автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Модели и алгоритмы непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей напряжением до 1 кВ

На правах рукописи

НАГОРНЫХ Владислав Викторович

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗОЛЯЦИИ ОТДЕЛЬНЫХ ФАЗ ШАХТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ

Специальность 05.13.18 «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

16 ДЕ!12010

Москва 2010

004617434

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный горный университет» (МГТУ)

Научный руководитель кандидат технических наук, профессор

Бабичев Юрий Егорович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кузнецов Юрий Николаевич

кандидат технических наук, профессор Кузнецов Эдуард Васильевич

Ведущая организация: ФГУП Государственный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт по автоматизации угольной промышленности «Гипроуглеавтоматизация» (МО п. Ильинский)

Защита состоится «■?■? » декабря 2010 года в 13. 00 часов на заседании диссертационного совета Д212.128.02 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета (МГГУ).

Автореферат разослан «Л6 » ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

А.Э. Адигамов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эффективное использование электрической энергии в специфических условиях горных предприятий невозможно без обеспечения бесперебойного электроснабжения потребителей при эксплуатации шахтных электроустановок. Контроль сопротивления изоляции электрической сети с изолированной нейтралью является основным фактором эффективной, надежной и безопасной эксплуатации. Назначением такого контроля является предотвращение работы сети с поврежденной изоляцией и опасными утечками тока на землю, а так же защита людей от поражения электрическим током. Исходя из этого, нормативными документами, стандартами и правилами безопасности установлены значения сопротивлений изоляции сети относительно земли, при которых токи утечки превышают допустимый уровень и при которых аппараты контроля должны отключить сеть.

Математическое моделирование изоляции является одним из основных исследований состояния изоляции и токов утечек на землю в шахтных электрических сетях для создания инновационных аппаратов, устройств и систем непрерывного контроля изоляции.

Влияние состояния изоляции на эффективность и надежность эксплуатации шахтного электрооборудования на протяжении последних 60-ти лет исследуется российскими учеными. Большой вклад в развитие теории, разработки и совершенствования устройств контроля изоляции, а также моделей и алгоритмов в этой области внесли Гладилин JI.B., Дзюбан B.C., Лейбов Р.М., Озерной М.И., Петров Г.М., Петуров В.И., Чеботаев Н.И., Цапенко Е.Ф., Шурин Е.С, Шуцкий В.И., Шкрабец Ф.П. и другие. В частности, экспериментальные исследования ученых Московского горного института (ныне МГГУ) показали, что отличия в 2-3 раза активных сопротивлений изоляции отдельных фаз друг от друга проявляются не менее чем в 20% электроустановок. Ёмкости отдельных фаз, определяющие реактивные проводимости изоляции и влияющие на величины токов утечки, отличаются друг от друга в 2 и более раз примерно в 3% электроустановок. Несимметрия изоляции весьма существенно влияет на эффективную и надежную-эксплуатацию электрооборудования. Так при допустимом (в соответствии со стандартами) сум-

1

марном сопротивлении изоляции сети, но при несимметричных параметрах изоляции отдельных фаз, токи утечки в отдельных фазах могут превышать предельно допустимые на 20% и более.

Сосредоточенные параметры изоляции в нормальном режиме эксплуатации шахтных электрических сетей (с подключенными токоприемниками) определяются косвенными методами измерения. Известные математические модели методов определения параметров изоляции, лежащие в основе существующих аппаратов непрерывного контроля изоляции, токов утечки и защитного отключения построены в предположении равенства сопротивлений изоляции отдельных фаз и не позволяют определять параметры изоляции отдельных фаз.

Для непрерывного контроля изоляции возможно применение нескольких методов, но наиболее приемлемым для определения проводимостей изоляции отдельных фаз является так называемый «метод добавочной проводимости». Известные математические модели этого метода не учитывают погрешности измерений напряжений фаз относительно земли, что на практике приводит к существенным ошибкам в определении параметров изоляции и токов утечки.

Таким образом, комплексное исследование научной и технической проблемы непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей является актуальной.

Целью работы является разработка математических моделей и алгоритмов непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз для повышения эффективности, надежности и безопасности эксплуатации шахтных электрических сетей.

Идея работы состоит в использовании метода определения параметров изоляции сети по измеренным напряжениям фаз относительно земли, реализованного в математических моделях и алгоритмах непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз.

Объект исследования - параметры изоляции и токи утечки на землю отдельных фаз относительно земли в шахтных электрических сетях напряжением до 1 кВ.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Разработана математическая модель, описывающая сосредоточенные параметры изоляции шахтных электрических сетей как функций напряжений фаз относительно земли и учитывающая влияние погрешностей измерений названых напряжений.

2. Показано, что точность определения параметров изоляции отдельных фаз (зависящая от погрешности измерений напряжений фаз относительно земли) можно повысить за счет циклического подключения добавочной проводимости к каждой фазе и определять сопротивление изоляции только той фазы, к которой подключается добавочная проводимость.

3. Математическая модель переходного процесса, возникающего в результате коммутации добавочной проводимости между любой фазой и землей, позволяющая установить его временные параметры, и представляющая собой композицию из синусоидальной и экспоненциальной функций с декрементом затухания зависящим от параметров изоляции сети.

4. Комплекс программ, позволяющий определять параметры изоляции отдельных фаз с учетом влияния погрешностей измерений напряжений фаз относительно земли.

Обоснованность и достоверность научных выводов, положений и рекомендаций подтверждаются:

• применением известных методов анализа электрических цепей в сочетании с использованием современных средств вычислительной техники;

• проверкой основных положений теории определения параметров изоляции отдельных фаз низковольтных электрических сетей с изолированной нейтралью с привлечением физического, математического и имитационного моделирования и удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (максимальная относительная погрешность не превышает 15 %).

■ сравнением результатов, полученных из аналитической оценки длительности переходных процессов (22 мс без gR06 и 14 мс с йДОб) и имитационного моде-

лирования (25 мс без §до6 и 16 мс с §-0б) непрерывного контроля сопротивлений фаз изоляции сети.

Научная новизна полученных результатов исследования состоит:

• в разработке математической модели и установлении зависимости погрешностей определения параметров изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей от абсолютных погрешностей измерения напряжений относительно земли;

■ в разработке математической модели и установлении влияния величин параметров изоляции сети относительно земли на длительность переходных процессов при подключении и отключении добавочной проводимости между землей и фазами сети,

что в совокупности позволит дополнить теорию диагностики состояния изоляции электрических сетей с изолированной нейтралью.

Практическое значение работы:

1. В обосновании необходимости непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей, позволяющего протао-зировать состояние изоляции и предотвратить превышение токов утечки отдельных фаз выше допустимого уровня.

2. Результаты, вытекающие из комплекса программ, построенных на основе разработанных математических моделей, могут быть использованы:

для расчета параметров изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей, с учетом влияния погрешностей измеренных напряжений фаз относительно земли;

для расчета длительности переходных процессов в шахтных электрических сетях, с учетом влияния параметров изоляции отдельных фаз и напряжений фаз.

Реализация работы. Результаты диссертации использованы ФГУП «Гипро-углеавтоматизация» для проектирования подсистем защитного отключения, о чем имеется акт внедрения результатов.

Отдельные результаты диссертации используются кафедрой Электротехники и информационных систем МГГУ в учебном процессе при подготовке студентов специальности 230201 - «Информационные системы и технологии» в дисциплинах «Первичные и микропроцессорные преобразователи в информационных системах», «Электробезопасность», «Моделирование систем» и «Информационно-измерительные системы», о чем имеется акт внедрения результатов.

Апробация результатов работы. Научные положения и основные результаты исследований докладывались и обсуждались на научных семинарах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2009 - 2010 гг.), кафедр Электротехники и информационных систем, Высшей математики и Электрификации и энергоэффективности горных предприятий, МГГУ (2008 - 2010 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 научных статьи, все - в издании, рекомендованном ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 40 рисунков, 24 таблиц, список использованной литературы из 120 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель диссертационной работы, изложены основные научные положения, выносимые на защиту, отмечены научная новизна и практическая ценность работы, указаны сведения об апробации работы. Обоснована необходимость непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей.

В первой главе проведен анализ существующих методов, математических моделей и алгоритмов определения параметров изоляции, реализуемых в устройствах и аппаратах, контролирующих сопротивления изоляции и токи утечки шахтных электрических сетей.

В настоящее время известно множество технических предложений, методов и алгоритмов определения параметров изоляции шахтных электрических сетей. Основной недостаток, которых заключается в том, что при рабочем напряжении

сети они не позволяют определить токи утечки отдельных фаз на землю и обеспечить непрерывный контроль параметров изоляции отдельных фаз.

Обоснован выбор «метода добавочной проводимости» для непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз при рабочем напряжении сети и включенных токоприемниках. Алгоритм известного метода добавочной проводимости для определения параметров изоляции сети заключаются в следующем: под рабочим напряжением измеряются напряжения фаз относительно земли, затем подключается добавочная проводимость Уд об между землей и одним из линейных проводов и так же измеряются напряжения фаз относительно земли. По измеренным напряжениям фаз и линейному напряжению сети вычисляются комплексные напряжения смещения нейтрали без добавочной проводимости и с добавочной проводимостью С/лг№ Затем вычисляется полная комплексная проводимость изоляции Ух сети

/Г ¡¿-ЛК

„ , (1)

У-*т У-тг

где ив - линейное напряжение сети, gz, суммарные активная и реактивная проводимости изоляции.

Из (1) видно, что незначительная погрешность в определении напряжений смещения нейтрали приведёт к ошибке разности комплексных чисел в знаменателе и к существенной ошибке всей дроби. Именно этот недостаток не позволял применить «метод добавочной проводимости» на практике.

Найденная полная комплексная проводимость изоляции и комплексные напряжения смещения нейтрали позволяют рассчитать активные проводимости изоляции отдельных фаз, а также емкость сети относительно земли. Таким образом, для непрерывного контроля параметров изоляции метод применим, если повысить точность определения параметров изоляции.

Выполненный обзор позволил сформулировать следующие основные задачи исследований:

1. Разработать математическую модель, описывающую параметры изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей по напряжениям фаз, учитывающая влияние погрешностей измерения напряжений фаз относительно земли;

2. Разработать метод непрерывного контроля сопротивлений изоляции отдельных фаз, обладающий приемлемой для практики точностью;

3. Разработать численный метод определения максимальной погрешности и пределов изменения параметров изоляции отдельных фаз от максимальных отклонений напряжений фаз относительно земли;

4. Провести математическое моделирование (численный эксперимент) определения параметров изоляции отдельных фаз низковольтной электрической сети с изолированной нейтралью с учетом инструментальной погрешности;

5. Разработать имитационную модель цифрового измерения напряжений фаз низковольтной электрической сети с изолированной нейтралью;

6. Провести экспериментальные исследования определения параметров изоляции отдельных фаз для подтверждения отдельных теоретических выводов;

7. Разработать комплекс программ непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей напряжением до 1 кВ;

Во второй главе с помощью разработанной математической модели в результате численного эксперимента определено влияние несимметрии параметров изоляции отдельных фаз на напряжения фаз относительно земли и на токи утечки на землю. Предложен численный метод оценки максимальной погрешности определения параметров изоляции отдельных фаз. Проанализированы погрешности «метода добавочной проводимости» для определения параметров изоляции шахтных электрических сетей. Приведены результаты численного эксперимента, в котором исследовано влияние погрешностей измеренных напряжений на точность расчета параметров изоляции отдельных фаз.

В диссертации для исследований использовалась общепринятая схемная модель электрической сети с изолированной нейтралью, с сосредоточенными пара-

метрами изоляции фаз относительно земли и добавочной проводимостью, в одной из фаз, представленная на рис. 1.

Активные проводимости изоляции отдельных фаз (¡>л, gв и gc) и ёмкости (СА, Св и Сс) относительно земли подлежат определению (расчету). В математических моделях ёмкости фаз относительно земли были приняты одинаковыми, а активные проводимости изоляции отдельных фаз - различными (несимметричными).

Рис. 1 Схемная модель электрической сети с изолированной нейтралью с сосредоточенными параметрами изоляции

В качестве основных параметров элементов схемы замещения сети (рис. 1) принимались истинные значения сопротивлений изоляции, напряжения сети и емкости фаз относительно земли. Для шахтных электрических сетей ГОСТ Р 52273 -2004 ограничивает суммарное активное сопротивление изоляции сети относительно земли, чтобы ограничить токи утечки на землю (на рис. 1 токи утечки обозначены 1уа, 1ув, 1ус)- Фактические (истинные) значения сопротивлений изоляции отдельных фаз, как правило, отличаются от величин указанных в стандартах и существенно различаются как по угледобывающим регионам, так и по отдельным шахтам и рудникам. Исследованиями ученых Московского горного института (МГГУ) определены диапазоны фактических величин суммарных активных сопротивлений изоляции трёх фаз сети от 3,3 до 60 кОм и суммарной емкости сети относительно земли от 0,25 до 2,5 мкФ.

В ГОСТ Р 52273 - 2004 установлено сопротивление срабатывания устройств защиты, например, для сетей напряжением 220 В, 10 кОм на фазу при симметрич-

8

ной трехфазной утечке и при токе однофазной утечки не более 0,025 А с учетом измерительного тока и наибольших значениях емкости сети относительно земли. Это значит, что минимальным может быть суммарное сопротивление изоляции трёх фаз сети равное 3,33 кОм. Таким образом, подключение добавочной проводимости между фазой и землей увеличит ток утечки этой фазы. Чтобы удовлетворить требованиям указанного стандарта, добавочная проводимость при моделировании выбиралась из условия ограничения максимального тока утечки в той фазе, к которой она подключается. В силу этого активные сопротивления изоляции отдельных фаз на землю в математических моделях и численных экспериментах варьировались от 9,4 до 30 кОм, а суммарная емкость сети относительно земли была принята раной 1,5 мкФ.

В диссертации рассматривается линейная модель, свойства которой не зависят от абсолютных значений напряжений, но в рамках такой модели изменения напряжений и параметров изоляции всегда учитывалось. В численных и физических экспериментах было принято расчетное напряжение сети 220 В (50 Гц).

Для исследований использовались как известные, так и разработанные математические модели, реализованные в пакете MathCAD (MathSoft Engineering & Education Inc.).

1. Математическая модель «Прямая задача» для расчетов истинных значений напряжений фаз относительно земли при известных сопротивлениях изоляции, емкостях фаз относительно земли и линейного напряжения сети. Это известная в теоретической электротехнике модель трехфазной цепи с изолированной нейтралью;

2. Разработанная модель «Обратная задача» для расчетов сопротивлений изоляции отдельных фаз и суммарной ёмкости сети относительно земли по известным истинным (теоретически) или измеренным (практически) напряжениям фаз относительно земли и линейному напряжению;

3. Модель «Оценка погрешностей», реализующая разработанный в диссертации численный метод для оценки погрешностей определения сопротивлений изоляции при отклонении напряжений фаз относительно земли от истинных значений.

Численные эксперименты на математической модели «Прямая задача» показали, что токи утечки в отдельных фазах могут превысить допустимые значения при несимметричных параметрах изоляции фаз даже когда суммарное сопротивление изоляции сети равно сопротивлению уставки устройств контроля токов утечки. Предположим, что суммарная активная проводимость изоляции сети соответствует предельно допустимому сопротивлению изоляции по ГОСТ 52273, то есть

Поскольку активные проводимости изоляции отдельных фаз на практике всегда не равны друг другу, то для оценки это неравенство можно учесть, например, так:

Варьируя коэффициент к в пределах от -1 до +1, можно рассчитать токи утечки для любой фазы. При этом, зная допустимый ток утечки /Удоп, можно определить

Sa - и представить напряжение смещения нейтрали в виде

Т7 _Unl + (l-k)a2 + (l + k)a_Un jk _ jUJt

-N»~S 3+Д ~ з 1+yjO(i+;.rg5)> (2)

SA 3 SA

& _ OC,. со С

где a = e , tgo = -— = —— =-. Напряжение (2) определяет напряжения фаз

-'Sa :'SA SA

относительно земли, а, следовательно, и токи утечки отдельных фаз на землю. Как показано в работах ученых МГИ, для шахтных электрических сетей параметры изоляции соответствуют ig8 в диапазоне от 0.3 до 3.0, где несимметрия активных проводимостей изоляции соответствует коэффициенту к в пределах от -0.2 до +0.2.

Результаты численного эксперимента представлены на рис. 2. Здесь по оси ординат отложены кратности токов утечки отдельных фаз по отношению к допустимому току утечки. Легко видеть, что на нижней границе (к = -0.2) токи утечки в фазе В превышает допустимый ток на 23%. Это свидетельствует о необходимости контролировать сопротивления изоляции отдельных фаз, а не суммарного сопротивления сети.

1.4

1

5 = 0.3

2 --------- 1£.5 = 3

ё^ОЯёл

ёВ~ ёС

ёСГ=1ЛёА ёггОЯёА

Рис. 2 Зависимость токов утечки отдельных фаз от коэффициента к несимметрии активных сопротивлений изоляции и емкости сети относительно земли

В математической модели «Обратная задача» исходными данными являются измеренные напряжения:

Vа, иь, 1/с ~ напряжения фаз относительно земли без добавочной проводимости; Vа, 11'ь, и'с - напряжения фаз относительно земли с известной добавочной проводимостью Уд об (активной £Доб или реактивной /6до6); ип- линейное напряжение сети.

Комплексные напряжения смещения нейтрали без (Цы = ]ЬЫ) и с добавочной (Ц'ц= + ]Ь\) проводимостью определяются, по предложенным в диссертации, различным соотношениям:

и

и.

ъЦ

и.

^I -Ч

2л/3

Ь'

2 ^ Ш

Ь

" 2-и,

тг'2-тт'2 Ъ'к = и> и<

н 2-и.

>

(5)

а "я

2-и„

-,< - Ф у 2-У,

>

(6)

Полная комплексная проводимость изоляции трех фаз Уе относительно земли рассчитывается по формуле (1).

Активные проводимости отдельных фаз вычисляются по формулам

— ^ , — ^ ? £с — ^ 1

где вспомогательные коэффициенты 61 и а

г/А

с/,

(7)

(8)

Емкости изоляции фаз относительно земли можно определить по мнимой части полной комплексной проводимости (1)

Сл—Св~Сс~С — .

Зоа

(9)

Суммарные активная и реактивная проводимости изоляции определяются по формуле (1), где в знаменателе разности близких чисел. Эти числа рассчитываются по (3)-(6), а затем используются для определения активных проводимостей изоляции отдельных фаз. Таким образом, на точность расчетов по (7) существенно

влияют погрешности измерений шести напряжений фаз сети относительно земли. Каждое измеренное напряжение можно представить в виде С/ + аЛС, где и - истинное значение напряжения, Л11 - абсолютная погрешность, а ае[-1,+]] и является коэффициентом, учитывающим множество факторов (помехи, инструментальную погрешность и т.п.). Даже в случае одинаковой абсолютной погрешности для всех напряжений получаются шесть различных коэффициентов, влияющих на точность определения параметров изоляции. Анализ такого большого количества параметров на точность расчета сопротивлений и емкостей изоляции не представляется возможным. В диссертации разработан численный метод оценки наибольшей теоретически возможной погрешности определения параметров изоляции отдельных фаз, т.е. оценка погрешностей сверху. Такая оценка позволила установить требования к точности измерений напряжений фаз относительно земли. Она была проведена с учетом следующих допущений: I) абсолютная погрешность А11 одинакова для всех напряжений и равна наибольшей возможной, 2) коэффициенты а принимают предельные значения +1 или -1.

Погрешность расчетов сопротивлений изоляции фаз относительно земли по (7) и (9) однозначно определяют сочетания знаков а в шести напряжениях. При этом из 26 = 64 различных сочетаний а для всех измеренных напряжений существуют некоторые варианты, для которых погрешность расчетов оказывается наибольшей. Эта наибольшая погрешность является оценкой точности и позволяет принципиально установить применимость выбранного метода для расчета параметров изоляции отдельных фаз.

Численный метод заключается в следующем: в соотношениях (7) и (9) подставляются элементы вектора напряжений фаз относительно земли с учетом погрешностей в виде

[¿7]=[с/]+Ы-ас/,

где \и] = [иА,ив,ис,и'А,и'в,и'с]т — вектор истинных напряжений фаз относительно земли (соответствующие напряжения с апострофом, когда между землей и . фазой подключено добавочное сопротивление);

13

[а]=[аА,ав,ас,а'А,а'в,а'с]т - вектор коэффициентов (at =±1), формирующийся в виде столбца матрицы [DD\. [«] = coIumn(k,[DD]), где матрица [DD] была получена следующим образом. Вначале была сформирована матрица [А] размерностью [6x64]

Л,о =mod(/:,2), =mod

где каждый столбец представляет собой шестиразрядное двоичное число, N = 6, m 6(l,2,..JV-l), ke(0,\...2N -1). Затем образована матрица [ЛО]: [DD] = [2 • [Л]+[Л]]т, где все элементы матицы В равны -1.

Математическая модель «Обратная задача», включающая численный метод оценки максимальной погрешности определения параметров изоляции отдельных фаз, названа математической моделью «Оценка погрешностей».

Таким образом, с помощью разработанной математической модели «метода добавочной проводимости» выполнен анализ влияния погрешностей измерения напряжений фаз относительно земли на точность определения параметров изоляции сети. Установлено, что незначительная погрешность измерения напряжений приводит к большим погрешностям в расчетах параметров изоляции отдельных фаз.

В третьей главе предложен метод, в котором предлагается подключать добавочную проводимость поочередно (циклически) к каждой из трех фаз - А, В, С, А, В и т.д. Как показали численные и экспериментальные исследования, удается существенно снизить погрешность определения сопротивления изоляции в той фазе, к которой подключается добавочная активная проводимость. Поэтому в каждом подключении сопротивление изоляции следует определять только в одной фазе, в той, к которой подключается добавочная проводимость.

В таблице 1 приведены результаты численного эксперимента с учетом циклического переключения добавочной проводимости между фазами сети и землей. В таблице приведены max наибольшие положительные и min наибольшие отрица-

•2"

Т

-,2

тельные максимальные погрешности из 64 вариантов сочетаний знаков абсолютной погрешности, являющиеся верхней теоретической оценкой погрешностей. Как видно, в наихудшем случае погрешность составляет порядка 15%, что можно считать приемлемым. При этом среднеквадратическая погрешность АКср.кв не выходит за 10% (см. данные в выделенных прямоугольниках). Таким образом, на практике погрешности будут меньше, что подтверждается физическим экспериментом, проведенным в работе.

Таблица 1. Максимальные (теоретические) погрешности (%) определения сопротивлений несимметричной изоляции отдельных фаз при циклическом подключении добавочной проводимости между каждой фазой сети и землей

Й1=ЗОкОм 15 кОм й3 = 9,4 кОм

ЯдобкЛ гдобкЛ ЙобКС &.05КЙ £иобК С £добкЛ £лоб к В £цоб к С

Ял = А £ II 3 Ял = Яз ЯА = Я\ Ял -Я2 Яа = Яз Ял = Я1 Ял = Ял = Яз

Яв = Дг Яв = Я з Яв = Я1 Яв = Яг Яв = Яз Яв = Я1 Яв = Яг Яв = Яз Яв = Я1

Яс = Я э Дс = Д 1 Яс = Яг Яс-Яз Яс=Я 1 ЯС = Я2 Яс**Яз Яс = Я\ Яс=Я2

" АЯтах 14,9 17,6 28,7 -5,4 5,8 8,7 5,4 5,8 10,3

АЯтп -16,5 -17,0 -30,1 5,5 -5,6 -10,6 -5,8 -5,6 -10,2

ЛКср.кв 7,6 10,2 12,4 2,7 2,8 5,2 2,8 2,8 4,6

Циклическое подключение добавочной проводимости между землей и фазами сети позволяет обеспечить приемлемую точность расчетов сопротивлений изоляции отдельных фаз.

Для реализации циклического подключения добавочной проводимости к фазам сети целесообразно синхронизировать моменты включения с моментами перехода кривой напряжения соответствующей фазы через нуль - переходные процессы будут иметь меньшие диапазоны изменения напряжений. Для этого синусоиды напряжений преобразуются в меандры и^ ив, и& показанные на рис. 3. В момент 0 (вверху шкала времени представлена в периодах напряжения сети) добавочная проводимость подключается к фазе А, а через два периода - отключается. Аналогично для фаз В я С. Процесс включения и отключения отражают графики положения ключей (К/, К2, К3). Согласованные по уровню напряжения фаз относительно

15

земли оцифровываются и записываются в массив данных. Записанные данные обрабатываются, и вычисляется сопротивление изоляции только той фазы, к которой была подключена добавочная проводимость, и результат также записывается в память. О 1Т 2Т ЗТ 4Т 5Т 6Т 7Т 8Т 9Т

«л ' ' иг] "с К,

К2 К3\

Кацп

интервалы определения напряжений фаз относительно земли Рис. 3 Временные диаграммы цифрового измерения напряжений Для исследования длительностей переходных процессов разработана математическая модель в предположении, что коммутация (подключение или отключение добавочной проводимости в фазе А) происходит в момент времени, когда напряжение фазы А сети проходит через нуль [км{0) = 0]. При этом все фазные ЭДС сети получают некоторую не нулевую дополнительную начальную фазу а.

Математическая модель получена из схемной модели рис.1, представленной в операторной (Лаплас) форме (рис. 4)

N

Еа*

ю

I

£доб

Ял

и«п(р)

1

Свр

иА(р)

слил{0) Г

Кб

I

О

)Ев(р)

Ес(р)0)

1

Свр

ад

Св»в(0) ^ Яс

1

Сср

Сфск0)

Я

Рис. 4 Схемная модель изоляции сети в ойераторной форме 16

Из схемной модели найдено изображение напряжения смещения нейтрали, затем по формуле разложения (Хевисайда) определен оригинал

где коэффициенты А, В и £> определяются параметрами изоляции и фазным напряжением сети, а Б еще зависит и от начальных значений напряжений фаз относительно земли иСл(0), исв(О), нсс(0), постоянная времени т зависит только от параметров изоляции сети

Поскольку напряжения фаз относительно земли однозначно определяются разностью между соответствующим фазным напряжением сети и напряжением смещения нейтрали (10), то математическая модель напряжений фаз относительно земли в переходных процессах представляет собой композицию из синусоидальной и экспоненциальной функций с декрементом затухания, зависящим от параметров изоляции сети:

Математическая модель позволила установить, что длительность переходного процесса при включении и отключении добавочной проводимости в каждую из фаз сети не более периода напряжения сети (0,02 сек.), если ёмкость сети относительно земли и активные сопротивления изоляции лежат в диапазоне уставок аппаратов защиты от токов утечки. С учетом длительности переходных процессов необходима пауза после коммутации для правильного измерения напряжений. Поэтому напряжения фаз относительно земли определяются через период после под-

(10)

(П)

ключения добавочной проводимости и примерно через 1,2 периода - после отключения (рис.3).

В линейной цепи переходные процессы во всех элементах происходят по одному и тому же закону. Поэтому длительность переходного процесса по определяет общую длительность переходных процессов. На практике, длительностью переходного процесса принято считать интервал времени, равный Зт. С учетом (11) получим длительность переходного процесса

Д? = 3 т = 90г1, (13)

где .Йе - суммарное (трёх фаз) активное сопротивление изоляции сети относительно земли. Из (13) следует, что время переходного процесса тем больше, чем больше общая ёмкость и суммарное активное сопротивление сети относительно земли.

Таким образом, паузы в один и 1,2 периода, приведенные на временных диаграммах (см. рис. 3) достаточны, чтобы измерения напряжений фаз относительно земли с добавочной проводимостью и без неё выполнялись в установившемся режиме сети уже после окончания переходных процессов.

Для непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз предложен следующий алгоритм расчета параметров изоляции:

вначале по измеренным (в цифровой форме) мгновенным напряжениям фаз относительно земли рассчитываются действующие напряжения, затем определяется комплексное напряжение смещения нейтрали без добавочной проводимости gДoб и с добавочной проводимостью между линейным проводом одной из фаз и землей;

после того, как рассчитаны напряжения смещения нейтрали, рассчитывается полная комплексная проводимость изоляции всех фаз сети относительно земли, где вещественная часть является суммарной активной проводимостью, а мнимая часть - суммарной реактивной проводимостью трехфазной сети относительно земли;

далее рассчитываются активные проводимости отдельных фаз в предположении равенства (СА = Св = Сс) емкостей фаз сети относительно земли.

Основная проблема реализации такого алгоритма состоит в требовании высокой точности измерений фазных напряжений относительно земли - погрешность не должна превышать 0,5%, поэтому на практике необходимо цифровое измерение напряжений.

Таким образом, на основании результатов исследований, приведенных в третьей главе, установлено, что:

- длительность переходных процессов не превышает полутора периода;

- необходимо измерять напряжения фаз с высокой точностью;

- подключать добавочную проводимость циклически;

- определять сопротивление изоляции только той фазы, к которой подключается добавочная проводимость.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований. Для проверки полученных результатов численных экспериментов была проведена интерпретация натурного эксперимента. Сопротивления изоляции отдельных фаз сети относительно земли "были представлены набором резисторов и конденсаторов (номиналы: 30 кОм, 15 кОм и 4.7 кОм, 0,5 мкФ, 1 мкФ и 2 мкФ), резистор номиналом 10 кОм для добавочной активной проводимости и конденсаторы емкостью 0,5 мкФ и 1 мкФ для реактивной. Резисторы были подобраны так, чтобы сопротивления не отличались от номиналов более чем на 1%. В качестве измерительных приборов для измерения фазных напряжений относительно земли и напряжений смещения нейтрали выступали обычные цифровые мультиметры, абсолютная погрешность измерения напряжений которых (по данным производителя) не превышает ±(1,2% измеренной величины + 1 В) и 2,5-3 В. В качестве трехфазного источника был использован лабораторный стенд ЭВ-4 с напряжением 220 В.

Цикл измерений включал предварительное измерение сопротивлений омметром, предварительный выбор требуемых резисторов и конденсаторов, циклическое подключение и отключение добавочной проводимости к фазам А, В, С, А, В и т.д. и измерения при этом напряжений фаз относительно земли и обработку полученных данных. Такой цикл измерений повторялся 5-6 раз. При этом добавочная проводимость была не только активной, но и ёмкостной.

Проведенные исследования показали, что при включении вместо активной добавочной проводимости реактивной результаты оказались примерно такими же. Программа эксперимента строилась по алгоритму измерений, описанному выше. В таблице 2 приведены погрешности определения параметров изоляции отдельных фаз по экспериментально измеренным напряжениям.

Таблица 2. Погрешности (%) определения сопротивлений несимметричной изоляции и ёмкости отдельных фаз при циклическом подключении добавочной проводимости мезвду каждой фазой сети и землей

Ra = 30 кОм Rg- 15 кОм .Rc = 9,4кОм С

Л^ср-кв 12,8% 6,6% 2,1% 6,6%

Таким образом, проведенные эксперименты подтвердили принципиальную возможность использования метода добавочной проводимости. Даже при относительно больших погрешностях измерений напряжений погрешности (средние квадратичные) не превышают 12,8%.

В пятой главе приведено описание алгоритма непрерывного контроля сопротивления изоляции. Приведены алгоритмы расчета параметров изоляции и алгоритм анализа (сравнения с предельно допустимыми значениями) полученных данных. Разработана имитационная модель (в пакете MATLAB MathWorks Inc.) цифрового измерения напряжений фаз относительно земли непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз шахтной электрической сети, реализующая алгоритм и «метод добавочной проводимости» предложенный в диссертации.

В главе выполнена оценка длительности переходных процессов при коммутации добавочной проводимости и установлены моменты времени подключения добавочной проводимости к каждой фазе сети, а также интервалы времени, необходимые для расчета параметров сопротивления изоляции.

Моделирование цифрового измерения напряжений фаз относительно земли позволило:

- установить, что переходные процессы длятся не более полутора периода;

- показать, что для обеспечения приемлемой точности в резистивных делителях напряжений необходимо использовать дополнительные подстроечные резисто-

ры для установки одинаковых коэффициентов деления напряжения по всем фазам (погрешность не более ± 0,5 %);

- установить, что погрешность расчетов сопротивлений изоляции оказывается примерно такой же, как и в численных расчетах;

- подтвердить возможность реализации алгоритма непрерывного контроля изоляции.

Все данные, полученные в ходе численных и физических экспериментов, а также моделирования, сведены в таблицу 3, где сходимость результатов определения параметров изоляции лежит в пределах 15%, что свидетельствует о достоверности полученных результатов.

Таблица 3. Сходимость результатов определения параметров изоляции отдельных фаз (в скобках отличие от математической модели)

Ял,Ом Д5,Ом Лс, Ом

Математическая 34470 15870 10368,2

Имитационная 31440, (- 8,79%) 15885, (0,09%) 8892, (-14,23%)

Физическая 38850, (12,71%) 17490, (10,21%) 9127, (-11,97%)

Таким образом, разработанные математические модели и результаты исследования непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз в шахтных электрических сетях напряжением до 1 кВ позволят на практике повысить эффективность, надежность и безопасность работы систем электроснабжения шахт и рудников.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена актуальная научная задача - математического моделирования параметров изоляции и токов утечки отдельных фаз в шахтных электрических сетях напряжением до 1 кВ без нарушения эксплуатационных режимов, что позволяет повысить эффективность, надежность и безопасность использования электрической энергии в специфических условиях горного производства за счет своевременного выявления участков сети с пониженным уровнем сопротивления изоляции.

Основные выводы, научные и практические результаты, полученные в работе.

1. Обоснована необходимость непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей, что позволяет оценивать как текущее, так и прогнозируемое состояние изоляции, а также позволяет предотвращать превышение токами утечки отдельных фаз на землю допустимого уровня.

2. Создана математическая модель, описывающая параметры изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей по напряжениям фаз учитывающая влияние погрешностей измерения напряжений фаз относительно земли.

3. Предложен численный метод определения максимальной погрешности и пределов изменения параметров изоляции отдельных фаз от максимальных отклонений (абсолютная потрешность) напряжений фаз относительно земли.

4. Разработана математическая модель переходных процессов при коммутации добавочной проводимости между фазой и землей в шахтных сетях напряжением до 1 кВ, численно установлены длительности переходных процессов, которые не превышают полутора периода напряжения сети при условии, что параметры изоляции лежат в пределах уставок аппаратов контроля сопротивления изоляции.

5. Разработан алгоритм и комплекс программ определения параметров изоляции шахтных электрических сетей, обеспечивающие повышенную точность определения параметров изоляции отдельных фаз путем циклического подключения активного или реактивного добавочного сопротивления между каждой фазой сети и землей.

6. В рамках предложенных моделей экспериментально установлено, что из-за колебаний напряжения электрической сети в пределах ±0,4% погрешность определения сопротивления изоляции отдельной фазы может изменяться от -10,0% до +18,6% (среднеквадратичная 12,8%).

7. Разработана имитационная модель цифрового измерения напряжений фаз относительно земли для непрерывного контроля параметров изоляции, в основе которой реализован алгоритм циклического переключения добавочной проводимо-

сти, позволяющая исследовать влияние погрешностей измерений на параметры изоляции отдельных фаз электрических сетей с изолированной нейтралью.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Бабичев Ю.Е., Нагорных В.В. О погрешностях непрерывного определения параметров изоляции отдельных фаз относительно земли в электрических сетях с изолированной нейтралью - Горный информационно-аналитический бюллетень. -2010. -№2.-С. 232-239.

2. Нагорных В.В., Бабичев Ю.Е. Непрерывный контроль сопротивлений изоляции отдельных фаз низковольтных электрических сетей с изолированной нейтралью. - Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2010. - №3. -С. 59-65.

3. Нагорных В.В. Система непрерывного контроля сопротивлений изоляции отдельных фаз электрической сети с изолированной нейтралью. - Горное оборудование и электромеханика. - 2010. №2. С. 16-23.

Подписано в печать » 2010 г. Формат 60x90x16

Объем 1 печл. Тираж 100 экз. Заказ №

Отдел печати Московского государственного горного университета 119991, Москва, Ленинский пр., 6

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 ОБЗОР И АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА.

1.1 Классификация способов определения параметров изоляции в шахтных электрических сетях.

1.2 Способы определения параметров изоляции шахтных электрических сетей.

1.3 Обзор существующих средств непрерывного контроля изоляции.

1.4 Задачи исследования.

Глава 2 АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗОЛЯЦИИ ОТДЕЛЬНЫХ ФАЗ ШАХТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ.

2.1 Математическая модель «Прямая задача».

2.2 Математическая модель «Обратная задача».

2.3 Математическая модель «Оценка погрешностей».

2.4 ВЫВОДЫ.

Глава 3 МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗОЛЯЦИИ ОТДЕЛЬНЫХ ФАЗ.

3.1 Алгоритм и модель метода добавочной проводимости.

3.2 Математическая модель переходных процессов.

3.3 Алгоритм цифрового измерения напряжений и вычисления параметров изоляции.

3.4 ВЫВОДЫ.

Глава 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИЗОЛЯЦИИ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ.

4.1 Описание экспериментальной установки.

4.2 Программа эксперимента.

4.3 Основные результаты экспериментов.

4.4 Выводы.

Глава 5 ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗОЛЯЦИИ ОТДЕЛЬНЫХ ФАЗ.

5.1 Описание непрерывного контроля параметров изоляции.

5.2 Структура системы непрерывного контроля параметров изоляции.

5.3 Имитационная модель цифрового измерения напряжений фаз относительно земли в пакете MATLAB.

5.4 Выводы.

Эффективное использование электрической энергии в специфических условиях горных предприятий невозможно без обеспечения бесперебойного электроснабжения потребителей при эксплуатации шахтных электроустановок. Контроль сопротивления изоляции электрической сети с изолированной нейтралью является основным фактором эффективной, надежной и безопасной эксплуатации. Назначением такого контроля является предотвращение работы сети с поврежденной изоляцией и опасными утечками тока на землю, а так же защита людей от поражения электрическим током. Исходя из этого, нормативными документами, стандартами и правилами безопасности установлены значения сопротивлений изоляции сети относительно земли, при которых токи утечки превышают допустимый уровень и при которых аппараты контроля должны отключить сеть.

Математическое моделирование изоляции является одним из основных исследований состояния изоляции и токов утечек на землю в шахтных электрических сетях для создания инновационных аппаратов, устройств и систем непрерывного контроля изоляции.

Сопротивления изоляции сетей с изолированной нейтралью складываются из сопротивлений изоляции отдельных её элементов — кабельных линий и токоприемников, подключенных к данному понижающему трансформатору. С увеличением длины кабельной сети и ростом количества подключенного оборудования увеличивается вероятность низкого сопротивления изоляции и появления местных повреждений. Кроме того, сопротивление изоляции постепенно снижается за счет старения изоляционных материалов и тяжелых условий эксплуатации шахтных электрических сетей. Изоляция токоведущих частей электроустановок и электрической сети имеет сложную физическую структуру, однако при изучении электрических процессов, происходящих в ней, принято рассматривать упрощенную модель в виде параллельно соединенных активного сопротивления изоляции и емкости фазы, включенных между землей и каждой фазой сети.

Процесс повреждения изоляции электрооборудования и возможность прикосновения человека к находящимся под напряжением элементам электрической сети носит случайный характер и поэтому основным требованием, предъявляемым к аппаратуре контроля изоляции, является постоянная готовность ее к реагированию. Это может быть обеспечено, если аппаратура осуществляет непрерывный контроль сопротивлений изоляции фаз сети относительно земли, а элементы, производящие отключение сети при возникновении аварийной ситуации и снижающие кратковременный ток утечки, находятся в состоянии постоянной готовности выполнить свои функции при поступлении на них соответствующей команды, т.е. аппаратура в целом должна быть непрерывно действующей.

Назначением непрерывного контроля изоляции является предотвращение эксплуатации сети с поврежденной изоляцией и опасными утечками тока на землю, а так же защита людей от поражения электрическим током. Исходя из этого, определены уставки для аппаратов контроля изоляции, т.е. значения сопротивлений изоляции сети относительно земли, при которых аппарат должен отключить сеть. Допустимый длительный ток утечки /доп, при котором еще нет необходимости отключать сеть принимается равным 25 мА.

В электроустановках под воздействием влаги и пыли, естественного старения изоляции вызываемого перегревом, случайных механических повреждений изоляции отдельных фаз может оказаться, что сопротивления фаз относительно земли несимметричны. При этом ток утечки в отдельной фазе может превысить предельно допустимый даже, если общее сопротивление изоляции не меньше уставки (суммарного активного сопротивления изоляции) аппаратов защиты. Поэтому необходим непрерывный контроль параметров изоляции не всей сети, а отдельных фаз.

Влияние состояния изоляции на эффективность и надежность эксплуатации шахтного электрооборудования на протяжении последних 60-ти лет исследуется российскими учеными.

Большой вклад в развитие теории, в разработку и совершенствование устройств контроля изоляции, а также нормативных требований в этой области внесли Бацежев Ю.Г., Гладилин JI.B., Дзюбан B.C., Лейбов P.M., Озерной М.И., Петров Г.М., Петуров В.И., Чеботаев Н.И., Цапенко Е.Ф.,. Шурин Е.С, Шуцкий В.И., Шкрабец Ф.П. и другие. Исследования ученых Московского горного института (ныне МГГУ) показали, что отличия в 2 - 3 раза активных сопротивлений изоляции отдельных фаз друг от друга проявляются не менее чем в 20% электроустановок. Ёмкости отдельных фаз отличаются друг от друга в 2 и более раз примерно в 3% электроустановок. Влияние режима несимметричного состояния изоляции весьма важно с точки зрения эффективной и надежной эксплуатации электрооборудования. Однако существующие средства непрерывного контроля сопротивления изоляции и токов утечки не позволяют контролировать сопротивление изоляции пофазно.

Сосредоточенные параметры изоляции в нормальном режиме эксплуатации шахтных электрических сетей (с подключенными токоприемниками) определяются косвенными методами измерения. Известные математические модели методов определения параметров изоляции, лежащие в основе существующих аппаратов непрерывного контроля изоляции, токов утечки и защитного отключения построены в предположении равенства сопротивлений изоляции отдельных фаз и не позволяют определять параметры изоляции отдельных фаз.

Для непрерывного контроля изоляции возможно применение нескольких методов, но наиболее приемлемым для определения проводимостей изоляции отдельных фаз является так называемый «метод добавочной проводимости». Известные математические модели этого метода не учитывают погрешности измерений напряжений фаз относительно земли, что на практике приводит к существенным ошибкам в определении параметров изоляции и токов утечки.

Таким образом, комплексное исследование научной и технической проблемы непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей является актуальной.

Целью работы является разработка математических моделей и алгоритмов непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз для повышения эффективности, надежности и безопасности эксплуатации шахтных электрических сетей.

Идея работы состоит в использовании метода определения параметров изоляции сети по измеренным напряжениям фаз относительно земли, реализованного в математических моделях и алгоритмах непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз.

Объект исследования - параметры изоляции и токи утечки на землю отдельных фаз относительно земли в шахтных электрических сетях напряжением до 1 кВ.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Разработана математическая модель, описывающая сосредоточенные параметры изоляции шахтных электрических сетей как функций напряжений фаз относительно земли и учитывающая влияние погрешностей измерений названых напряжений.

2. Показано, что точность определения параметров изоляции отдельных фаз (зависящая от погрешности измерений напряжений фаз относительно земли) можно повысить за счет циклического подключения добавочной проводимости к каждой фазе и определять сопротивление изоляции только той фазы, к которой подключается добавочная проводимость.

3. Математическая модель переходного процесса, возникающего в результате коммутации добавочной проводимости между любой фазой и землей, позволяющая установить его временные параметры, и представляющая собой композицию из синусоидальной и экспоненциальной функций с декрементом затухания зависящим от параметров изоляции сети.

4. Комплекс программ, позволяющий определять параметры изоляции отдельных фаз с учетом влияния погрешностей измерений напряжений фаз относительно земли.

Обоснованность и достоверность научных выводов, положений и рекомендаций подтверждается: применением известных методов анализа электрических цепей в сочетании с использованием современных средств вычислительной техники; проверкой основных положений теории определения параметров изоляции отдельных фаз низковольтных электрических сетей с изолированной нейтралью с привлечением физического, математического и имитационного моделирования и удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (максимальная относительная погрешность не превышает 15 %). сравнением результатов, полученных из аналитической оценки длительности переходных процессов (22 мс без §ДОб и 14 мс с §доб) и имитационного моделирования (25 мс без gдoб и 16 мс с gдoб) непрерывного контроля сопротивлений фаз изоляции сети.

Научная новизна полученных результатов исследования состоит: в разработке математической модели и установлении зависимости погрешностей определения параметров изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей от абсолютных погрешностей измерения напряжений относительно земли; в разработке математической модели и установлении влияния величин параметров изоляции сети относительно земли на длительность переходных процессов при подключении и отключении добавочной проводимости между землей и фазами сети, что в совокупности позволит дополнить теорию диагностики состояния изоляции электрических сетей с изолированной нейтралью.

Практическая значимость работы заключается:

1. В обосновании необходимости непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей, позволяющего прогнозировать состояние изоляции и предотвратить превышение токов утечки отдельных фаз допустимого уровня.

2. Результаты, вытекающие из комплекса программ, построенных на основе разработанных математических моделей, могут быть использованы: для расчета параметров изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей, с учетом влияния погрешностей измеренных напряжений фаз относительно земли; для расчета длительности переходных процессов в шахтных электрических сетях, с учетом влияния параметров изоляции отдельных фаз и напряжений фаз.

Апробация работы. Научные положения и основные результаты исследований докладывались и обсуждались на научных семинарах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2009 — 2010 гг.), кафедр Электротехники и информационных систем, Высшей математики и Электрификации и энергоэффективности горных предприятий, МГГУ (2008 - 2010 гг.).

Реализация результатов работы.

Результаты диссертации использованы ФГУП «Гипроуглеавтоматизация» для проектирования подсистем защитного отключения, о чем имеется акт внедрения результатов.

Отдельные результаты диссертации используются кафедрой Электротехники и информационных систем МГГУ в учебном процессе при подготовке студентов специальности 230201 - «Информационные системы и технологии» в дисциплинах «Первичные и микропроцессорные преобразователи в информационных системах», «Электробезопасность», «Моделирование систем» и «Информационно-измерительные системы», о чем имеется акт внедрения результатов.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю проф. Бабичеву Ю.Е. и коллективу кафедры «Электротехники и информационных систем» за научную, методическую помощь и поддержку в процессе работы над диссертацией.

Основные выводы, научные и практические результаты, полученные в работе.

1. Обоснована необходимость непрерывного контроля параметров изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей, что позволяет оценивать как текущее, так и прогнозируемое состояние изоляции, а также позволяет предотвращать превышение токами утечки отдельных фаз на землю допустимого уровня.

2. Создана математическая модель, описывающая параметры изоляции отдельных фаз шахтных электрических сетей по напряжениям фаз учитывающая влияние погрешностей измерения напряжений фаз относительно земли.

3. Предложен численный метод определения максимальной погрешности и пределов изменения параметров изоляции отдельных фаз от максимальных отклонений (абсолютная погрешность) напряжений фаз относительно земли.

4. Разработана математическая модель переходных процессов при коммутации добавочной проводимости между фазой и землей в шахтных сетях напряжением до 1 кВ, численно установлены длительности переходных процессов, которые не превышают полутора периода напряжения сети при условии, что параметры изоляции лежат в пределах уставок аппаратов контроля сопротивления изоляции.

5. Разработан алгоритм и комплекс программ определения параметров изоляции шахтных электрических сетей, обеспечивающие повышенную точность определения параметров изоляции отдельных фаз путем циклического подключения активного или реактивного добавочного сопротивления между каждой фазой сети и землей.

6. В рамках предложенных моделей экспериментально установлено, что из-за колебаний напряжения электрической сети в пределах ±0,4% погрешность определения сопротивления изоляции отдельной фазы может изменяться от -10,0% до +18,6% (среднеквадратичная 12,8%).

7. Разработана имитационная модель цифрового измерения напряжений фаз относительно земли для непрерывного контроля параметров изоляции, в основе которой реализован алгоритм циклического переключения добавочной проводимости, позволяющая исследовать влияние погрешностей измерений на параметры изоляции отдельных фаз электрических сетей с изолированной нейтралью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена актуальная научная задача - математического моделирования параметров изоляции и токов утечки отдельных фаз в шахтных электрических сетях напряжением до 1 кВ без нарушения эксплуатационных режимов, что позволяет повысить эффективность, надежность и безопасность использования электрической энергии в специфических условиях горного производства за счет своевременного выявления участков сети с пониженным уровнем сопротивления изоляции.

1. A.c. СССР 1215057 МКИ G01 R 27/18. Способ определения параметров изоляции трехфазных эл. сетей с изолированной нейтралью до 1000 В. / Б.Б. Утегулов. Опубл. Бюл. №8, 1986.

2. A.c. СССР 1239635 МКИ Н02 Н 27/18. Способ определения активных параметров изоляции электрической сети с изолированной нейтралью/ Ю.Г. Бацежев, А.Г. Машкин. опубл. Бюл. №23, 1986.

3. A.c. СССР 1406522 МКИ G01 R 27/18. Устройство для контроля активных параметров фазной изоляции эл. сети с изолированной нейтралью и устройство для его осуществления. / А.Г. Машкин, Ю.Г. Бацежев, В.Ф. Кузин. Опубл. Бюл. №24, 1988

4. A.c. СССР 1503027 МКИ G01 R 27/18. Способ определения сопротивления изоляции фаз сети. / Е.Ф. Цапенко, С.Д. Уманский, Д.Н. Чучелов и др. Опубл. Бюл. №31, 1989

5. A.c. СССР 1567997 МКИ G01 R 27/18. Способ определения проводимо-стей изоляции фаз на землю в сети с изолированной нейтралью / В.З. Манусов, И.Л. Озерных, С.Н. Удалов и др. Опубл. Бюл. № 20,1991.

6. A.c. СССР 1822985 МКИ G01 R 27/18. Способ определения параметров изоляции сети с изолированной нейралью относительно земли/ Бацежев Ю.Г., Дудченко О.Л., Петуров В.Н. Опубл. бюл. № 23, от 23.06.93

7. A.c. СССР 432425 МКИ Н02 Н 3/16 Устройство определения пофазного сопротивления изоляции / В.Л. Гладилин, Н.Ш. Шаякберов. Опубл. Бюл. №22, 1974.

8. A.c. СССР № 1 453 509 МПК Н 02 Н 5/12 Устройство для защиты от токов утечки в электрической сети с изолированной нейтралью, авторы Ко-ровкин В.А. Киампо Е.М. от 23.01.89

9. A.c. СССР1226345 МКИ G01 R 27/18. Способ определения комплексной проводимости изоляции относительно земли в сети с изолированной нейтралью и устройство для его осуществления . / И.И. Румянцев, Е.Ф. Цапенко, Д.М. Чекарьков и др. Опубл. Бюл. №15, 1986

10. Ю.Бабичев Ю.Е. Новые подходы к измерениям и контролю токов утечки в шахтных сетях. М.: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2004. № 6. С. 294-297.

11. П.Бабичев Ю.Е., Алексеев A.A. Влияние несимметрии параметров изоляции отдельных фаз относительно земли в сетях с изолированной нейтралью на токи утечек. В сб. Электросбережение, электроснабжение электрооборудование. Новомосковск. 1998. С. 77-79.

12. Бабичев Ю.Е., Хиврин М.В. Обеспечение безопасности эксплуатации рудничных электросетей напряжением до 1200 В. М. : сб. научн. трудов ГИПРОУГЛЕАВТОМАТИЗАЦИЯ, "Автоматизация, управление, безопасность, связь в угольной промышленности", 2003. С. 153-164

13. Бабичев Ю.Е., Цапенко Е.Ф. Определение токов утечки отдельных фаз в шахтных сетях с изолированной нейтралью, сб. научн. тр. XI Международной конференции Электробезопасность. Вроцлав, Польша, 1997. С.433-438.

14. И.Барыбин Ю.Г., Федоров Л.Е., Зименков М.Г., Смирнов А.Г. Справочник по проектированию электроснабжения. М.: Энергоатомиздат, 1990. . с.

15. Бацежев Ю.Г. Немцев Г.А. Определение проводимостей трехфазных электрических сете с изолированной нейтралью относительно земли. В кН. «Повышение надежности и электробезопасности систем электроснабжения горнорудных предприятий». Качканар, 1979. с. 34-35.

16. Бессонов Е.А. Исследование способов измерения параметров изоляции шахтных низковольтных трехфазных эл. сетей с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В. Автореф. канд. техн. наук. Кемерово : Куз-ПИ, 1967. 20 с.

17. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник для вузов. 10-е изд. М.: Гардарики, 2002. 638 с.

18. Ванеев Б.Н., Воронцов О.М., Гостищев В.М. Эксплуатационные испытания на надежность аппаратов защиты от токов утечек тока АЗПБ в участковых сетях угольных шахт / Взрывозащищенные электрические аппараты. Донецк, 1984. С.43-49.

19. Волотковский С.А., Шкрабец Ф.П., Пивняк Г.Г., Кигель Г.А., Фурсов В.Д., Сидоренко И.Т., Коротун A.B., Электрификация горных работ: Учебник для вузов. Киев. : 1980. 448 с.

20. Гладилин B.JI Исследование условий безопасности рудничных сетей с изолированной нейтралью. Автореф. докт. техн. наук. JL: ЛГИ, 1954. 20 с.

21. Гладилин В.Л. Измерение сопротивления изоляции рудничных электрических сетей. В кН. «Совершенствование разработки угольных месторождений». М.: Углетехиздат, 1955. с. 381-402

22. Гладилин Л.В., Меньшов Б.Г., Щуцкий В.И., Антонов В.И., Бородин Н.И. Изоляция подземных электроустановок шахт и электробезопасность, под общей ред. Л.В.Гладилина. М.: Недра, 1966 . 262 с.

23. Гладилин Л.В., Щуцкий В.И., Бацежев Ю.Г., Чеботаев Н.И. Электробезопасность в горнодобывающей промышленности. М. : Недра, 1977. 326 с.

24. Горная промышленность, горное дело, горно-шахтное оборудование -Угольный портал. Электронный ресурс.: URL: http ://coal. dp .ua/index.php?option=comcontent&view=article&id=302:-4-4&catid=152:energy7&Itemid=50 (дата обращения 06.06.2010)

25. ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов. М. : Издательство стандартов, 1983. изм. №1 от 01.07.1988

26. ГОСТ 12.4.155-85 Устройства защитного отключения. /Классификация. Общие технические требования. М.: Издательство стандартов, 1987.

27. ГОСТ 24013-80 Резисторы постоянные. Основные параметры М. : Издательство стандартов, 1981. изм. №1 от 01.10.1983, изм. №2 от 01.10.1990, изм. №3 от 12.09.2008.

28. ГОСТ Р 50571.3 94 (МЭК 364-4-41-92) Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Защита от поражения электрическим током. М. : Издательство стандартов, 1995: • • •

29. ГОСТ Р 52273-2004, Устройства защиты от токов утечки рудничные для сетей напряжением до 1200 В. М.: Издательство стандартов, 2004.

30. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. JI.: Энергоатомиздат, 1990. 288 с.

31. Демирчян К.С., Нейман JI.P., Коровкин Н.В., Чечурин B.JI., Теоретические основы электротехники. Учебник для вузов в 3-х т. СПб.: Том 1. 4-е, Питер, 2004. 377 с.

32. Дзюбан B.C. Аппараты защиты от токов утечки в шахтных электрических сетях. М.: Недра, 1982. 150 с.

33. Дзюбан B.C. Взрывозащищенные аппараты низкого напряжения. М. : Энергоатомиздат, 1993. 240 с.

34. Дзюбан B.C., Воронцов О.М., Кононенко В.П. Аппарат защиты от токов утечки унифицированный рудничный АЗУР и опыт его эксплуатации на шахтах. Уголь. 1989. № 10. С. 30-32.

35. Дзюбан B.C., Воронцов О.М., Кононенко В.П. Повышение надежности аппаратов защиты от токов утечек тока на землю. Уголь Украины. 1988. №4. С. 30-31.

36. Дзюбан B.C., Воронцов О.М., Кононенко В.П. Совершенствование устройства автоматической компенсации аппаратов защиты от утечек шахтных эл. сетей. Безопасность труда в промышленности. 1987. № 7. С. 4142.

37. Дьяконов В. Simulink 4: Специальный справочнок. СПб. : Питер, 2002. 528 с.

38. Евдокимов Ф.Е., Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1965. 611 с.

39. Желиховский Х.М. Метод расчета параметров схемы защиты от утечек типа УАКИ в шахтных эл. сетях. Горная механика и автоматика. 1971. вып. 18. С.24-29

40. Иванов Е., Дьячков А. Как правильно измерить сопротивление изоляции электроустановок. Новости электротехники. 2(14)2002.

41. Ильин В.А., Телеуправление и телеизмерение. Учеб. пособие для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М. :Энергоиздат, 1982. 560 с.

42. Информационно-справочный ресурс по радио электронике, электронным компонентам и радиодеталям для радиолюбителей и профессиональных разработчиков электронной Электронный ресурс.: М. URL: www.chipinfo.ru (дата обращения 05.02.2010)

43. Казанский В.Е. Специальные вопросы измерений в электрических системах. М.: Энергия, 1967. 72 с.

44. Калашников Н.С., Кустов А.Г., Панайотис С.К. Перспективные методы контроля сопротивления изоляции разветвленных электрических сетей. М.:С. 29-31.

45. Кауфман М., Сидман А.Г. Перевод с английского Пароля Н.В., Юдачевой Е.А. Практическое руководство по расчетам схем в электронике. М. : Энергоатомиздат, 1991. 368 с.

46. Колосюк В.П. Защитное отключение рудничных электроустановок . М. : Недра, 1980. 334 с.

47. Коряков Д.В. Разработка способа и устройства контроля изоляции в электрических сетях напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью. Дисс. канд. техн. наук. Челябинск.: Юж.-Ур.ГУ, 2005.

48. Кузнецов Э.В., Киселев В.И., Рослякова Е.И. Учебный компьютерный комплекс для неэлектротехнических специальностей, вузов «Электротехника и электроника» /Компьютерный учебник. Электронный ресурс.: М. URL: http://cnit.mpei.ac.ru/umk/ee/

49. Кузнецов Ю.Н., Езерский М.Ю. Структура алгоритма синтеза технологической системы шахты с учетом фактора неопределенности информации М. : Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2008. № 6. С. 206-209.

50. Кузнецов Ю.Н., Казанцев В.Г., Карпов A.B. Моделирование параметров интенсивной технологии анкерного крепления подготовительных выработок М. : Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2005. № 3. С. 336-338.

51. Лаевский С.Г., Демченко Н.П., Бацежев Ю.Г., Чехлатый H.A. Автоматизация управления электроснабжением шахт. М. : КЕДРА, 1992. 296 с.

52. Лазарев А.И. Разработка систем защитного отключения для шахтных электрических сетей напряжением до 1 кВ с частотно-регулируемым электроприводом. Дисс. канд. техн. наук. М. : МГГУ, 1998.

53. Лейбов P.M. Утечки в шахтных электрических сетях. М : Углетехиздат, 1952. 178 с.

54. Лейбов P.M., Озерной М.И. Электрификация подземных горных работ. М. : Недра, 1972. 464 с.

55. Манойлов В.Е. Основы электробезопасности. Л. : Энергоатомиздат, 1991. 480 с.

56. Машкин А.Г. Надежность изоляции электроустановок и механизмы низкочастотных поляризаций. В кН. «Оптимизация и автоматизация систем электроснабжения». Чебоксары, 1987. с. 64-66.

57. Меньшов Б.Г., Ейвин В.И., Мироненко Е.С. Определение комплексной проводимости на землю эл. сетей с изолированной нейтралью. «Труды МИРЭА», 1971, вып. 50, с. 12-20.

58. Морозов В.П., Яковлев А.Е., Каменский П.П. Справочник по электроснабжению угольных шахт. М.: Недра, 1975. 576 с.

59. Мотуско Ф.Я., Защитные устройства в электроустановках. М. : Энергия, 1973. 195 с.

60. Нагорных В.В. Бабичев Ю.Е. Непрерывный контроль сопротивлений изоляции отдельных фаз низковольтных электрических сетей с изолированной нейтралью. Журнал Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. М. : НАУЧТЕХЛИТИЗДАТ, 2010. №2. С. 59-65.

61. Нагорных В.В. Информационная сеть на основе протокола передачи данных RS-485 для акустического интегрального анемометра. М. : Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2006. № 9. С. 343-356.

62. Патент РФ № 2 042 245 МПК Н 02 Н 5/12 Устройство защитного отключения. Курочкин В.П. Публ. от 20.08.1995

63. Патент РФ № 2 063 049 МПК G 01 R 31/02 Устройство для контроля состояния электроизоляции электроустаново. авторы Андриенко П.Д.(иА), Жуловян B.B.(RU), Сухарев В.Н. (UA), Шапошников В.Ф.(иА), Лисунец B.C.(UA). Пуюл. от 27.06.96

64. Патент РФ № 2 136 011 МПК G 01 R 31/02 Способ определения актиной и емкостной сотавляющих сопротивления изоляции фаз сети относительно земли, авторы Лапченкова К.В., Сидорова А.И. от 10.12.06

65. Патент РФ № 2 136 011 МПК G 01 R 31/02. Способ определения актиной и емкостной сотавляющих сопротивления изоляции фаз сети относительно земли/ "Челябинский государственный технический университет Бюл. №34 от 10.12.06"

66. Патент РФ № 2 148 264 МПК G 01 R 31/02 Устройство для контроля сопротивления изоляции протяженных подземных объектов, авторы Ве-ликжанин Н.К., Сачков Н.Г., Золотых О.В., Долгушин А.Ю. Публ. от 27.04.2000

67. Патент РФ № 2 169 375 МПК G 01 R 27/18 Устройство для измерения емкости сети с изолированной нейтралью/ "Науно-технический центр Всероссийского электротехнического института им. В.И. Ленина, автор Дол-гополова А.Г. Публ. Бюл. №17 от 20.06.01

68. Патент РФ № 2 174 690 МПК G 01 R 31/08 Способ определения поврежденного присоединения и места однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью, авторы Авданин В.В., Никитин К.И., Тупуреин В.Ю. Публ. от 10.10.2001

69. Патент РФ № 2 208 799 МПК G 01 R 19/06 Устройство выделения активной составляющей тока проводимости. ЗАО "Феникс-88". Публ. от 20.07.2003

70. Патент РФ № 2 214 612 МПК G 01 R 31/02 Устройство для контроля тока утечки, автор Лучкин С.Л. от 20.10.2003

71. Патент РФ № 2 216 086 МПК Н 02 Н 9/00 Устройство для ограничения токов несимметричных коротких замыканий в многофазной высоковольтной сети. ОАО "Научно-исследовательский и проектно-изыскательский институт". Публ. от 10.11.2003

72. Патент РФ № 2 217 769 МПК О 01 Я 31/02 Селективное устройство для определения однофазных замыканий в кабельных линиях, авторы Коше-лев В.И., Андреев В.Г., Воскресенский А.В., Дубов Д.А. Публ. от2711.2003

73. Патент РФ № 2 230 332 МПК О 01 Я 27/16 Устройство для измерения электрического сопротивления изоляци. НКБ "МИУС" ТРТУ Публ. от1006.2004

74. Патент РФ № 2 297 010 МПК О 01 Я 27/00 Метод измерений комплексных сопротивлений. Озеров И. А. Публ. от 10.04.2007

75. Патент РФ № 2 299 444 МПК в 01 Я 31/02 Устройство контроля изоляции электрических цепей, авторы Вареник Е.А.(иА), Дзюбан В.С.(иА) Публ. от 20.05.2007

76. Петров Г.М. Контроль параметров изоляции электрических сетей промышленных предприятий с тяжелыми условиями эксплуатации. М.: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2004. № 4. С. 270-271.

77. Петров Г.М. Электрификация строительства городских подземных сооружений. М.: Горная книга, 2008. 210 с.

78. Петров Г.М., Дедов В.В., Совместная эксплуатация электрических сетей с различными режимами нейтрали. М.: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2005. № 5. С. 247-248.

79. Петров Г.М., Логвиненко A.B. Микропроцессорное устройство контроля электрических сетей напряжением до 1140 В. М. : Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2002. № 08. С. 18-20.

80. Петуров В.И. Исследование и разработка способов и средств контроля параметров изоляции рудничных электрических сетей. Дисс. канд. техн. наук. М.: МГИ, 1992. ,

81. Правил безопасности в угольных шахтах. Коллектив авторов. ПБ 05-61803 М.: ФГУП НТЦ Промышленная безопасность, 2003.

82. Правила устройства электроустановок. 7-е изд., перераб. и доп. Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2008. 511 с.

83. Светличный П.Л. Справочник энергетика угольной шахты. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Недра, 1971. 648 с.

84. Смирнов В.Н., Соколов Б.А., Соколова Н.Б. Монтаж электрических установок. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Энергоиздат, 1982. 600 с.

85. Справочные данные микросхемы и электронные компоненты. «Рынок микроэлектроники». Электронный ресурс.: URL: http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/rs485/app.htm (дата обращения 02.10.2008)

86. Тонкошкур Л.С., Ликаренко А.Г. Самонастраивающийся аппарат защиты от утечек САЗУ-2. Электробезопасность на предприятиях горнорудной промышленности. Кривой Рог, 1970. С. 49

87. Траубе Е.С., Волощенко Н.И., Дзюбан B.C. Электрооборудование на 1140 В для угольных машин и комплексов. М.: Недра, 1991. 285 с.

88. Утегулов Б.Б. Развитие теории, разработка способов и средств повышение эффективности систем электроснабжения горных предприятий. Дисс. докт.техн.наук. М.:МГИ, 1991. 305 с.

89. Хоровиц П. Хилл У. Искусство схемотехники. Перевод с англ. 5 е изд., перераб. М. : Мир, 1998. 704 с.

90. Цапенко Е.Ф. Контроль изоляции в сетях до 1000В. 2-е изд. перераб. М.: Энергия, 1972. 128 с.

91. Цапенко Е.Ф. Мирский М.И. Сухарев О.В. Горная электротехника. Учебник для техникумов. М.: Недра, 1986. 431 с.

92. Цапенко Е.Ф. Монаков В.К. Метод определения сопротивления изоляции и емкостей относительно земли отдельных фаз в сети с изолированной нейтралью. В кн. «Безопасность труда в энергетике», вып. 232. М.: МЭИ, 1975, с.80-87.

93. Цапенко Е.Ф. Специальные вопросы теории трехфазных цепей. Учеб. пособие. М. : МГИ, 1984. 69 с.

94. Цапенко Е.Ф. Сычев Л.И. Кулешов П.Н. Шахтные кабели и электробезопасность сетей. 3-е изд. М.: Недра, 1988. 213 с.

95. Цапенко Е.Ф., Румянцева В.А. Расчет переходных процессов в линейных электрических сетях цепях. М. : МГГУ, 2004. 39 с.

96. Цапенко Е.Ф., Слечевский Ю.Н. Использование вольтметра для определения параметров изоляции фаз сети с изолированной нейтралью до 1000 В. Измерительная техника. 1983. №2. с.33-35.

97. Цапенко Е.Ф., Слечевский Ю.Н. Определение параметров изоляции отдельных фаз сети относительно земли в сети с изолированной нейтралью. Метрология. 1981. №9. с.44-50

98. Цапенко Е.Ф., Случевский Ю.Н. Использование вольтметра для определения параметров изоляции фаз в сети с изолированной нейтралью до 1000 В. Измерительная техника, 1983. №2.

99. Чип и Дип электронные компоненты и приборы Электронный ресурс.: М. URL: http://www.chipdip.ru/catalog/resistors-over-10-w.aspx (дата обращения 10.02.2010)

100. Шакула Н.М. Исследование влияния постоянного оперативного тока на сопротивление изоляции шахтных участковых сетей. Дисс. канд. техн. наук. М. : МГИ, 1959.

101. Шевцов Е.К., Ревун М.П., Электрические измерения в машиностроении. М.: Машиностроение, 1989. 167 с.

102. Шкрабец Ф.П., Вареник Е.А. Контроль параметров изоляции в распределительных сетях без снятия рабочего напряжения. Горный информационно аналитический бюллетень (ГИАБ), отдельный выпуск № 8, 2009. С. 93 - 105.

103. Шурин Е.С. Определение параметров изоляции фаз относительно земли в сети с изолированной нейтралью. М . : Электричество, 1984. №9. С. 74.

104. Щуцкий В.И., Забиров А. Устройства защиты и сигнализации от замыканий на землю в шахтных электросистемах напряжением до 1000 В. М.: ВНИИЭМ, 1966. 117 с.

105. Щуцкий В.И., Прудников B.C., Гайдашев В.И. Аппаратура защитного отключения АЗШ. Уголь. 1984. № 8. С.29-31.

106. Щуцкий В.И., Прудников B.C., Гайдашев В.И. Совершенствование аппаратуры защитного отключения шахтных эл. сетей. Безопасность труда в промышленности. 1983. № 12. С. 28-30.

107. Cruse К. Neue methoden zur bestimmung von zeitfahigkeiten. -Zeithschrift fur Cheme, bd. 5, 1976, N1, p. 1-8.

108. Sachülka. Bestimmung das Isolations Widerstandes und der Kapazität einzelner Leiter von Wechselstromanlagen wärend das Betriebes. ETZ, 1907. S. 457-485.1. П.1

109. РАБОЧИМ ЛИСТ МШксай / РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ ФАЗ

110. ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ Модели: Прямая задача "классическая";

111. Un = -1.319 х 10 14 + 1.912J х 10 14 , |Unj = 2.322 х 10 14 Напряжение фаз относительно земли без доб проводимости В.

112. Ua' := Uf Un- Ub' := Uf-a2 - Un- Uc' := Uf-a - Un1 1

113. Ua' = 127 ; Ub' = -63.5 109.985j - Uc' = -63.5 + 109.985j ;

114. Ua'| = 127 ; |Ub'| = 127 ; |Uc'| = 127 ;

115. Полные токи отдельных фаз на землю без доб проводимости мА.1. И- := 12- := 13' :=1. Z\ Z2 Z3

116. Значения токов в миллиамперах114000 = 4.233+ 19.949j , 12'-1000 = 15.16 13.641j , 134000 = -19.393 - 6.308j , |ll'| 1000 = 20.393 , }I2*| -1000 = 20.393 , |l3'| -1000 = 20.393

117. Токи утечки отдельных фаз на землю без доб проводимости мА.иа*| т 1иЬ'| |ис'|1Ау := -Ч ГОу := -1-Ч Юу := -1-Ч1. Г1 г2 г31Ау-1000 = 4.233 , 1Ву-1000 = 4.233 , Юу-1000 = 4.233 .

118. Напряжение смещения нейтрали с доб проводимостью В.1 2 11+ а — + а— Ъ\ Ъу Ъх ип' := Ш—1--1 1 1 — + — + — + %1. Ъ\

119. Ш' = 21.082 35.663j , = 41.428

120. Напряжение фаз относительно земли с доб проводимостью В.

121. Ш" := Uf Ш, Ш" := Ш-а2 - Ш, Ис" := Ш-а - Ш,иа" = 105.918+ 35.663. , 1Л>" = -84.582 74.322] , ис" = -84.582+ 145.648] ,иа"| = 111.761 , |иЬ"| = 112.596 , |иси| = 168.426

122. Полные токи отдельных фаз на землю с доб проводимостью мА.1. И" := иа"12» ■= ^ ■ г2'12" 1000 = 8.855- 15.764. ,12"| -1000 = 18.08 ,13" :=1. Цс"13"| -1000 = 27.045

123. Токи утечки отдельных фаз на землю с доб проводимостью мА.1А'у := |иа"| 1А'уЮ00 = 23.683 ,1-Ч г1у1. Ю'у :=иь" г21. Ю'у :=гз

124. Ю'у-1000 = 3.753 , 1С'уЮ00 = 5.614 .1. П.2

125. РАБОЧИЙ ЛИСТ Mathcad I РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ИЗОЛЯЦИИ ОТДЕЛЬНЫХ ФАЗ

126. Исходные данные см. приложение А Модель "Обратная задача" (по напряжениям из эксперимента) Напряжения фаз сети без добавочной проводимости (экспер. по сравнению с расч.) В. Расчет

127. Ua'| = 127 , |Ub'| = 127 , |Uc'| = 127 , |Un| = 2.322 x 10" 14

128. Эксперимент (ввести измеренные напряжения)

129. Uax':= |Ua'|, Ubx':= |Ub'|, Ucx'|Uc'|, Unx:= |Un|, Ux := yfï-126.6

130. Напряжения фаз сети с добавочной проводимостью (экспер. по сравнению срасч.) В.

131. Ьпх' := —-----—, Ьпх' = -35.7762.их1. Ке(Ш) = 21.082ихапх':= |(|иЬх"|)2-^Ьпх'+-у^ 2./з'апх' = 21.6831т(Ш) -35.663 , {тх? + Ьпх*2 = 41.834

132. Расчет полной комплексной проводимости изоляции сети относительно земли по напряжениям фазы В и фазы Сапх - Ьпх -.

133. Увх := g--^-Г, Убх-Ю3 = 0.095 + 0.4681 » -103 = 0.478апх'+ Ьпх'-. апх- Ьпхд§зх:= Яе^х), ябх-Ю3 = 0.095 , Ьэх := 1т(Узх), Ьвх-Ю3 0.468

134. Сх := —, Сх-106 = 0.497 , ^^-100 = 0.6211. З-со С

135. Погрешности расчета параметров изоляции сети относительно земли поэкспериментальным данным по напряжениям фазы В и фазы С1 1 1 Г1----Г2--— г3--& 100 = -4.126 , -^-100 = -12.175 , -^-100 = -0.6541. Г1 г2 гз

136. Уточнение вещественной и мнимой частей напряжения смещениянейтрали по напряжениям фазы В и фазы Скк := -— -. апхк кк-ап>, Ьпхк:= кк-Ьп>,у. (апх)2 + (Ьпх)21. Шх1кк' := -. апхк':= кк'-апх, Ьпхк':= кк'-Ьпх,у! (апх)2 + (Ьпх)2

137. Расчет полной комплексной проводимости изоляции сети относительно земли с учетом кк•^р: апхк1- Ьпхк'-.

138. Схк := —, Схк-106 = 0.495 , -^-^-100 = 0.9693.ю С

139. Погрешности расчета параметров изоляции сети относительно земли поэкспериментальным данным с учетом кк по напряжениям фазы В и фазы1 1 1 Г1--Г г2 ~ ТТ г3 gaxk 100 = 4.098 , -i^.100 = 4.098 , -^-100 = 4.0981. П Г2 r3

140. Расчет вещественной и мнимой частей комплексного напряжения смещения нейтрали по напряжениям фазы А, фазы В и фазы СиЬх1)2-(|исх02 -14

141. Впх := --и--ЬЦ Впх= 1.659 х 10 142.их

142. Апх := ^ >/ (|иах'| )2 - (Вп^2, Апх = -0.4 , V Апх2 + Впх2 - 0.473

143. Впх' := --у-Впх' = -35.7762.их

144. Апх' := |иах"|)2-(Впх)2, Апх' = 20.72 , 7 Апх? + Впх? = 41.343уз

145. Расчет полной комплексной проводимости изоляции сети относительно земли по напряжениям фазы А, фазы В и фазы Сих 4 , „ ,.1. Апх - Впх^

146. СХ:=—, СХ-106 = 0.499 , С~СХ-100 = 0.245 3-ш С

147. Погрешности расчета параметров изоляции сети относительно земли поэкспериментальным данным по напряжениям фазы А, фазы В и фазы С1 1 11. П----г2 —— гз100 = -1.713 , -^-100 = 1.794 , -^100 = -3.4331. П г2 гз

148. Уточнение вещественной и мнимой частей напряжения смещения нейтрали по напряжениям фазы А, фазы В и фазы Скк := —— Апхк:= кк-Ап>, Впхк:= кк-Вп>1. Атф2 + (Вп>021. Шх'кк' := -. Апхк' := кк'Апх, Впхк' := кк'Впх1. V (Апх)2 + (Впх)2

149. Расчет полной комплексной проводимости изоляции сети относительноземли с учетом кких Л ,. „ . —: Апхк - Впхк .1. У8хк := ё--у!-.1. Апхк'+ Впхк'. Апхк- Впхк]

150. ЬХк:=-, -= 3.161x10 , Г2 = 3х103 ёЬХксХк :=8хк- в1Хк + в2Хк1 = 3.161 х Ю4 , г3 = Зх 1041. СХк :=1. Ьвхк§сХк1. СХк-10 = 0.501 ,1. С-СХк100 = -0.2073.ш С

151. Погрешности расчета параметров изоляции сети относительно земли по экспериментальным данным с учетом кк по напряжениям фазы А, фазы В и фазы С1. Г1 1аХк1. Г2~1100 = -5.353 ,gbXkгз 1100 = -5.353 ,1. ЕсХк100 = -5.3531. П г2 г3

152. Расчет вещественной и мнимой частей комплексного напряжения смещения нейтрали по напряжению фазы А и напряжением нулевой последовательности1. АИх :=1. АИх = -0.401

153. ВИх:= з1£пип(иЬх,-исх)-1^|ипх| > | А^ ,л/ Шх2 АШ2, о),21. Цх л/3,1. АЫх' = 20.7481. ВИх= 0

154. ВЖ' := ^пш^Шх" Исх")-и{ |ипх| > | АЫх'| ,/цп?^А№?, о), ВКх' = -35.858 Расчет полной комплексной проводимости изоляции сети относительно земли по напряжению фазы А и напряжением нулевой последовательности-АЫх'-ВМх'О

155. УБХ := g--^-, УвХ-Ю3 = 0.098 + 0.469. , IУвх! -103 = 0.4791. А№' + ВШ'^ АИх- ВИх^ 1 1§8Х := ЯеСУБх), §8Х-103 = 0.099 , ЬБХ := 1т(У8х), Ь8Х103 = 0.47

156. СХ' := —, СХЧ06 = 0.499 , С~СХ 100 = 0.2453*со С

157. Погрешности расчета параметров изоляции сети относительно земли поэкспериментальным данным по напряжению фазы А и напряжениемнулевой последовательности1 1 11. Г1 —- г2 - —; гз •100 = -1.714 , -^-100 = 1.798 , -^ 100 = -3.4361. Г1 г2 ГЗ1. П.З

158. РАБОЧИЙ ЛИСТ МаШсай / ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ МАКСИМАЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ПАРАМЕТРОВ ИЗОЛЯЦИИ ОТДЕЛЬНЫХ ФАЗ

159. Исходные данные см. приложение А Модель "Оценка погрешности измерений"к := 0.63, хп:= 1.5, Ак,о := то<1(к,2), ( т-11. Ак,т := тос!к1. Ак'п-2" Уп = о,2w := 0. 5, ААк)ХУ := Ак1ЛУ-2, Вк,ш := -1» В:=АА+В, БЭ :=1. ЭБ =-1