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
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 воздушных 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.7
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 проведения дальнейших научных исследование.
Для построения защиты ВЛ-380 В используют следующие основные виды режимных параметров: изменения линейных напряжения и напряжений фаз относительно земли; изменения обратной и нулевой составляющих в напряжениях и токах
электрической сети, наложение токов непромышленной частоты и др.
2 Для выявления режимов работы ВЛ-380 В используют следующие основные
виды функциональных блоков: фильтры напряжений и токов обратной и нулевой
последовательности; дифференциальные трансформаторы тока; частотные фильтры; блоки сравнения; логические схемы анализа режима.
1 Федосеев, А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная за¬щита сетей / А.М. Федосеев. - М. Энергоатомиздат, 1984. - 520 с.
2 Переходные процессы в электроэнергетических системах / И.П. Крючков, В.А. Старшинов, Ю.П. Гусев, В.В. Пираторов; под ред. И.П. Крючкова. - М.: Изда¬тельский дом МЭИ, 2008. - 416 с.
3 Григорьев, А.В. Защита сельских электросетей / А.В. Григорьев, А.И. Селива- хин, В.И. Сукманов. - Алма-Ата: Кайнар. - 1984. - 128 с.
4 Будзко, И.А. Электроснабжение сельского хозяйства / И.А. Будзко, Т.Б. Ле¬щинская, В.И. Сукманов. - М.: Колос, 2000. - 536 с.
5 Пат. № 2230415 Российская Федерация, МПК7 H 02 H 5/10, G 01 R 31/02. Устройство контроля непрерывности нулевого проводника в воздушных линиях 0,4 кВ / Д.А. Апаров, А.И. Сидоров, В.А. Петров, В.В. Дружинин. - № 2002127852/28; заявл. 17.10.2002; опубл. 10.06.2004. - 5 с.
6 Пат. № 2356151 Российская Федерация, МПК H 02 H 5/10. Способ автомати¬ческого контроля параметров нулевого провода воздушных линий 0,4 кВ / К.С. Се¬режин, И.Ф. Суворов, А.И. Сидоров - № 2008105851/09; заявл. 15.02.2008; опубл. 20.05.2009. - 5 с.
7 А. с. № 815833 СССР, М. Кл.3 H 02 H 3/24, H 02 H 5/10. Устройство для защиты от несимметричного режима работы электрической сети с изолированной или ком¬пенсированной нейтралью / А.М. Ершов, О.А. Петров. - № 2775470/24-07; заявл. 05.06.1979; опубл. 23.03.1981, Бюл. № 11. - 3 с.
8 А. с. № 1023494 СССР, М. Кл. H 02 H 3/16. Устройство для определения ре¬жима работы электрической сети с изолированной или компенсированной нейтра¬лью / А.М. Ершов, О.А. Петров, Ю.В. Исаев. - № 3387655/24-07; заявл. 22.01.1982; опубл. 15.06.1983, Бюл. № 22. - 6 с.
9 А. с. № 1050031 СССР, М. Кл. H 02 H 3/16, H 02 H 3/24, H 02 H 5/10. Устрой¬ство для определения режима электрической сети / А.М. Ершов, О.А. Петров. - № 3275380/24-07; заявл. 10.04.1981; опубл. 23.10.1983, Бюл. № 39. - 6 с.
10 Пат. № 2498322 Российская Федерация, МПК G 01 R 11/00. Счетчик электри¬ческой энергии с защитным отключением / В.И. Винокуров, В.Н. Зыков, А.В. Гри¬горьева. - № 2012121080/28; заявл. 22.05.2012; опубл. 10.11.2013. - 3 с.
11 Halevidis, C.D. Proposal of a protection method against probable consequences to humans and the environment from short-circuit or abruption of a low-voltage distribution line conductor. - IET Generation, Transmisson & Distribution, 2010, Vol. 4, Iss. 7, pp. 793-800.
12 А. с. № 714562 СССР, М. Кл.2 H 02 H 5/10, H 02 H 3/08. Устройство для токовой защиты участка трехфазной линии от обрыва одного из фазных проводов / В.И. Сукманов, И.Г. Беляков, А.И. Селивахин, А.П. Кузнецов, Р.Ш. Сагаутдинов. - № 2585953/24-07; заявл. 03.03.1978; опубл. 05.02.1980, Бюл. № 5. - 3 с.
13 Пат. на п. м. № 94077 Российская Федерация, МПК H 02 H 99/00. Устройство для обнаружения трехфазных сетей с обрывами фазных проводов / Н.М. Попов, А.Н. Клочков. - № 2009148481/22; заявл. 25.12.2009; опубл. 10.05.2010. - 4 с.
14 Клочков, А.Н. Устройство для обнаружения трехфазных сетей с обрывом фазного провода / А.Н. Клочков // Вестник КрасГАУ. - 2011. - № 1. - С. 221-223.
15 А. с. № 884024 СССР, М. Кл.3 H 02 H 5/10. Устройство для защиты трехфаз¬ной линии напряжением до 1000 В от обрыва фазных проводов / Р.Ш. Сагаутдинов,
16 Сагутдинов, Р.Ш. Защита электрических сетей 0,38 кВ при обрыве проводов / Р.Ш. Сагутдинов, В.И. Красников, В.Г. Головацкий // Электрические станции. - 1982. - № 7. - С. 56-58
17 А. с. № 995190 СССР, М. Кл.3 H 02 H 5/10. Устройство для защиты трехфаз¬ной линии напряжением до 1000 В от обрыва фазных проводов / Р.Ш. Сагаутдинов, В.И. Красников, В.Г. Гловацкий. - № 3317197/24-07; заявл. 17.07.1981; опубл. 07.02.1983, Бюл. № 5. - 3 с.
18 А. с. № 1210173 СССР, М. Кл. H 02 H 5/10. Устройство для защиты от обрыва фазного провода в электрических сетях напряжением 0,38 кВ / Р.Ш. Сагаутдинов, В.П. Кобазев. - № 3765590/24-07; заявл. 04.07.1984; опубл. 07.02.1986, Бюл. № 5. - 5 с.
19 Херсонский, А.С. Селективная защита от однофазных коротких замыканий ФО-0,4 для распределительных сетей 0,4 кВ / А.С. Херсонский, А.Ш. Левин, Я.М. Фексон // Электрические станции. - 1975. - № 3. - С. 47-48.
20 Херсонский, А.С. Приставка к автоматическим выключателям для защиты сельских электросетей 0,4 кВ / А.С. Херсонский, Я.М. Фексон // Электрические станции. - 1977. - № 10.- С. 69-70.
21 А. с. № 180238 СССР, МПК H 02 d. Устройство для селективной защиты от утечек сетей с изолированной нейтралью / Р.А. Богданов. - № 852785/24-07; заявл. 16.08.1963; опубл. 21.03.1966, Бюл. № 7. - 2 с.
22 А. с. № 702449 СССР, М. Кл.2 H 02 H 3/16, H 02 H 5/10. Устройство для защиты от повреждения нескольких трехфазных потребителей / Н.М. Попов. - № 2617338/24-07; заявл. 12.05.78; опубл. 05.12.79, Бюл. № 45. - 3 с.
23 Пат. на п. м. № 124069 Российская Федерация, МПК H 02 H 3/16. Устройство защитного отключения электроустановки от сети переменного тока с тремя фаз¬ными проводами и нулевым проводом / В.С. Шкрабак, В.П. Сакулин, А.Е. Суетин и др. - № 2012115812/07; заявл. 19.04.2012; опубл. 10.01.2013. - 5 с.
24 Пат. № 2273936 Российская Федерация, МПК H 02 H 5/10, H 02 H 5/12. Устройство защитного отключения / Е.В. Халин, С.И. Коструба, Д.С. Стребков. - № 2004137355/09; заявл. 22.12.2004; опубл. 10.04.2006. - 4 с.
25 Коструба, С.И. Человека защитит УЗО при авариях на воздушных линиях электропередачи / С.И. Коструба // Новости электротехники. - 2004. - № 1 (25).
26 А. с. № 997164 СССР, М. Кл.3 H 02 H 5/10, H 02 H 3/17. Устройство для защиты воздушной линии электропередачи от обрыва фазного провода / Х.М. Же- лиховский, В.П. Кобазев, В.Е. Матвиенко, С.Ф. Капштык. - № 2928145/24-07; за¬явл. 22.05.1980; опубл. 15.02.1983, Бюл. № 6. - 3 с.
27 А. с. № 1035715 СССР, М. Кл. H 02 H 5/10. Устройство для защиты линии электропередачи с ответвлениями от обрыва фазных проводов / Х.М. Желихов- ский, В.П. Кобазев. - № 3410805/24-07; заявл. 24.03.1982; опубл. 15.08.1983, Бюл. № 30. - 3 с.
28 А. с. № 1206873 СССР, М. Кл. H 02 H 5/10. Устройство для защиты воздуш¬ной линии электропередачи от обрыва проводов / В.П. Кобазев, Р.Ш. Сагаутдинов, А.И. Селивахин, Х.М. Желиховский. - № 3717476/24-07; заявл. 02.04.1984; опубл. 23.01.1986, Бюл. № 3. - 3 с.
29 Селивахин, А.И. Защита воздушной линии электропередачи 0,38 кВ от об¬рыва фазного провода / А.И. Селивахин, В.П. Кобазев, Х.М. Желиховский // Меха¬низация и электрификация сельского хозяйства. - 1985. - № 7. - С. 55-57.
30 А. с. № 854249 СССР, М. Кл. H 02 H 5/10. Устройство для защиты электро¬установки от обрыва нулевого провода в сети с глухо заземленной нейтралью / Э.Г. Краус, Б.Л. Геллер. - № 2842892/07; заявл. 22.11.1979; опубл. 07.05.1992, Бюл. № 17. - 3 с.
31 А. с. № 845115 СССР, М. Кл.3 G 01 R 27/20. Устройство для контроля целост¬ности заземляющей цепи передвижных электроустановок / Ю.В. Ситчихин, А.И. Сидоров. - № 2792737/18-21; заявл. 09.07.1979; опубл. 07.07.1981, Бюл. № 25. - 2 с.
32 Пат. № 2295186 Российская Федерация, МПК H 02 H 5/00. Способ автомати¬ческого контроля параметров нулевого провода воздушных и кабельных линий 0,4 кВ и устройство для его осуществления / И.Ф. Суворов, К.С. Сережин, В.В. Галь¬цев, А.И. Сидоров - № 2005140871/09; заявл. 26.12.2005; опубл. 10.03.2007. - 7 с.
33 А. с. № 1417097 СССР, М. Кл. H 02 H 5/10. Устройство для защиты линии электропередачи / В.А. Андреев, И.О. Карпов, А.Л. Дубов, А.Л. Буймистер. - № 4181207/24-07; заявл. 12.01.1987; опубл. 15.08.1988, Бюл. № 30. - 2 с.