментальные исследования напряжений, возникающих в электрической сети при обрывах фазных и нулевого проводов воздушных линий напряжением 380 В на компьютерной модели в программной среде Matlab, на физической модели и опытной электрической сети.
2 Обосновать критерии выявления обрывов фазных и нулевого проводов указанных линий.
3 Разработать алгоритм работы системы защиты в случае обрывов фазных и нулевого проводов, которая основывается на измерении режимных параметров воз-душных линий напряжением 380 В.
Объект исследования - воздушные линии электропередачи напряжением 380 В при возникновении в них обрывов фазных и нулевого проводов.
Предмет исследования - получение закономерных результатов в изменении напряжений сети при возникновении обрывов фазных и нулевого проводов, которые позволят разработать защиту от указанных режимов.
Научная новизна основных положений и результатов:
1 Для определения параметров системы защиты проведены исследования изменений напряжений и токов при различных режимах работы электрической сети с использованием компьютерного и физического моделирования. Результаты подтверждены экспериментами в опытной электрической сети.
2 Разработаны критерии выявления различных режимов работы воздушной линии напряжением 380 В. Найден алгоритм изменения токов, возникающих при обрыве фазных и нулевого проводов в воздушных линиях электрических сетей напряжением 380 В, а также определена логика выявления этих обрывов.
3 Предложены дополнительные функции для микропроцессорного счетчика электрической энергии с целью его использования в качестве системы защиты при обрывах проводов воздушной линии напряжением 380 В.
Практическая значимость работы:
1 Применение разработанной системы защиты при эксплуатации воздушных линий напряжением 380 В существенно повышает уровень электробезопасности.
2 Применение данной системы защиты существенной сэкономит затраты на осуществление электробезопасности и предотвращения электротравматизма, ускорит процесс выявления места обрыва проводов.
3 Данные, полученные в ходе исследований, могут быть использованы для про-ведения дальнейших научных исследование.
Анализ статистических данных по числу и длительности аварийных отключений линий 0,38 кВ показывает, что самыми распространенными повреждениями в этих сетях являются обрывы проводов, короткие замыкания и замыкания на землю. Стоит отметить, что в связи с большим количеством повреждений в таких сетях, происходит наибольшее количество электропоражений со смертельным исходом (до 60 % от общего числа).
В технической литературе (статьях, монографиях, авторских свидетельствах и патентах на изобретения) предложено довольно много технических решений - устройства защиты могут устанавливаться в начале или конце защищаемой линии. В тоже время практика эксплуатации воздушных линий напряжением 380 В (ВЛ-380 В) показывает отсутствие их применения, что обусловлено, в частности, недостаточным изучением параметров (токов и напряжений) электрической сети, которые могут быть использованы в качестве исходной информации при построении защит.
Поэтому исследование режимных параметров, их анализ, разработка и внедрение системы защиты, которая позволит своевременно выявлять обрывы фазных и нулевого проводов и отключать линии, где они произошли, является актуальной научно-технической задачей.
Цель работы - исследование режимных параметров в начале воздушной линии, их анализ и разработка предложений по созданию системы защиты при обрывах фазных и нулевого проводов воздушных линий напряжением 380 В.
Для достижения заявленной цели были поставлены следующие задачи исследования:
1 Провести теоретические и экспериментальные исследования напряжений, возникающих в электрической сети при обрывах фазных и нулевого проводов воздушных линий напряжением 380 В на компьютерной модели в программной среде Matlab, на физической модели и опытной электрической сети.
2 Обосновать критерии выявления обрывов фазных и нулевого проводов указанных линий.
3 Разработать алгоритм работы системы защиты в случае обрывов фазных и нулевого проводов, которая основывается на измерении режимных параметров воз-душных линий напряжением 380 В.
Объект исследования - воздушные линии электропередачи напряжением 380 В при возникновении в них обрывов фазных и нулевого проводов.
Предмет исследования - получение закономерных результатов в изменении напряжений сети при возникновении обрывов фазных и нулевого проводов, которые позволят разработать защиту от указанных режимов.
Научная новизна основных положений и результатов:
1 Для определения параметров системы защиты проведены исследования изменений напряжений и токов при различных режимах работы электрической сети с использованием компьютерного и физического моделирования. Результаты подтверждены экспериментами в опытной электрической сети.
2 Разработаны критерии выявления различных режимов работы воздушной линии напряжением 380 В. Найден алгоритм изменения токов, возникающих при обрыве фазных и нулевого проводов в воздушных линиях электрических сетей напряжением 380 В, а также определена логика выявления этих обрывов.
3 Предложены дополнительные функции для микропроцессорного счетчика электрической энергии с целью его использования в качестве системы защиты при обрывах проводов воздушной линии напряжением 380 В.
Практическая значимость работы:
1 Применение разработанной системы защиты при эксплуатации воздушных линий напряжением 380 В существенно повышает уровень электробезопасности.
2 Применение данной системы защиты существенной сэкономит затраты на осуществление электробезопасности и предотвращения электротравматизма, ускорит процесс выявления места обрыва проводов.
3 Данные, полученные в ходе исследований, могут быть использованы для про-ведения дальнейших научных исследование.
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 системы защиты при обрывах фазных и нулевого проводов в указанных линиях.
Выполненные исследования позволяют сформулировать следующие основные результаты и выводы работы:
1 На компьютерной и физической моделях электрической сети напряжением 380 В были проведены исследования различных режимов её работы при обрывах фазных и нулевого проводов, результаты которых позволили установить закономерности в изменениях напряжений и токов.
2 Экспериментальные исследования в опытной электрической сети (выборка из опытных данных, полученных ранее при проведении исследований кафедрой ЭССиСЭ) подтвердили достоверность полученных результатов на компьютерной и физической моделях.
3 Анализ установленных закономерностей в изменении напряжений и токов при возникновении обрывов фазных и нулевого проводов дал возможность обосновать логические признаки, характеризующие различные режимы, возникающие при эксплуатации воздушных линий напряжением 380 В, и позволяющие выявлять эти режимы.
5 Предложено использовать для выявления обрывов проводов воздушной линии напряжением 380 В микропроцессорный счётчик электрической энергии, устанавливаемый в начале линии. В качестве информационного параметра предложено использовать ток обратной последовательности.
6 Разработан алгоритм работы системы защиты, который предложено внести в микропроцессорный счетчик электроэнергии типа СЕ-303, выпускаемый предприятием «Энергомера», 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.
7 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.
8 По результатам работы опубликована статья в сборнике «Наука ЮУрГУ: Материалы 69-й научной конференции. Секции технических наук. 2016 г.» - приложение А.
Выполненные исследования позволяют сформулировать следующие основные результаты и выводы работы:
1 На компьютерной и физической моделях электрической сети напряжением 380 В были проведены исследования различных режимов её работы при обрывах фазных и нулевого проводов, результаты которых позволили установить закономерности в изменениях напряжений и токов.
2 Экспериментальные исследования в опытной электрической сети (выборка из опытных данных, полученных ранее при проведении исследований кафедрой ЭССиСЭ) подтвердили достоверность полученных результатов на компьютерной и физической моделях.
3 Анализ установленных закономерностей в изменении напряжений и токов при возникновении обрывов фазных и нулевого проводов дал возможность обосновать логические признаки, характеризующие различные режимы, возникающие при эксплуатации воздушных линий напряжением 380 В, и позволяющие выявлять эти режимы.
5 Предложено использовать для выявления обрывов проводов воздушной линии напряжением 380 В микропроцессорный счётчик электрической энергии, устанавливаемый в начале линии. В качестве информационного параметра предложено использовать ток обратной последовательности.
6 Разработан алгоритм работы системы защиты, который предложено внести в микропроцессорный счетчик электроэнергии типа СЕ-303, выпускаемый предприятием «Энергомера», 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.
7 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.
8 По результатам работы опубликована статья в сборнике «Наука ЮУрГУ: Материалы 69-й научной конференции. Секции технических наук. 2016 г.» - приложение А.