Параметры изоляции относительно земли в распределительных электрических сетях 6,10 кВ и организация их контроля

Косоротова, Юлия Викторовна

Охрана труда (по отраслям)

автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Параметры изоляции относительно земли в распределительных электрических сетях 6,10 кВ и организация их контроля

кандидата технических наук: Косоротова, Юлия Викторовна
город: Челябинск
год: 2005
специальность ВАК РФ: 05.26.01

Диссертация по безопасности жизнедеятельности человека на тему «Параметры изоляции относительно земли в распределительных электрических сетях 6,10 кВ и организация их контроля»

Автореферат диссертации по теме "Параметры изоляции относительно земли в распределительных электрических сетях 6,10 кВ и организация их контроля"

Косоротова Юлия Викторовна

ПАРАМЕТРЫ ИЗОЛЯЦИИ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6,10 кВ И ОРГАНИЗАЦИЯ ИХ КОНТРОЛЯ

Специальность 05.26.01 - «Охрана труда (электроэнергетика)»

Автореферат

диссертации на соискание учений ыспени кандидат 1САНМчесиях наук

Челябинск 2005

Работа выполнена в Южно-Уральском государственном университете.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор

Селоров А.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кузнецов КЛ»., доктор технических наук Кравчук ИЛ. Ведущее предприятие - ОАО «Челяйэиерго»

Защита состоится 29 сентября 2005 г., в 10 часов, в ауд. 1001 на заседании диссертационного совета Д 212.298.05 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, ЮУрГУ. Факс {3512) <>7-94-49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан ~Х//>"" шЩ/С]Ьй, 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Л'___

доктор технических наук, профессор У/ < ' Ю.С.Усыетн

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Надежность и безопасность эксплуатации распределительных электрических сетей во многом определяются состоянием изоляции этих сетей. Одним из способов поддержания изоляции на должном уровне является ее непрерывный контроль, обеспечивающий предотвращение электроопасных ситуаций путем исключения появления напряжения на металлических нетоковедущих частях.

Анализ аварийных ситуаций показывает, что около 60 % всех отключений и связанных с этим перерывов в электроснабжении вызывается снижением уровня сопротивления изоляции, приводящим, в конечном счете, к ее пробою.

Большинство известных методов непрерывного контроля изоляции обладают серьезными недостатками, ограничивающими их применение:

• ряд используемых в настоящее время методов не определяют величину сопротивления изоляции, а лишь фиксируют ее резкое снижение (метод трех вольтметров);

• все известные методы не обладают селективностью действия;

• для реализации каждого из этих методов требуется установка дополнительного высоковольтного оборудования;

• использование в некоторых методах оперативного тока ухудшает качество электроэнергии, поставляемой потребителям.

Кроме того, все существующие методы и средства непрерывного контроля изоляции практически четко фиксируют и контролируют лишь замыкания фазы на землю. Они не позволяют выявлять наметившиеся процессы электрического старения изоляции и, тем, самым, прогнозировать возможность возникновения аварийной ситуации (пробоя изоляции), приводящей к появлению опасных напряжений прикосновения и шага и нарушающей бесперебойность электроснабжения.

Следует отметить, что, в определенной степени, такое положение обусловлено отсутствием систематизированных данных о параметрах изоляции сети относительно земли. Это, а также невозможность регламентирования параметров изоляции сети относительно земли, например, на единицу длины, привели к тому, что для сетей 6, 10 кВ в настоящее время нет методики расчета уставок для систем контроля изоляции.

Разработанный в Южно-Уральском государственном университете способ контроля изоляции, основанный на измерении режимных параметров сети, во многом свободен от отмеченных выше недостатков. Однако его реализация в виде отдельной системы затруднительна по причинам экономического характера. Кроме того, установленные ранее зависимости нуждаются в корректировке при наличии в сети отпайки.

Поэтому обеспечение непрерывного контроля состояния изоляции остается актуальной задачей и сегодня. Своевременное обнаружение и устранение дешектов. изоляции ло их перерастание в мапсдуфааиыв н чпогоместные замыкания на землю позволит предотв|а№&

1 5

электроопасных ситуаций и обеспечит бесперебойное питание потребителей электроэнергией.

Работа поддержана грантом по программе научного творчества молодежи в вузах Челябинской области, осуществляемой Министерством образования и науки РФ и Администрацией Челябинской области

Работа выполнена в соответствии с перечнем приоритетных направлений развития науки, технологий и техники на период до 2010 года.

Цель работы - улучшение условий электробезопасности в распределительных электрических сетях напряжением 6, 10 кВ.

Идея работы - на основании исследования параметров изоляции фаз сети относительно земли разработать методику определения уставки для систем контроля изоляции, что позволит реализовать способ контроля изоляции по режимным параметрам в одном из блоков, входящих в систему управления электроснабжением любого объекта.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту

1. В сетях напряжением 6, 10 кВ распределение параметров изоляции фаз сети относительно земли подчиняется логнормальному закону независимо от конфигурации и принадлежности сети.

2. Для определения проводимости сети относительно земли при наличии в ней отпайки достаточно измерить режимные параметры в начале и конце главной линии, а также в конце отпаечной линии.

3. Методика, позволяющая определять уставку для любой системы контроля изоляции в любой распределительной электрической сети напряжением 6, 10 кВ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются аргументированностью исходных посылок, вытекающих из основ электротехники, корректным использованием аппарата математической статистики и теории нечетких множеств, удовлетворительным совпадением результатов аналитических исследований со статистическими данными.

Значение работы. Научное значение работы заключается в том, что:

- установлены уровни сопротивления изоляции фаз относительно земли в распределительных электрических сетях разной принадлежности (промышленных предприятий, городских, сельских, карьерных);

- показано, что любые схемы электроснабжения, не имеющие отпаек, могут быть разбиты на более простые радиальные участки, что позволит осуществлять контроль изоляции по результатам измерения режимных параметров отдельных участков;

- получены и исследованы аналитические зависимости, позволяющие определять проводимости изоляции относительно земли по результатам измерения режимных параметров в распределительных электрических сетях 6. 10 кВ, содержащих отпайки;

- впервые обосновано, что в системах контроля изоляции для сетей 6, 10 кВ уставка должна быть адаптивной.

Практическое значение работы заключается в следующем:

- разработана методика, позволяющая определять уставку для любой системы контроля изоляции в любой распределительной электрической сети напряжением 6. 10 кВ;

- показана возможность реализации способа контроля изоляции по режимным параметрам на основе автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии, которые обладают всеми необходимыми для этого элементами (датчики тока и напряжения, устройства сбора и передачи данных, каналы связи, центр сбора и обработки информации и т.д ).

Реализация выводов и рекомендаций работы:

- полученные аналитические зависимости для определения проводимости изоляции фаз сети относительно земли по режимным параметрам и методикл выбора уставки для систем контроля изоляции переданы компании «Эчьстер Метроника» для применения в разрабатываемых ими различных автоматизированных системах контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ);

- результаты работы использованы Южно-Уральским государственным университетом в лекционном курсе «Основы электробезопасноста» при подготовке студентов электротехнических специальностей, а также специальности 330100 («Безопасность жизнедеятельности в техносфере»).

Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы были доложены, рассмотрены и одобрены:

- на восьмой Российской научно-технической конференции «Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность» (Санкт-Петербург, 2004 г.);

- на IX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии, 2003"' (Томск, 2003 г.);

- на трех Всероссийских ежегодных научно-технических конференциях «Наука - Производство - Технологии - Экология» (ВятГУ, Киров, 2002, 2004, 2005 гг.);

- на второй Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» (Челябинск, 2003 г.)- на ежегодных научно-технических конференциях Южно-Уральского государственного университета (2002...2005 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 172 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков, 20 таблиц, список используемой литературы из 94 наименований и 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель, основная идея и научные положения, выносимые на защиту, отмечена научная значимость и практическая ценность работы.

Значительный вклад в теоретические и экспериментальные v исследования в области контроля изоляции внесли такие ученые, как Белых Б.П., Гладилин JI.B., Колосюк В.П., Лейбов P.M., Соболев В.Г., Цапенко Е.Ф., Щупкий В.И., Бендяк H.A., Заславец Б.И. и др. Однако до настоящего времени проблема контроля изоляции в распределительных электрических сетях 6, 10 кВ не решена в полном объеме.

Электрическая изоляция, являясь одним из основных конструкционных материалов, обеспечивает как надежность и долговечность электрооборудования, так и безопасное потребление электроэнергии. Вместе с тем, статистические исследования надежности изоляции показывают, что она, как элемент изделия, обладает невысокой надежностью.

Одним из способов своевременного обнаружения процесса стойкого ухудшения изоляции с целью предотвращения пробоя и последующих однофазных замыканий на землю, переходящих в междуфазные и многоместные замыкания на землю, является контроль изоляции.

В работе были подробно рассмотрены все виды контроля изоляции. На основе анализа литературных источников была составлена классификация способов дискретного контроля изоляции без снятия рабочего напряжения с оценкой их достоинств и недостатков.

Основным недостатком всех известных дискретных способов контроля изолянии, перекрывающим все их достоинства, является периодичность контроля, т.е. в промежутках между измерениями сопротивление изоляции может снизиться ниже допустимого уровня, что, в ряде случаев, приводит к пробою. 1 акого недостатка лишены способы непрерывного контроля изоляции, которые также были рассмотрены в работе.

Проведенный анализ существующих способов непрерывного контроля чзоляиии показал, что наиболее перспективным методом определения параметров изоляции является метод, основанный на измерении режимных параметров сети, который не требует подключения дополнительного чысоковольтного оборудования, не оказывает влияния на режим работа сети и может использоваться в системах непрерывного контроля состояния изоляции

Однако отсутствие систематизированных данных о параметрах изоляции ейаз сети относительно земли в распределительных электрических сетях 6, 10 кЕ, а также методики выбора уставки не позволяло реализовать эффективную систему контроля изоляции, основанную на данном методе, как, впрочем, и на любом другом.

Таким образом, возникает необходимость определения минимально возможного уровня сопротивления изоляции сети относительно земли. В Правилах устройства электроустановок (ПУЭ) не нормируется величина минимального сопротивления изоляции для распределительных сетей

напряжением 6, 10 кВ. Эта величина зависит от конкретных условий эксплуатации какой-либо сети, от ее протяженности, разветвленности и т.д. Нормативными актами распределительные сети не разделяются по принадлежности к различным отраслям промышленности, но, в силу специфических особенностей, можно выделить следующие виды распределительных электрических сетей: карьерные, городские, сельские и электрические сети промышленных предприятий.

На основе собранных статистических данных по токам однофазного замыкания на землю и протяженности воздушных и кабельных линий в различных сетях, а также результатов собственных исследований был определен уровень изоляции в распределительных электрических сетях разной принадлежности. Под уровнем изоляции понимается полное сопротивление изоляции фаз сети относительно земли. При этом следует заметить, что составляющие полного сопротивления (активная и емкостная) также представляют интерес.

Уровень сопротивления изоляции в городских распределительных электрических сетях был исследован на примере городов разного масштаба: мегаполисов - Москвы и Ленинграда, крупного города - Челябинска и небольшого города — Ханты-Мансийска.

Емкостное сопротивление изоляции фаз сети относительно земли определяли с помощью известных формул.

Активное сопротивление изоляции фаз сети относительно земли определяли при разных значениях коэффициента успокоения <1, характерных для выбранных видов сетей. Для сетей, состоящих преимущественно из кабельных линий, коэффициент успокоения (1 принимается равным 0,03-0,05. Для сетей, состоящих преимущественно из воздушных линий, коэффициент успокоения <1 принимается равным 0,3-0,5.

Н"а основе полученных данных были построены гистограммы распределения полного сопротивления изоляции фазы сети относительно земли, которые позволили определить вероятностные характеристики полного сопротивления изоляции фазы сети относительно земли, такие как закон распределения и математическое ожидание случайной величины. Одна из построенных гистограмм для городских распределительных сетей Челябинска. Ленинграда и Москвы (при <1=0,03) приведена на рис. 1. Вид гистограмм свидетельствует о том, что полное сопротивление изоляции фазы сети относительно земли распределяется по логнормальному закону, описываемому плотностью распределения

где т - медиана:

а - среднее квадратическое отклонение

Согласие теоретического распределения и статистического было подтверждено с помощью «критерия %2» Пирсона с применением пакета

ЗТА-ЩТГСА 6.0.

Для указанного закона распределения случайной величины in%:

математическое ожидание М

(2)

9» 1550 2550 3550 4550 5550 50 1050 2050 3050 4050 5050 2ф.Ош

Рис. I. Гистограмма распределения полного сопротивления изоляции фазы сети относительно земли в городских распределительных сетях Челябинска, Ленинграда и Москвы (при d=0,03)

И-1

Аналогичным образом были определены параметры изоляции и их закон распределения в карьерных, сельских электрических сетях и сетях промышленных предприятий.

Результаты расчета граничных значений параметров изоляции фазы сети относительно земли р распределительных электрических сетях разной принадлежности представлены в табл. 1-7.

Таким образом, при обработке статистического материала было установлено, что полное сопротивление изоляции фазы сети относительно земли в распределительных электрических сетях различной принадлежности подчиняется логнормальному закону распределения случайной величины.

Как показал анализ существующих способов контроля изоляции в распределительных электрических сетях 6, 10 кВ,

наиболее перспективным является метод непрерывного контроля изоляции, основанный на измерении режимных параметров сети, т.е. текущего значения тока, напряжения и угла сдвига между ними. На кафедре «Безопасность жизнедеятельности» Южно-Уральского государственного университета были заложены основы данного способа контроля, т.е. разработаны расчетные формулы для определения активной и реактивной составляющих поперечной проводимости изоляции для радиальной схемы линии электропередачи и для участка сети с двусторонним питанием. Кроме того, в указанные формулы были внесены уточнения в случае наличия в сети конденсаторных батарей и синхронных двигателей. Для осуществления измерений в начале и в конце контролируемых участков должны устанавливаться датчики токов и напряжений.

Анализ схем электроснабжения показал, что, несмотря на то, что все виды схем (радиальные, магистральные, смешанные) имеют множество иазновидностей и модификаций, любая из них может быть разбита на более поостые радиальные участки. В этом случае осуществление контроля изоляции

Таблица I

Результаты расчета граничных значений параметров изоляции фазы сети относительно земли

__в городских распределительных электрических сетях__

Принадлежность городских электрических | сетей S|! Значения параметров полщп фаш сета относительно гемлн fe рассматриваемых сетях

R+niii! R при d, ♦пни Ом, равном ' ¡Цч.. Ом Z+m» / Z^m„,OM, при d, равном

0,03 0,04 0,05 0,3 0,4 0,5 0,03 0,04 0,05 0,3 0,4 0,5

Москва 219 3620 173210 2720 129900 1Ш 103920 — • — — 108,7 5196,2 108.66 5193,8 198.62 5192 198,57 5189,7 — — —

Ленинград Л 2180 28S60 1630 25140 Ш2 20140 — — — 65.4 1000 65.33 999,5 65.31 999,2 6128 998,8 — — —

Челябинск 46 3640 125900 273Q 94400 2200 75500 — — — 109.4 3791,3 Ю9.?5 3789,6 109,31 3788,3 109,26 3786,6 — — —

Ханты-Мансийск 10 — — 892Q 241270 5000 180930 5350 144760 2680 72380 — — — 2566,7 69327,6 2487,8 67202,1 ?3?6,2 64738,6

Результаты расчета параметров изоляции фазы сети относительно земли

Таблица 2

Горнопромышленный район (cent угольных разрезов) и. кВ 1с А Нф, Ом, при d, равном С*,мкФ Х^Ом Z^, Ом, при d, равном

0,3 0,4 04 0,3 0,4 0,5

Восточная Сибирь 6 До 12 2869,1-4246,3 2151,8-3184,7 1721 >-2547,8 2,5-3,7 860,7-1273,9 824.4-1220,2 799,1-1182,8 769,8-1139,4

Урал 6 До 6-8 42464 3184,7 2547,8 1,5 1273,9 1220,2 1182,8 1139,4

Забайкалье 6 До 1 1415,4-5897,6 1061,6-4423,2 849,3-3538,6 1,8-7,5 424,6-1769,3 406.7-1694,7 394,2-1642,8 379,8-1582,5

Казахстан , (Экибастуз) 6 5,5-14 2468,8-6244,5 1851,6-4683,4 1481,3-3746,7 1,7-4,3 740,6-1873,4 709.4-1794.4 687,6-1739,4 662,4-1675,6

Кузбасс 6 До 15 2Ю7.8 1730,8 1384,7 4,6 692,3 663,1 642,8 614,2

Результаты расчета параметров изоляции фазы сети относительно земли

Таблица 3

Горналремышленный |ШЙОН (карьеры) У» кВ Ц,А К«. Ом, при Л, равном Сф, мкФ Х«*Ом т* , Ом, при Л, равном

0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5

Ждановым* ГОК < 0,65-2,4 15165,3-33078,6 11374-39808,9 9099,2-31847,1 0,2-0,7 4549,6-15923,6 4357,7-15252 4224,2-14784.7 4069,3-14242.5

Джезказганский ГМК 6 2,7-8,2 5055,1-16850,3 3791,3-12637,8 3033,1-10110,2 0,63-2.1 1516,5-5055,1 1452,5-4841,9 1408-4693,5 1356,4-4521.4

Балхашский ГМК б 0,3-2,9 6761,6-18624,1 5071,2-13968 4057-11174,4 0,57-1,57 2028,5-5587,2 1942,9-5351 6 1883,4-5187,6 1814,3-4997.3

Результаты расчета параметров изоляции фазы сети относительно земли

Таблица 4

Горнопромышленный район и» кВ 1с А И», Ом, при <1, равном Сф, мкФ Х*,Ом Ом, при (1, равном

0,3 0,4 0,5 0,3 0,4 0,5

Михайловский ГОК б Более 2,0 17402,8 13052,1 10441,7 0,61 5220,8 5000,6 4847,4 4669,6

Йнгулецкий ГОК б До 17 2041,5 1531,1 1224,9 5,2 612,4 586,6 568,6 547,8

Южный ГОК б 2,5-5,8 5963,9-13786,6 4472,9-10340 3578,3-8272 0,77-1,78 1789,2-4136 1713,7-3961.6 1661,2-3840,2 1600,3-3699,4

Северный ГОК б 1,5-7,5 4615,5-23077,6 3461,6-17308,2 2769,3-13846,6 0,46-2,3 1384.7-6923,3 1326,3-6631,3 1285,7-6428,1 1238,5-6192,4

Центральный ГОК б 3-5 6938,4-11538,8 5203,»-»654,1 4163-6923,3 0,92-1,53 2081,5-3461,6 1993,7-3315,6 1932,6-1214 1861,8-3046 2

Марганецкий бассейн б 0.9-11,5 3015,8-37913,3 2261,9-28434,9 1809,5-22748 0,28-3,52 904,7 11374 866,5-10894,3 840-10560.5 809.2-10173,2

Камыш-БурунскиЙ ЖРК б 12,1-23,8 1450-1700 3,7-7.3 436,3-860,7 417,8-767,9

Результаты расчета параметров изоляции фазы сети относительно земли

Таблица 5

Предприятие 11л, кВ 1с, А Сф, мкФ

Южуралнеруд б 0,22-4,5 0 07-1,38

Хсф, Ом Нф, Ом, при (1, равном 2» Ом, при <1, равном

0,2 0,3 0,4 0,2 0,3 0,4

3109 4-47217,7 11547-236188,8 7698-157459,2 5773,5-118094,4 2264,6-46320,4 2212-45245 6 2144,2-43859,2

Результаты расчета граничных значений параметров изоляции фазы сети относительно земли

Таблица 6

1 1 Принадлежность сельских электрических сетей Количество исследованных сетей 1 Значений параметров изоляции фаз сети относительно земли в рассматриваемых сетях

! Вфш»1> Ом, при <1, равном Ом { Ом, при (1, равном

03 0,4 0,5 0,3 0,4 ОД

Златоустовские 16 »617,2 577350,3 6462,9 433012,7 5170,3 346410,2 2585,2 173205,1 2476,1 165900,4 2400,3 160816,9 2312,2 154919,3

Кур! ан<-кие 75 8617,2 6462.9 5170.3 2585.2 2476.1 25523,1 2400.3 2312-2 23833,7

88823,1 66617,3 53293,9 26646,9 24741,1

Магнитогорские 31 2771,3 131216 2078,5 98412 1662,8 78729,6 831.4 39364,8 ш • 37704,6 771.9 36549,3 743.6 ' 35208,9

Троицкие 37 »140.1 70408,6 6855.1 52806,4 5484,1 42245,1 2742 21122,6 2626.4 20231,8 2545,9 19611,8 2452.6 18892,6

Шадринские 42 8108.9 288675,1 216506,4 4865,3 173205,1 ?4зг,7 86602,5 2330,| 82950,2 2258.7 80408,4 2175,8 77459,7

Результаты расчета граничных значений параметров изоляции фазы сети относительно земли

Таблица 7

£ Значения параметров изоляции фаз сети относительно эемлн в рассматриваемых сетях

н 1 л. ¡1 Кфак ! Ом, при <1, равном / Ом, при Л, равном

1 » ? 0.5 И * Ш 0,03 0,04 0,05 Хфш Ом 0,03 0,04 0,05

Металлургические предпрняшя 46 5551.4 4330127 4163.6 3247595 3330.9 2598076 шл 129903,8 166.5 129845,4 166.4 129800 166.3 129741,7

Машиностроительные предпрняшя 32 12245 192450,1 14433.8 144337,6 11547 115470,1 577.4 5773,5 577.1 5770,9 576.9 5768,9 576.6 5766,3

путем измерения режимных параметров отдельных участков не вызывает затруднений.

Сложности возникают при использовании данного способа в линиях с отпайками, которые распространены, как правило, в сельских и встречаются в городских сетях. Возникает вопрос о местах установки измерительных приборов. В месте присоединения отпайки невозможно подключить датчики по причине доступности их для посторонних лиц и подверженности атмосферным воздействиям. Поэтому в данном случае необходимо искать другой подход. Для определения параметров изоляции в таких сетях недостаточно измерять параметры режима только в начале и в конце главной линии. Предлагается дополнительно измерять параметры режима в конце отпаечной линии. Таким образом, возникла необходимость модификации полученных ранее формул для определения параметров изоляции в распределительных электрических сетях, имеющих отпайки.

Для расчета выделяли одну фазу, П-образная схема замещения которой представлена на рис. 2.

Рис. 2. П-образная схема замещения участка сети с отпайкой для одной фазы

Для участка сети с отпайкой считали заданными следующие параметры-

1) продольное комплексное сопротивление Ъ главной линии;

2 ) продольное комплексное сопротивление отпаечной линии;

31 относительная длина к первого (головного) участка главной линии.

Главная линия длиной 1 делится местом присоединения отпайки на две части: Ь и (1-Ь). Относительная длина к=1|/1. Соответственно, сопротивление 2 линии делится на две части: сопротивление первого участка линии ¿¡=кЪ и сопротивление второго участка Ъ2=(1-к)2. Аналогично и проводимость У_линии по отношению к земле делится на две части: У|=кУ и У2=П-к)У.

Изменяемыми параметрами режима в данном случае являются:

1) линейные Шаь2, Ц^г. Ц^) и фазные (Ц^, иЬ2. ис2) напряжения в конце

главной линии:

2) линейные ШаЬз, Цьсз. и<аз) и фазные (11^, 11ьз. исз) напряжения в конце отпаечной линии;

3) фазные напряжения (иА, ив, Ис) и токи фаз (1А, 1в, 1с) в начале главной линии;

4) токи фаз (1а2,1Ь2,1сг) в конце главной линии;

5) токи фаз (1аз, 1Ьз 1сз) в конце отпаечной линии;

6) углы сдвига фаз между напряжением и током в начале главной линии (ф]), в конце главной линии (ф2) и в конце отпаечной линии (фз).

Начальную фазу напряжения в начале линии принимали равной нулю, поэтому 111= и^ напряжение в конце главной линии = 1_12 • е!'":,

напряжение в конце отпаечной линии Х1э = из • е-""1, где 1)/2 и \|/3 - углы сдвига между напряжением в начале главной линии и, соответственно, в концах главной и отпаечной линий. Углы "ц/2 и Уз также подлежали определению.

В результате аналитического исследования были получены следующие зависимости для определения проводимостей изоляции относительно земли главной У и отпаечной У3 линий в распределительных электрических сетях 6, 10 кВ, содержащих отпайки:

У. = 2 ' . ; (3) Хз =2--^-2 . .(4)

,ИГ2 ет - W. Wз е™' - Wз е*"

Вспомогательные величины Л^.Уг.Уз.Д^^г^з определяются следующим образом:

У,=и.-2,Ь; (5) Ш^кг.ии (8)

У2 = и2+2;й; (6) ^2=(1-к)22и2; (9)

У3=и3+гзП; (7) Фз=гзиз. (10)

гдеП=12е-^, 1з = 13е"№ . Для нахождения углов \у2 и необходимо решить следующую систему уравнений (например, в пакете МаЛсас! методом минимизации среднеквадратичной погрешности):

Яе[М, -е'12^ + М2 +М3-ет +М4 +М5 ■е1(,,г"") +

+ Мб + М7 ■ еЛч',",'!> + Ми' ] = 0; (11)

1т[М, • е*2^ + М2 • е;<¥г"¥,) + М3+М,-е^'+М; • е^"1"*5' +

+ Мб + М7 • е^'""2' + Ми' е^*2 ] = 0, (12)

где М,, Мт, М3, М,,, М;, Мй. М?, М, - коэффициенты, определяемые следующим

образом:

ТУзЪ'а М«=| V2W.-V.W2 I ; (16)

■ 2 • II • 2 • 1Т

М2 = -ЧУ2 Wз —; (14) (17)

Ъ.г ¿з

—; (15) ^з—г; (18)

2W1U2 W2Ul

1-к

(19)

кг (1-к)2

-| VIWз+V3WI-W,WзY:.¥v2Wt-V,W2 I. <20)

1аким образом, для определения параметров изоляции по результатам измерений вычисляются по формулам вспомогательные величины У(, Уг, Уз, W1,W2,Wз и коэффициенты М,,М2,...,М8. После чего решается система уравнений (11) и (12) с целью определения углов ц/2 и Затем по формулам (3) и (4) находятся параметры изоляции.

Погрешности определения параметров изоляции по формулам (3) и (4) могут достигать 100 и более процентов. Это связано с тем, что формулы для определения углов \|/2 и ц/3 (11, 12) очень сложные и дают существенное увеличение погрешностей при определении параметров изоляции по формулам (3) и (4). В результате по ним можно определить с достаточной точностью параметры лишь ухудшенной изоляции. Поэтому, если необходимо установить только факт ухудшения изоляции или порядок величины проводимости, то формулы (3) и (4) могут быть использованы для этих целей.

Для получения более точных результатов принимается следующее допущение: на распределение токов утечки в сети оказывает влияние, в основном, суммарная проводимость изоляции, и не влияет распределение этой проводимости по участкам линии. От величины проводимости каждого участка зависят лишь токи утечки через проводимость в конце основной и отпаечной линий.

Из вышесказанного следует, что неточность в распределении суммарной

проводимости У, между участками линий, которое можно задать с помощью

у у У

коэффициентов распределения к,= —, к2= —, к3= —, несущественно

X} —5 —5

скажется на величине У,, определяемой по режимным параметрам.

Преобразовав полученные выше формулы, получаем искомую формулу для определения суммарной проводимости изоляции линии с отпайкой:

l A-i ) Lx L2 l^..W2+Vjl Ä li..W3+v3j

Вспомогательные величины Vi,V2,V3, Wi, W2.W3 определяются следующим образом:

Vi =Ui-Z,Ii; (22) Wi =k,Z,Ui; (25)

V2=U2+Zjk; (23) W2=1^112; (26)

У3 = и3+2э^; (24) Ws-kj&Us. (27)

Для нахождения суммарной проводимости изоляции линии с отпайкой данное уравнение решается в пакете Mathcad методом минимизации среднеквадратичной погрешности.

Как видно, при использовании данной формулы нет необходимости определять углы и в результате чего погрешности определения параметров изоляции значительно уменьшатся.

Для исследования эффективности предложенных расчетных формул, т.е для определения погрешностей формул, были выполнены численные эксперименты на цифровой модели анализируемого участка сети в пакете Mathcad 2001 Professional.

Анализ погрешностей позволяет сделать следующие выводы:

1. Наиболее точно по предложенным формулам можно определить суммарную проводимость изоляции линии относительно земли, при этом погрешность не превысит 10 %.

2. Наибольшие погрешности наблюдаются при определении с помощью предложенных формул проводимости отпаечной линии, при этом погрешности могут быть более 10 %. Это объясняется тем, что в предложенных формулах не содержится информация о режимных параметрах в месте присоединения отпайки (т.е. в начале отпаечной линии), а используются данные лишь о параметрах режима в конце отпаечной линии.

3. На точность определения параметров изоляции относительно земли участков линии в значительной степени влияет точность определения коэффициентов распределения суммарной проводимости изоляции по участкам линии. Если задавать коэффициенты распределения пропорционально длинам

линий, то проводимости участков линий будут определены с приемлемой для СКИ точностью.

Успешное функционирование различных систем контроля, в т.ч. систем контроля изоляции (СКИ), определяется обоснованностью выбора уставки срабатывания. До настоящего времени наиболее полно выбор уставки был проработан для устройств защитного отключения (УЗО). Применительно к системам контроля изоляции в электрических сетях напряжением 6, 10 кВ этот вопрос практически не рассматривался.

До сих пор, подходы к выбору уставки зависели от режима нейтрали и класса напряжения сети, в которой планируется использовать УЗО.

Анализ отечественных и зарубежных устройств защитного отключения показывает, что на сегодня единая методика выбора уставки отсутствует. Для различных устройств ее значение рекомендуется от 5 до 1000 мА.

В ряде случаев эксплуатационные уровни изоляции сетей заведомо ниже, чем выбранная уставка срабатывания УЗО. Тогда определение уставки по сложившимся методикам приводит к тому, что эксплуатировать защиту и электрические сети оказывается практически невозможным.

Контроль изоляции осуществляется с помощью устройств, которые по своей структуре во многом подобны УЗО. Однако по контролируемым параметрам, методике их определения и защитным функциям они отличаются от УЗО. Следовательно, и принцип выбора уставки для системы контроля изоляции будет иным по сравнению -с УЗО. Наиболее характерным для устройств контроля изоляции является то, что при построении их структурной схемы используется зависимость входного сигнала от параметров изоляции сети, а уставка определяется критическим ее значением. В ряде случаев одно и то же устройство может осуществлять и контроль изоляции, и защитное отключение.

Применительно к сетям 6, 10 кВ (в плане контроля изоляции) наиболее проработанным является вопрос выбора уставки для защит от однофазных замыканий на землю, однако для систем контроля изоляции такой подход неприменим.

Отсутствие обоснованной методики выбора уставок для систем контроля изоляции является, в определенной степени, сдерживающим фактором развития и внедрения таких систем. Поэтому обоснование и разработка методики выбора уставок для систем контроля изоляции в сетях напряжением 6,10 кВ крайне целесообразны.

На основании анализа различных подходов определения уставки для УЗО были сформулированы дополнительные требования к алгоритму выбора уставки в системах контроля изоляции:

- алгоритм не должен содержать требование проведения предварительных измерений сопротивления изоляции сети относительно земли;

- алгоритм должен учитывать конфигурацию сети, т.е. уставка СКИ должна обладать адаптивностью.

При построении алгоритма выбора уставки следует также учитывать причины и характер снижения сопротивления изоляции как на ВЛ, так и в кабельных сетях.

В воздушных электрических сетях более сильно колеблется активная составляющая сопротивления изоляции фаз сети относительно земли, что вызвано прямым воздействием факторов окружающей среды на воздушные ЛЭП. При загрязнении изоляторов, падении провода на крюк изолятора уменьшается именно активная составляющая сопротивления изоляции фаз сети относительно земли. Емкостная составляющая сопротивления в таких сетях меняется незначительно, т.к. длина конкретной линии в процессе ее эксплуатации не изменяется, а стрела провеса проводов в сетях 6, 10 кВ мала из-за относительно небольшого расстояния между опорами («50-60 м) и малого веса самого провода. Однако в таких сетях бывают случаи крена опор, тогда существенно увеличивается стрела провеса проводов, что приводит к снижению емкостного сопротивления изоляции фаз сети относительно земли.

В кабельных электрических сетях более сильно изменяется емкостная составляющая сопротивления изоляции фаз сети относительно земли. Это связано, например, с увлажнением изоляции кабелей. Однако большинство сетей напряжением 6, 10 кВ являются смешанными, т.е. содержат и воздушные, и кабельные линии. Практически во всех распределительных электрических сетях ввод в трансформаторную подстанцию осуществляется через кабельную вставку для защиты трансформатора от грозовых перенапряжений (импульсов). Применительно к смешанным электрическим сетям сложно сказать, какая составляющая сопротивления изоляции фаз сети относительно земли изменится более значительно. Всё вышеперечисленное свидетельствует в пользулсонтроля именно полного сопротивления изоляции фаз сети относительно земли (или полной проводимости изоляции фаз сети относительно земли). Тем самым, не будет необходимости перестраивать алгоритм выбора уставки в зависимости от исполнения сети (воздушная, кабельная, смешанная), что значительно облегчит процедуру выбора уставки персоналом. Кроме того, учет обеих составляющих сопротивления изоляции обеспечит полноту контроля в любой сети.

Следует заметить, что контроль изоляции будет осуществляться в целом для всей сети, а не для каждого присоединения в отдельности. Причина этого кроется в следующем. При идеальном состоянии изоляции токи в начале и конце линии будут равны. При ухудшении изоляции в линии появляется ток утечки, величина которого в случае малой длины линии (например, воздушной) мала. Применяемые в сети трансформаторы тока и приборы контроля имеют класс точности, не обеспечивающий приемлемую точность измерений небольшого тока утечки. Однако при значительном снижении сопротивления изоляции (ниже определенного уровня) можно будет выявить присоединение с поврежденной изоляцией путем последовательного перебора присоединений. Таким образом, в предлагаемом способе заложена возможность обеспечения селективности контроля изоляции.

Сделанные нами предварительные замечания позволили сформировать алгоритм, который включает следующие шаги.

1. Определение принадлежности исследуемой распределительной сети (карьерная, сельская, городская сеть, сеть промышленного предприятия) и типа ее исполнения (воздушная, кабельная, смешанная).

2. Расчет ожидаемого тока однофазного замыкания на землю на основе параметров контролируемой сети: линейного напряжения сети, длин кабельных и (или) воздушных линий, количества силовых трансформаторов, количества высоковольтных двигателей.

3. Расчет емкости сети относительно земли.

4. Расчет емкостной проводимости изоляции фаз сети относительно

земли.

5. Расчет активного сопротивления изоляции фаз сети относительно земли с учетом коэффициента успокоения сети <1.

6. Расчет активной проводимости изоляции фаз сети относительно

земли.

7. Расчет ожидаемой полной проводимости изоляции фаз сети относительно земли.

8. Определение уставки с помощью аппарата теории нечетких множеств.

Данный алгоритм справедлив при нормальной схеме электроснабжения.

Для выполнения условия адаптивности уставки необходимо учитывать конфигурацию сети, т.е. количество присоединений на текущий момент контроля. Таким образом, уставка должна изменяться при подключении или отключении любого количества присоединений. При отключении части присоединений полное сопротивление изоляции сети относительно земли увеличится. Однако это не свидетельствует об улучшении состояния изоляции сети. Такое увеличение вызвано лишь отключением части линий. Прежняя уставка уже не будет являться ориентиром для уровня изоляции оставшихся присоединений.

Для упрощения процедуры выбора уставок на основе предложенного выше алгоритма составлена методика, позволяющая определять уставку для системы контроля изоляции в любой распределительной электрической сети напряжением 6,10 кВ, и включающая в себя следующие этапы.

!. Определяется принадлежность исследуемой распределительной сети (карьерная, сельская, городская сеть, сеть промышленного предприятия) и тип ее исполнения (воздушная, кабельная, смешанная). От типа исполнения сети будет зависеть коэффициент успокоения сети (1.

2. Рассчитывается ожидаемый емкостный ток однофазного замыкания на землю на основе следующей формулы:

(

I =и

А, (28)

10 350

где и, - линейное напряжение сети, кВ;

£„ I, - суммарная длина электрически связанных кабельных и воздушных линий, км.

Данная формула дает приближенное значение ожидаемого емкостного тока. Для более точного определения его величины используется другая формула:

/ --Зифсо(Св1в+Ск1к+СэМэ+СтрМтр)Л0-\к (29)

где 1}Ф - фазное напряжение сети, кВ;

»-круговая частота напряжения сета, с"1;

С„, С, - емкость на фазу по отношению к земле 1 км соответственно воздушной и кабельной линий, мкФ;

С„ Сщ, - емкость на фазу по отношению к земле соответственно высоковольтного электродвигателя и силового трансформатора, мкФ;

И, Ыпр - число подключенных к сети соответственно высоковольтных электродвигателей и силовых трансформаторов.

Учитывая, что в качестве исходных данных используются длины кабельных и воздушных линий, а для более точного определения значения тока желательно учесть емкости и количество трансформаторов и высоковольтных двигателей, ожидаемый емкостный ток однофазного замыкания на землю определяется по комбинированной формуле:

I =и

—+—+у/За)(С N +С<ТОЛГ )\ А. (30) $50 10 э э ** р )

350

3. Определяется емкость сети относительно земли:'

^ >/з/г

С=-£-,мкФ. ■ Ш)

и „со

4. Рассчитывается емкостная проводимость изоляции фаз сети относительно земли:

Ьс = (йС, См. (32)

5. Рассчитывается активное сопротивление изоляпии сети относительно земли И с учетом коэффициента успокоения сети с1. При этом для расчета используется верхняя граница (0,05 или 0.5) рекомендуемого выше диапазона ё для данного вида сети, т.к. именно при большем значении с! будет получено наименьшее значение активного сопротивления изоляции сети:

Я = —-—, кОм. (33)

йоа-С

6. Рассчитывается активная проводимость изоляции фаз сети относительно земли:

7. Определяется ожидаемая полная проводимость изоляции фаз сети относительно земли:

У=4ё2+ъс\ см.

(35)

8. Расчетная ожидаемая полная проводимость изоляции фаз сети относительно земли является точечной оценкой полной проводимости изоляции фаз сети относительно земли. Представляем ее в виде нечеткого числа с треугольным заданием функции принадлежности : [0,1] —> [0,1]

(рис. 3). Для нечеткого числа X определяем нижнюю Х'я верхнюю X" границы, удовлетворяющие условиям:

0 //(*') = 0; ц{Х'- 6) =

45 >0 м(Х") = 0;

(37)

ц(Х" + 5)=Ъ. (36)

X' и X" рассчитываются по следующим формулам:

Х' = Х-0(х);

Х' = Х + р(х\

где Р{х) определяется в зависимости от разряда младшей значащей цифры числах

Пусть ^ - разряд младшей значащей цифры гд числа X.

Разбивая возможные значения д на классы вычетов по модулю 3, получим классы эквивалентности Мл,<1 е {ОД,2},где ¿э?(тск13) -остаток от деления ^ на 3. На основании статистических исследований определено, что Ух € Z из интервала [0,99] значение /3(х) найдено так, как показано в табл.8.

Рис.3. Нечеткое число с треугольным заданием функции принадлежности

При X е М0: При X е. Мг:

а) V 1=0:

б)

х = гч-Щ /}{Х) = р{х)Л<р-\

Р(Х) = /3(х)-10<

-1.

Таблица 8

Значения /?(х) для двузначных чисел

X №

1,2,3,4,6,7,8,9 0,46х

10,20,30,40,60,70,80,90 (0,357-0,00163х)х

35,45,55,65,75,85,95 (0,213 -0,00067*)*

5 2,8

15 6,45

25 6,75

50 24

Прочие двузначные числа 1 ( /Т 1 >\ ( Г 1 м - р — -10 + 5 +0 х- — 10 2(АМ ) ч 1т ))

[...] - целая часть числа.

При ХеМ2:

*) V. = 0 •' * = V1 я*) = • ю«-2;

б) г,+1 * 0: х = • 10 + р{Х) = р(х)-Ю^1.

Когда X - десятичная дробь, данный алгоритм применяется к мантиссе дроби, а затем учитывается ее порядок.

9. В качестве уставки по проводимости Ууст принимается верхняя граница нечеткого числа. Если нужна уставка по сопротивлению, то._наоборот, необходимо выбирать нижнюю границу нечеткого числа.

Следует заметить, что чем больше значение точечной оценки, тем больше' будет величина /?(х), т.е. на большую величину нижняя и верхняя границы будут отличаться от значения точечной оценки. Например:

- при К=10 Р(К) = 3,4;

-приК=100 0(К) = 34;

- при К=1000 р(К) = 460;

- при К=10000 Р(К) = 3400.

Приведенные выше аналитические выкладки, методика выбора уставок для СКИ предполагают в последующем реализацию подобных СКИ, при этом, на наш взгляд, ориентироваться надо на развитие уже апробированных на практике автоматизированных систем путем расширения их интеллектуальных возможностей.

Организация новой самостоятельной системы требует значительных материальных вложений и трудозатрат. Это связано с необходимостью приобретения и установки дополнительной аппаратуры (например, датчиков тока и напряжения на концах линий), разработки программного обеспечения, организации каналов передачи данных.

С целью исключения подобного недостатка при построении любой

новой системы, в т.ч. и системы контроля изоляции, желательно использовать возможности уже реализованных на практике систем. Применительно к рассматриваемому вопросу такими перспективными системами являются имеющиеся сегодня на рынке автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ).

Проведенный анализ систем АСКУЭ показал, что они обладают практически всеми необходимыми элементами (датчики тока и напряжения, устройства сбора и передачи данных, каналы связи, центр сбора и обработки информации и.т.д) для реализации на их основе способа контроля изоляции по режимным параметрам, т.е. предлагается ввести в системы АСКУЭ дополнительную функцию по контролю изоляции. 4

Это позволит расширить возможности системы АСКУЭ, полнее использовать каналы связи, информировать персонал о состоянии изоляции сети относительно земли, сократить потери организации на выявление и ликвидацию замыканий на землю.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе, на основе статистических исследований параметров изоляции фаз сети относительно земли в распределительных электрических сетях напряжением 6, 10 кВ, дано новое решение актуальной научно-технической задачи - организации контроля изоляции в этих сетях на основании измерения режимных параметров в составе современных систем управления электроснабжением объектов.

Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие основные результаты и сделать выводы:

1. Установлено, что сопротивление изоляции фаз сети относительно земли в распределительных электрических сетях различной принадлежности (промышленных предприятий, городских, сельских, карьерных) подчиняется I логнормальному закону распределения случайной величины.

2. Определены уровни сопротивления изоляции относительно земли в распределительных электрических сетях различной принадлежности. Для сетей промышленных предприятий этот уровень лежит в пределах 166,3-129 845,4 * Ом; для городских - 65,28-69 327,6 Ом; для сельских - 743,6-165 900,4 Ом и для карьерных - 325,6-46 320,4 Ом.

3. На основании анализа схем электроснабжения различных объектов показано, что любые схемы электроснабжения, не имеющие отпаек, могут бьггь разбиты на более простые радиальные участки, что позволит осуществить контроль изоляции по результатам измерения режимных параметров отдельных участков.

4. Проведенные аналитические исследования позволили получить зависимости для определения параметров изоляции Фаз сети относительно земли на основании измерения режимных параметров в распределительных электрических сетях 6. 10 кВ. содержащих отпайки.

5. В результате исследования возможностей предложенных формул

путем анализа погрешностей установлено следующее:

- наиболее точно по предложенным формулам можно определить суммарную проводимость изоляции линии относительно земли, при этом погрешность не превысит 10 %;

- на точность определения параметров изоляции относительно земли участков линии в значительной степени влияет точность определенкг коэффициентов распределения суммарной проводимости изоляции по участкам линии. Если задавать коэффициенты распределения пропорционально длинам линий, то проводимости участков линий будут определены с приемлемой для СКИ точностью.

— методика выбора уставки не должна предусматривать проведение предварительных измерений сопротивления изоляции сети относительно земли;

— уставка СКИ должна быть адаптивной. Для выполнения условия адаптивности уставки необходимо учитывать конфигурацию сети, т.е. количество присоединений на текущий момент контроля. Таким образом, уставка должна изменяться при подключении или отключении любого количества присоединений.

7. С учетом указанных выше дополнительных требований впервые разработана методика, позволяющая определять уставку для любой системы хонгроля изоляции в любой распределительной электрической сети напряжением 6, 10 кВ.

8. Покачана возможность реализации способа контроля изоляции пл режимным параметрам на основе автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии, которые обладают всеми необходимыми для этого элементами (датчики тока и напряжения, устройства сбора и передачи данных, каналы связи, центр сбора и обработки информации и.т.д.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Сидоров А.И., Петуров В.И., Косоротова Ю.В. Непрерывный контроль изоляции в распределительных электрических сетях// Наука - Производство - Технологии - Экология: Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции. - Киров: Изд-во ВятГУ, 2002. - Т.2. - С. 32.

2. Косоротова Ю.В. Разработка системы непрерывного контроля изоляции в распределительных электрических сетях напряжением 6-35 кВ// Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской области: Сборник рефератов научно-исследовательских работ студентов. -Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002. - С.67-68.

3 Хусаинова H.A., Косоротова Ю.В. Теоретические основы системы управления состоянием изоляции в распределительных сетях// Наука -Производство - Технологии - Экология: Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции. - Киров: Изд-во ВятГУ, 2003.-Т.5.-С. 150.

4. Косоротова Ю.В. Анализ схем электроснабжения как объекта контроля изоляции// Современные техника и технологии: Сборник материалов IX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Томск: Изд-во Томского политехи, ун-та, 2003. - T.I. -С. 24-25.

5 Хусаинова H.A., Косоротова Ю.В. Метод диагностики состояния изоляции электрических распределительных сетей по результатам измерения режимных параметров// Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии: Сборник материалов второй Всероссийской научно-практической конференции. - Челябинск: Изд-во ЗАО «Челябинская межрайонная типография», 2003. - С. 81-82.

6 Хусаинова H.A., Косоротова Ю.В., Сидоров А.И. Определение параметров изоляции линии электропередачи с отпайкой в распределительных сетях по режимным параметрам// Электробезопасность. - 2001. - № 2-3. - С. 9-13.

7. Косоротова Ю.В. Характеристика параметров изоляции в городских распределительных электрических сетях// Электробезопасность. - 2003. -№1.-С. 40-45.

8. Косоротова Ю.В. Общая характеристика сопротивления изоляции относительно земли в распределительных электрических сетях// Электробезопасность. -2003. - № 2-3. - С. 7-13.

9. Косоротова Ю.В., Хусаинова H.A., Сидоров А.И. Определение параметров изоляции в разветвленных распределительных электрических сетях на основе измерения режимных параметров// Сборник докладов Восьмой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости и электромагнитной безопасности ЭМС-2004. - Санкт-Петербург: Изд-во ВИТУ, 2004. - С. 108-111

Ю.Косоротова Ю.В. Исследование способа контроля изоляции в разветвленных электрических сетях с помощью цифрового моделирования// Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской области: Сборник рефератов научно-исследовательских работ аспирантов. -Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. - С. 128-129.

И.Косоротова Ю.В. Методика выбора уставок для систем контроля изоляции в электрических сетях 6-35 кВ// Электробезопасность. - 2004. - № 1-2. - С. 14-21.

12.Косоротова Ю.В.. Хусаинова H.A. Обоснование алгоритма выбора уставки для системы контроля изоляции в сетях 6-35 кВ// Наука - Производство -Технологии - Экология: Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции. - Киров: Изд-во ВятГУ, 2005. - Т.6. - С. 63-65.

13.Косоротова Ю. В., Хусаинова Н. А. Анализ зависимостей для определения проводимости изоляции относительно земли в распределительных сетях 6, 10 кВ, содержащих линии с отпайкой, по результатам измерения режимных параметров// Электробезопасностъ. - 2004. - № 3. - С. 6-15.

Косоротова Юлия Викторовна

Специальность 05.26.01 - «Охрана труда (электроэнергетика)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Издательство Южно-Уральского государственного университета

Подписано в печать 20.07.2005. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,39. Уч.-изд. л. 1. Тираж 80 экз. Заказ 121/251.

УОП Издательства. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76.

í,

»15821

РНБ Русский фонд

2006-4 15968

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Косоротова, Юлия Викторовна

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Изоляция как средство обеспечения бесперебойности и безопасности электроснабжения.

1.2. Организация контроля изоляции в распределительных электрических сетях.

1.2.1. Приемо-сдаточные испытания изоляции.

1.2.2. Дискретный контроль изоляции.

1.2.2.1 .Дискретный контроль изоляции со снятием рабочего напряжения.

1.2.2.2.Дискретный контроль изоляции без снятия рабочего напряжения.

1.2.3. Способы непрерывного контроля изоляции в сетях 6, 10 кВ.

1.3. Задачи исследования.

2. УРОВЕНЬ ИЗОЛЯЦИИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ.

2.1. Основные схемы распределительных электрических сетей.

2.2. Особенности распределительных электрических сетей разной 54 принадлежности.

2.2.1. Карьерные распределительные электрические сети.

2.2.2. Городские распределительные электрические сети.

2.2.3. Сельские распределительные электрические сети.

2.2.4. Распределительные электрические сети промышленных предприятий

2.3. Анализ уровня изоляции в распределительных электрических сетях.

2.3.1. Городские распределительные электрические сети.

2.3.2. Карьерные распределительные электрические сети.

2.3.3. Сельские распределительные электрические сети.

2.3.4. Распределительные электрические сети промышленных предприятий

2.4. Выводы.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗОЛЯЦИИ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

С ОТПАЙКОЙ.

3.1. Разработка цифровой модели участка распределительной сети с отпайкой.

3.2. Аналитические зависимости для определения проводимости изоляции относительно земли по результатам измерения режимных параметров линии с отпайкой.

3.3. Анализ погрешностей определения проводимости сети относительно земли при наличии в ней линий с отпайкой.

3.4. Выводы.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА УСТАВОК ДЛЯ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6, 10 кВ.

4.1. Общие положения.

4.2. Обоснование алгоритма выбора уставки для системы контроля изоляции в сетях 6, 10 кВ.

4.3. Методика выбора уставок для систем контроля изоляции в электрических сетях 6, 10 кВ.

4.4. Выводы.

5. ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ В РАЗВЕТВЛЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ.

Введение 2005 год, диссертация по безопасности жизнедеятельности человека, Косоротова, Юлия Викторовна

• все известные методы не обладают селективностью действия;

Кроме того, все существующие методы и средства непрерывного контроля изоляции практически четко фиксируют и контролируют, лишь замыкания фазы на землю. Они не позволяют выявлять наметившиеся процессы электрического старения изоляции и, тем самым, прогнозировать возможность возникновения аварийной ситуации (пробоя изоляции), приводящей к появлению опасных напряжений прикосновения и шага и нарушающей бесперебойность электроснабжения.

Поэтому обеспечение непрерывного контроля состояния изоляции остается актуальной задачей и сегодня. Своевременное обнаружение и устранение дефектов изоляции до их перерастания в междуфазные и многоместные замыкания на землю позволит предотвратить возникновение электроопасных ситуаций и обеспечит бесперебойное питание потребителей электроэнергией.

Цель работы — улучшение условий электробезопасности в распределительных электрических сетях напряжением 6, 10 кВ.

Идея работы — на основании исследования параметров изоляции фаз сети относительно земли разработать методику определения уставки для систем контроля изоляции, что позволит реализовать способ контроля изоляции по режимным параметрам в одном из блоков, входящих в систему управления электроснабжением любого объекта.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту

1. В сетях напряжением 6, 10 кВ распределение параметров изоляции фаз сети относительно земли подчиняется логнормальному закону независимо 5 от конфигурации и принадлежности сети.

3. Методика,- позволяющая определять уставку для любой системы контроля изоляции в любой распределительной электрической сети напряжением 6, 10 кВ.

Значение работы. Научное значение работы заключается в том, что: установлены уровни сопротивления изоляции фаз относительно земли в распределительных электрических сетях разной принадлежности (промышленных предприятий, городских, сельских, карьерных); показано, что любые схемы электроснабжения, не имеющие отпаек, могут быть разбиты на более простые радиальные участки, что позволит осуществлять контроль изоляции по результатам измерения режимных параметров отдельных участков; получены и исследованы аналитические зависимости, позволяющие определять проводимости изоляции относительно земли по результатам измерения режимных параметров в распределительных электрических сетях 6, 10 кВ, содержащих отпайки; впервые обосновано, что в системах контроля изоляции для сетей 6, 10 кВ уставка должна быть адаптивной.

Практическое значение работы заключается в следующем: разработана методика, позволяющая определять уставку для любой системы контроля изоляции в любой распределительной электрической сети напряжением 6, 10 кВ; г показана возможность реализации способа контроля изоляции по режимным параметрам на основе автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии, которые обладают всеми необходимыми для этого элементами (датчики тока и напряжения, устройства сбора и передачи данных, каналы связи, центр сбора и обработки информации и т.д.).

Реализация выводов и рекомендаций работы: полученные аналитические зависимости для определения проводимости изоляции фаз сети относительно земли по режимным параметрам и методика выбора уставки для систем контроля изоляции переданы компании «Эльстер Метроника» для применения в разрабатываемых ими различных автоматизированных системах контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ); результаты работы использованы Южно-Уральским государственным университетом в лекционном курсе «Основы электробезопасности» при подготовке студентов электротехнических специальностей, а также специальности 330100 («Безопасность жизнедеятельности в техносфере»).

Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы были доложены, рассмотрены и одобрены: на восьмой Российской научно-технической конференции «Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность» (Санкт-Петербург, 2004 г.); на IX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии, 2003» (Томск, 2003 г.); на трех Всероссийских ежегодных научно-технических конференциях «Наука - Производство - Технологии - Экология» (ВятГУ, Киров, 2002, 2004, 2005 гг.); на второй Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» (Челябинск, 2003 г.); на ежегодных научно-технических конференциях Южно-Уральского государственного университета (2002.2005 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ. 7

Заключение диссертация на тему "Параметры изоляции относительно земли в распределительных электрических сетях 6,10 кВ и организация их контроля"

4.4. Выводы

1. Проанализированы существующие подходы к выбору уставки в сетях различного напряжения с разными режимами нейтрали. Анализ показал, что до настоящего времени применительно к сетям 6, 10 кВ не существует методики выбора уставки для систем контроля изоляции. Подходы к выбору уставки для устройств защитного отключения в сетях до 1000 В не применимы для систем контроля изоляции в сетях 6, 10 кВ. То же самое относится и к имеющимся методикам выбора уставки для защит от однофазных замыканий на землю в сетях 6, 10 кВ.

2. Сформулированы дополнительные требования к алгоритму выбора уставки:

- "методика выбора уставки не должна предусматривать проведение предварительных измерений сопротивления изоляции сети относительно земли;

- при выборе уставки необходимо учитывать конфигурацию сети, т.е. уставка СКИ должна обладать адаптивностью.

3. Разработана методика, позволяющая определять уставку для системы контроля изоляции в любой распределительной электрической сети напряжением 6, 10 кВ.

4. Для выполнения условия адаптивности уставки необходимо учитывать конфигурацию сети, т.е. количество присоединений на текущий момент контроля. Таким образом, уставка должна изменяться при подключении или отключении любого количества присоединений.

5. ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ В РАЗВЕТВЛЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Приведенные в предыдущих главах аналитические выкладки, исследование погрешностей, методика выбора уставок для СКИ предполагают в последующем реализацию подобных СКИ. В данной главе сделана попытка изложить основные принципы построения такой системы. При этом, на наш взгляд, ориентироваться надо на развитие уже; апробированных на практике автоматизированных систем путем расширения их интеллектуальных возможностей.

В работе [36] уже была предпринята попытка создания системы управления состоянием изоляции сети относительно земли, которая включает в себя мониторинг состояния изоляции. Мониторинг предполагалось осуществлять на основе способа непрерывного контроля уровня изоляции фаз I участка сети относительно земли, исходными данными для которого является информация о режимных параметрах сети. Структура данной системы включает следующие элементы (рис. 5.1) [37]: информационно-измерительную сеть; сеть передачи данных; центр мониторинга.

Информационно-измерительная сеть объединяет автоматические устройства сбора данных (УСД).

Сеть передачи данных обеспечивает сбор измерительной информации, поступающей от УСД по радио и/или телефонным каналам связи.

Центр мониторинга представляет собой ряд объединенных в локальную вычислительную сеть IBM PC совместимых компьютеров, выполняющих функции приема, накопления и обработки данных.

Пользовательский терминал устанавливается на рабочем месте диспетчера (главный щит управления) и обеспечивает персонал данными мониторинга состояния изоляции в реальном масштабе времени. сш

УСД

УОД

Центр мониторинга И каналы передачи данных

АРМ диспетчера

УСД J тп

Рис. 5.1. Структура системы управления состоянием изоляции сети относительно земли:

СШ — секция шин; ТП — трансформаторная подстанция; УСД — устройство сбора данных; УОД - устройство обработки данных

С целью исключения подобного недостатка при построении любой новой системы, в т.ч. и системы контроля изоляции, желательно использовать возможности уже реализованных на практике систем. Применительно к рассматриваемому вопросу такими перспективными системами являются уже имеющиеся на рынке сегодня автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии.

Под параметрами учета электроэнергии понимаются данные об электроэнергии и мощности (принятой/переданной) и данные о параметрах электросети, характеризующих качество электроэнергии (токи, напряжения, частота, cos f).

Основные принципы построения современных АСКУЭ [40]:

1. Измерения на базе цифровых методов обработки процессов. Ч '

2. Цифровые интерфейсы передачи измеренных параметров.

3. Глубокое архивирование основных измерений в счетчике.

4. Контроль достоверности и полноты данных на всех уровнях системы.

5. Диагностика работоспособности системы.

6. Резервирование каналов связи.

7. Параллельная синхронно-асинхронная обработка данных.

8. Иерархическое построение системы.

9. Возможность распределенной обработки данных.

Ю.Защита информации на всех системных уровнях.

11 .Использование проверенных и стандартных компонентов системы и инструментальных средств.

12.Параллельный сбор данных.

13.Масштабируемость и наращиваемость.

14.Управление коэффициентом готовности системы на этапе проектирования.

Основные цели внедрения АСКУЭ [12, 44, 59]: г

1. Повышение точности и надежности учета электроэнергии и мощности.

2. Оперативный контроль работы энергетических объектов (повышение надежности работы энергетических объектов).

3. Определение балансов электроэнергии по предприятию (точный учет потерь электроэнергии).

4. Межмашинный обмен информацией (повышение оперативности и достоверности расчетов за электроэнергию).

5. Обеспечение точной, привязанной к единому астрономическому времени информацией о потребленной и переданной электроэнергии и мощности для расчетов по многоставочным дифференцированным тарифам на оптовом рынке электроэнергии.

6. Эффективная работа организации на рынке электроэнергии и выход ее на ФОРЭМ.

Основные функции системы АСКУЭ [12, 44, 59]:

1. Измерение, обработка, накопление, хранение и отображение электросчетчиками на местах их установки измерительной информации о потребленной (отпущенной) активной и реактивной энергии и мощности.

2. Объединение измерений на УСПД, полученных со счетчиков, в единые групповые измерения, соответствующие конкретным объектам.

3. Сбор данных учета переносным инженерным пультом на сервер БД по точкам учета отпуска субабонентам, не подключенным к УСПД.

4. Измерение энергии по заданным тарифам на заданном интервале времени.

5. Измерение средних мощностей на 30 минутном интервале усреднения.

6. Поиск максимальных мощностей за сутки и по тарифным зонам.

7. Ведение архивов заданной структуры.

8. Поддержание единого системного времени с целью обеспечения синхронных измерений.

9. Отображение показаний индикаторов счетчика по измеренной энергии.

Ю.Чтение информации из УСПД параллельно по нескольким независимым направлениям. г

11.Накопление, хранение и отображение информации, поступающей от УСПД и собираемой переносным инженерным пультом, в базе данных на сервере АСКУЭ обслуживаемой организации и предоставление информации другим заинтересованным организациям.

12.Формирование и печать отчетных документов.

13.Защита измерительной информации и метрологических характеристик системы от несанкционированного доступа и изменения.

14.Контроль работоспособности системы.

15.Конфигурирование системы.

Системы АСКУЭ являются многоуровневыми с иерархической распределенной обработкой информации.

Уровни системы [44, 59]:

1. Уровень точки учета, включающий трансформаторы тока (ТТ), трансформаторы напряжения (ТН), вторичные измерительные цепи, счетчики, блоки дополнительного питания.

На всех точках коммерческого учета установлены микропроцессорные счетчики электроэнергии (например, ЕвроАЛЬФА). Все счетчики имеют плату хранения графиков нагрузки и запрограммированы на 30-ти минутное усреднение мощности. Глубина хранения данных в счетчиках — более 45 суток. Каждый счетчик снабжен цифровым интерфейсом для подключения к коммуникационной аппаратуре и передачи данных на вышестоящие уровни. Счетчики, устанавливаемые на вводах, снабжены резервным блоком питания для обеспечения их работы при отключении силового оборудования и пропадании напряжения 100 В в измерительных цепях.

Все коммерческие счетчики класса точности 0,2S измеряют активную и реактивную электроэнергию и мощность в двух направлениях. Счетчики устанавливают на местах старых счетчиков на панелях ПЦУ. Рядом с каждым счетчиком смонтирована специализированная клеммная колодка с возможностью пломбирования, блок дополнительного питания и разветвитель интерфейса.

2. Уровень объекта, включающий устройство сбора и передачи данных (УСПД), устройство синхронизации времени (УССВ), каналы сбора данных со счетчиков и коммуникационную аппаратуру.

УСПД предназначены для сбора данных об электропотреблении от счетчиков, формирования групповых измерений, отображения данных учета на встроенный дисплей и передачу данных по каналам связи.

УСПД и сервер БД ставятся в виде низковольтных комплектных устройств (НКУ), в шкафах которых устанавливается аппаратура АСКУЭ, обеспечивается монтаж и контроль комплексной работы в заводских условиях. НКУ обеспечивают возможность размещения оборудования в промышленных помещениях, предотвращают несанкционированный доступ к оборудованию, обеспечивают климатическую защиту оборудования.

3. Уровень Центра сбора и обработки информации (ЦСОИ) АСКУЭ, включающий сервер БД, рабочие места пользователей, LAN.

В плане программного обеспечения системы АСКУЭ строятся на двух фундаментальных платформах. Основная - это Windows и СУБД ORACLE. Вторая платформа - это QNX платформа и Sybase [2].

На сервере БД развертывается программное обеспечение (например, Альфа ЦЕНТР с СУБД ORACLE). Сервер осуществляет сбор данных коммерческого (с УСПД и переносного инженерного пульта) учета, ведение базы данных АСКУЭ, долговременное хранение требуемой информации, преобразование данных в формат АСКП и т.д.

Помимо основного программного обеспечения (например, Альфа ЦЕНТР) на сервер устанавливаются дополнительные модули:

- модуль мониторинга (редактор электрических схем, отображение данных по фидерам, расчет и отображение групповых характеристик);

- модуль синхронизации времени по спутниковым часам;

- модуль расширенной диагностики систем с развитой системой г коммуникаций.

Рабочее место диспетчера позволяет:

- отображать параметры учета электроэнергии в виде экранных форм на дисплее компьютера и информации о текущем состоянии системы;

- документировать параметры учета электроэнергии в виде отчетных форм на принтере;

- обеспечивать настройки параметров системы и ручного ввода данных с переносного инженерного пульта;

- организовывать доступ к АСКУЭ на основе системы паролей и разграничения полномочий пользователей.

4. Уровень передачи данных в заинтересованные организации.

Передача данных из УСПД на сервер БД осуществляется по локальной сети Ethernet. При разрыве канала связи между счетчиком и УСПД данные в счетчиках сохраняются. После восстановления канала связи УСПД АСКУЭ автоматически считывает всю недостающую информацию. Если длительность неисправности канала связи превышает время хранения данных на счетчике, то информацию со счетчика можно будет считать через оптопорт, используя переносной инженерный пульт со специальным программным обеспечением.

Практически все интеллектуальные устройства, которые используются в АСКУЭ, позволяют работать с несколькими каналами параллельно, в том числе автоматически переходить при выходе из строя одного канала на другой канал. Один канал может быть главным, второй второстепенным, он может быть в горячем резерве. Например, АСКУЭ работает по оптоволокну, a GSM в горячем резерве, и система, при выходе из строя оптоволокна, автоматически переходит на резерв [40].

Для передачи данных на верхние уровни (например, ЦДР ФОРЭМ, Энергосбыт, ОДУ и.т.п.) используется выделенный номер АТС с выходом на междугородную сеть связи. Информация передается с главного УСПД при помощи профессионального модема в формате протокола . УСПД. Дистанционное изменение настроек модема защищено паролем. Для г организации резервного канала применяется стационарный GSM-терминал, работающий в сотовой сети и не зависящий от работы АТС. Сотовый терминал подключается к отдельному порту УСПД.

В системе АСКУЭ синхронизация времени производится от эталона, в качестве которого выступает GPS (глобальная система позиционирования). В качестве приемника сигналов GPS о точном астрономическом времени используется Устройство синхронизаций системного времени (УССВ), подключаемое к УСПД. От УССВ синхронизируются внутренние часы УСПД, а от них - внутренние часы счетчиков, подключенных к УСПД. Кроме того, от УСПД производится синхронизация встроенных часов сервера БД. В системе автоматически поддерживается единое время во всех ее компонентах, подключенных к УСПД, в частности в счетчиках, где происходит датирование измерений с точностью ± 2 секунды. При длительном нарушении канала связи между УСПД и счетчиками время счетчиков корректируется от переносного инженерного пульта.

Структура системы приспособлена к дальнейшей модернизации и развитию, а именно: предусмотрена возможность добавления в систему новых точек учета; возможно увеличение количества автоматизированных рабочих мест пользователей; наращивание аппаратных и программных средств обеспечивается без вывода системы из постоянной эксплуатации; средняя наработка на отказ счетчиков ЕвроАЛЬФА составляет не менее 35000 часов, а УСПД типа RTU-325 - 50000 ч. срок службы УСПД равен 24 года, срок службы счетчиков — 30 лет.

Разработкой и внедрением АСКУЭ занимается компания «Эльстер

Метроника». Эта компания производит и поставляет в Россию, страны СНГ и Европы счетчики электроэнергии, тепла и воды, оборудование и программное обеспечение для систем АСКУЭ, метрологическое оборудование, внедряет системы АСКУЭ «под ключ». Кроме того, она осуществляет техническую поддержку всей продукции.

На сегодняшний день системы АСКУЭ уже реально используются во многих крупных организациях. 14 июля 2003 г. была сдана в опытную эксплуатацию АСКУЭ Бурейской ГЭС. В ОАО «Российские железные дороги» внедрение АСКУЭ началось с 1997 г. Сейчас программное обеспечение «Энергия Альфа», созданное на основе технологии «Альфа ЦЕНТР», работает в центрах сбора и обработки данных энергоучета ОАО «РЖД» и на 7 железных дорогах [45]. 1 октября 2003 г. была принята в эксплуатацию АСКУЭ Новокузнецкого Алюминиевого завода (НкАЗ), структурная схема которой приведена на рис. 5.2 [12].

Проведенный анализ систем АСКУЭ показал, что они обладают практически всеми необходимыми элементами (датчики тока и напряжения,

НкАЗ-2

U) РУСЛА

Рис. 5.2. Структурная схема АСКУЭ ОАО «Новокузнецкий алюминиевый завод»

УСПД, каналы связи, ЦСОИ и.т.д.) для реализации на их основе способа контроля изоляции по режимным параметрам, т.е. предлагается ввести в системы АСКУЭ дополнительную функцию по контролю изоляции.

В связи с вышесказанным было подготовлено и отправлено письмо генеральному директору фирмы «Эльстер Метроника» с предложением о сотрудничестве по вопросу расширения функций АСКУЭ путем введения в систему функции по контролю изоляции на основании измерения режимных параметров.

Таким образом, обоснована возможность реализации способа контроля изоляции по режимным параметрам на основе автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии, которые обладают всеми необходимыми для этого элементами (датчики тока и напряжения, устройства сбора и передачи данных, каналы связи, центр сбора и обработки информации и.т.д.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе, на основе статистических исследований параметров изоляции фаз сети относительно земли в распределительных электрических сетях-напряжением 6, 10 кВ, дано новое решение актуальной научно-технической задачи — организации контроля изоляции в этих сетях на основании измерения режимных параметров в составе современных систем управления электроснабжением объектов.

Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие основные результаты и сделать выводы:

1. Установлено, что сопротивление изоляции фаз сети относительно земли в распределительных электрических сетях различной принадлежности (промышленных предприятий, городских, сельских, карьерных) подчиняется логнормальному закону распределения случайной величины.

2. Определены уровни сопротивления изоляции относительно земли в распределительных электрических сетях различной принадлежности. Для сетей промышленных предприятий этот уровень лежит в пределах 166,3-129 845,4 Ом; для городских - 65,28-69 327,6 Ом; для сельских — 743,6-165 900,4 Ом и для карьерных - 325,6-46 320,4 Ом.

3. На основании анализа схем электроснабжения различных объектов показано, что любые схемы электроснабжения, не имеющие отпаек, могут быть разбиты на более простые радиальные участки, что позволит осуществить контроль изоляции по результатам измерения режимных параметров отдельных участков.

4. Проведенные аналитические исследования позволили получить зависимости для определения параметров изоляции фаз сети относительно земли на основании измерения режимных параметров в распределительных электрических сетях 6, 10 кВ, содержащих отпайки.

5. В результате исследования возможностей предложенных формул путем анализа погрешностей установлено следующее: наиболее точно по предложенным формулам можно определить

136 суммарную проводимость изоляции линии относительно земли, при этом погрешность не превысит 10 %;

- наибольшие погрешности наблюдаются при определении с помощью предложенных формул проводимости отпаечной линии, при этом погрешности могут быть более 10 %. Это объясняется тем, что в предложенных формулах не содержится информация о режимных параметрах в месте присоединения отпайки (т.е. в начале отпаечной линии), а используются данные лишь о параметрах режима в конце отпаечной линии; на точность определения параметров изоляции относительно земли участков линии в значительной степени влияет точность определения коэффициентов распределения суммарной проводимости изоляции по участкам линии. Если задавать коэффициенты распределения пропорционально длинам линий, то проводимости участков линий будут определены с приемлемой для СКИ точностью.

6. Проанализированы существующие подходы к выбору уставки в сетях различного напряжения с разными режимами нейтрали, в результате чего сформулированы дополнительные требования к алгоритму выбора уставки в сетях 6, 10 кВ: методика выбора уставки не должна предусматривать проведение предварительных измерений сопротивления изоляции сети относительно земли; уставка СКИ должна быть адаптивной. Для выполнения условия адаптивности уставки необходимо учитывать конфигурацию сети, т.е. количество присоединений на текущий момент контроля. Таким образом, уставка должна изменяться при подключении или отключении любого количества присоединений.

7. С учетом указанных выше дополнительных требований впервые разработана методика, позволяющая определять уставку для любой системы контроля изоляции в любой распределительной электрической сети напряжением 6, 10 кВ.

8. Показана возможность реализации способа контроля изоляции по режимным параметрам на основе автоматизированных систем контроля и учета

137 электроэнергии, которые обладают всеми необходимыми для этого элементами (датчики тока и напряжения, устройства сбора и передачи данных, каналы связи, центр сбора и обработки информации и.т.д.).

Библиография Косоротова, Юлия Викторовна, диссертация по теме Охрана труда (по отраслям)

1. Анализ повреждений изоляции в распределительных электрических сетях/ Н. А. Бендяк, Е. Б. Петрашева, М. Н. Хомутова, К. В. Лапченков и др.// Безопасность жизнедеятельности: Сб. научн. трудов. — Челябинск: ЧГТУ, 1996.-С. 10-16.

2. Андриевский Е. Н. Эксплуатация электроустановок в сельском хозяйстве. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 143 с.

3. Безопасность жизнедеятельности: Конспект лекций/ А. И. Сидоров, В. Ф. Бухтояров, Л. И. Леухина и др.; Под ред. А. И. Сидорова. — Челябинск: ЧГТУ, 1997. 4.VI. - 240 с.

4. Белых Б. П., Заславец Б. И. Распределительные электрические сети рудных карьеров. М.: Недра, 1978. - 239 с.

5. Бендяк Н. А. Контроль изоляции на рабочем напряжении в электрических сетях 6-35 кВ сельскохозяйственного назначения: Дис. . канд. техн. наук. -Челябинск, 1990.-210 с.

6. Бендяк Н. А., Сидоров А. И., Лапченков К. В. Принципы управления состоянием изоляции в электротехнических комплексах// Безопасность жизнедеятельности: Сб. научн. трудов. Челябинск: ЧГТУ, 1996. — С. 7-10.

7. Борисов А. Н., Крумберг О. А., Федоров И. П. Принятие решений на основе нечетких моделей: Примеры использования. — Рига: Зинатне, 1990. — 184 с.

8. Будзко И. А. Электрические сети. М.: Колос, 1967. — 327 с.

9. Будзко И. А., Гессен В. Ю. Электроснабжение сельского хозяйства. — М.: Колос, 1973.-499 с.

10. Ю.Бухтояров В. Ф., Щуцкий В. И. Защита от замыканий на землю в электроустановках 6-35 кВ. Екатеринбург: УрГАПС, 1999. — 430 с.

11. П.Вентцель Е. С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. 5-е изд. - М.: Высшая школа, 1998. - 575 с.

12. Вы готовы к рынку? Тогда мы идем к вам. АСКУЭ НКаЗ// Измерение.ги. -2003.-№8.-С. 25-29.

13. Дзюбан В. С. Аппараты защиты от токов утечки в шахтных электрических сетях. -М.: Недра, 1982.- 152 с.

14. Н.Ермилов А. А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1976. - 368 с.

15. Ермилов А. А., Соколов Б. А. Электроснабжение промышленных предприятий. — 2-е изд., перераб. М.: Энергия, 1971. — 120 с.

16. Изоляция установок высокого напряжения/ Г. С. Кучинский, В. Е. Кизеветтер, Ю. С. Пинталь; Под ред. Г. С. Кучинского. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 368 с.

17. Караев Р. И., Волобринский С. Д. Электрические сети и энергосистемы. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1978. - 312 с.

18. Князевский Б. А., Липкин Б. Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. — М.: Высшая школа, 1986. 348 с.

19. Козлов В. А. Городские распределительные электрические сети. — 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоиздат, 1982. - 224 с.

20. Козлов В. А. Надежность и эффективность электроснабжения потребителя в условиях рынка// Промышленная энергетика. 1996. — № 12. - С. 6-10.

21. Козлов В. А. Электроснабжение городов. 2-е изд., перераб. - Л.: Энергия, 1977.-280 с.

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

23. Колосюк В. П., Шурин Э. С., Чупика А. Н. Безопасная эксплуатация шахтных электроустановок. — Киев: Техника, 1980. 143 с.

24. Контроль изоляции в распределительных сетях: Тез. докл. научно-практич. конференции. — Челябинск: ЧГТУ, 1992. 34 с.

25. Королькова В. И. Электробезопасность на промышленных предприятиях. -М.: Машиностроение, 1970. — 522 с.

26. Косоротова Ю. В. Методика выбора уставок для систем контроля изоляции в электрических сетях 6-35 кВ// Электробезопасность. — 2004. № 1-2. - С. 14-21.

27. Косоротова Ю. В. Общая характеристика сопротивления изоляции относительно земли в распределительных электрических сетях// Электробезопасность. — 2003. — № 2—3. — С. 7-13.

28. Кудрявцев А. С. Эксплуатация устройства непрерывного контроля сопротивления изоляции в сетях 6 кВ// • Безопасность труда в промышленности. 1985. — № 7. - С. 43-44.

29. Лапченков К. В. Управление состоянием изоляции в распределительных электрических сетях: Дис. . канд. техн. наук. Челябинск, 1998. — 120 с.

30. Лапченков К. В., Сидоров А. И., Григорашвили Б. А. Мониторинг состояния изоляции в распределительных электрических сетях с изолированной нейтралью напряжением 6-35 кВ// Электробезопасность. — 1997. — № 3-4. — С. 5-11.

31. Лейбов Р. М., Озерной М. И. Электрификация подземных горных работ. — М.: Недра, 1972.

32. Леухина Л. И. Разработка методов и средств повышения уровня электробезопасности в карьерных сетях напряжением выше 1000 В: Дис. . канд. техн. наук. М, 1989. — 158 с.

33. Лифанов Е. И. Принципы построения современных систем АСКУЭ// Измерение.ги. 2003. - № 8. - С. 16-19.

34. Маврицын А. М., Петров О. А. Электроснабжение угольных разрезов. — М.: Недра, 1977.- 184 с.

35. Магидин Ф. А. Сооружение линий электропередачи. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1987. — 264 с.

36. Макаров Е. Г. Инженерные расчеты в Mathcad. Учебный курс. — СПб.: Питер, 2005.-448 с.

37. Мельников П. В. Новые тарифы для МТС// Измерение.ги. — 2003. № 8. — С.30-32.

38. Морозов И. А. Энергия Альфа АСКУЭ для ОАО «Российские железные дороги»// Измерение.ги. - 2003. - № 8. - С. 20-22.142

39. Мусс К. Б., Шулецкая С. П. Устройство профилактического направленного контроля за изоляцией в рапределительных сетях 6 кВ с изолированной нейтралью// Промышленная энергетика. 1982. - № 1. - С. 35-38.

40. Номоконова О. В. Применение нечетких множеств в оценке и прогнозировании опасных ситуаций: Дис. . канд. техн. наук. — Челябинск, 2003.-100 с.48,Оверин Б. А. Электробезопасность на предприятиях цветной металлургии. — М.: Металлургия, 1992. 240 с.

41. Петров О. А., Ершов А. М. Режимы нейтрали электрических сетей систем электроснабжения промышленных предприятий. Челябинск: ЧПИ, 1990. — 67 с.

42. Петров О. А., Сидоров А. И., Сельницын А. А. Методика измерения емкостных токов однофазного замыкания на землю в электрических сетях напряжением 6, 10 кВ. Челябинск, 1990. - 24 с.

43. Петуров В. И. Исследование и разработка способов и средств контроля параметров изоляции рудничных электрических сетей: Дис. . канд. техн. наук. — М., 1992.-120 с.

44. Пивняк Г. Г., Шкрабец Ф. tl. Несимметричные повреждения в электрических сетях карьеров. М.: Недра, 1993. — 192 с.

45. Постников Н. П., Рубашов Г. М. Электроснабжение промышленных предприятий. — 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Стройиздат, 1989. - 352 с.

46. Правила изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования.-М.: Энергия, 1969.

47. Правила устройства электроустановок/ Главгосэнергонадзор России. — 6-е изд., перераб. и доп. М.: ЗАО «Энергосервис», 1998. - 608 с.

48. Правила устройства электроустановок/ Главгосэнергонадзор России. 7-е изд., перераб. и доп. - М.: ЗАО «Энергосервис», 2003.

49. Ревякин А. И., Кашолкин Б. И. Электробезопасность и противопожарная защита в электроустановках. М.: Энергия, 1980. - 160 с.

50. Самойлович И. С. Режимы нейтрали электрических сетей карьеров. М.: Недра, 1976. - 175 с.

51. Сборник нормативных и методических документов по измерениям, коммерческому и техническому учету электрической энергии и мощности/ Сост. Я. Т. Загорский, У. К. Курбангалиев. М.: ЗАО «Издательство НЦ ЭНАС», 1998.-318 с.

52. Сельницын А. А. Классификация способов непрерывного контроля сопротивления изоляции в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью// Безопасность жизнедеятельности: Сб. научн. трудов. Челябинск: ЧГТУ, 1992. - С. 16-24.

53. Сидоров А. И. Основы электробезопасности: Учебное пособие. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001. 344 с.

54. Сидоров А. И. Повышение надежности сельских электрических сетей с помощью устройств компенсации токов однофазного замыкания на землю: Дис. . канд. техн. наук. — Челябинск, 1984. 148 с.

55. Сидоров А. И. Теория и практика системного подхода к обеспечению электробезопасности на открытых горных работах: Дис. .докт. техн. наук.- Челябинск, 1993. 444 с.

56. Сидоров А. И., Петров О. А., Ушаков И. М. Погрешность косвенного способа измерения емкостных проводимостей относительно земли в электрических сетях напряжением 6, 10 кВ// Электричество. 1990. — № 10. -С. 33-36.

57. Сиротинский JI. И. Техника высоких напряжений. Волновые процессы и внутренние перенапряжения в электрических системах. M.-JL: Госэнергоиздат, 1959. — Ч.З. - Вып. 1. - 368 с.

58. Соболев В. Г. Электрическая изоляция рудничного электрооборудования. — М.: Недра, 1982.- 143 с.

59. Стасенко Р. Ф., Фещенко П. П. Автоматизация сельских электрических сетей. Киев: Техника, 1982. - 128 с.144

60. Сычев JI. И., Цапенко Е. Ф. Шахтные гибкие кабели и электробезопасность сетей. М.: Недра, 1978 - 216 с.

61. Техника высоких напряжений: Изоляция и перенапряжения в электрических системах/ В. В. Базуткин, В. П. Ларионов, Ю. С. Пинталь и др. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1986. 464 с.

62. Утегулов Б. Б. Исследование условий и повышение уровня электробезопасности при эксплуатации электроустановок 6 кВ угольных разрезов: Дис. .канд. техн. наук. — М., 1981.- 154 с.

63. Утегулов Б. Б. Развитие теории, разработка способов и средств повышения эффективности систем электроснабжения горных предприятий: Автореф. дис. . .докт. техн. наук. М., 1991. — 32 с.

64. Федоров А. А., Ристхейн Э. М. Электроснабжение промышленных предприятий. — М.: Энергия, 1981. 360 с.

65. Филиппов М. М. Автоматизация электросетей в сельской местности. — М.: Энергия, 1977.-102 с.

66. Хусаинова Н. А., Косоротова Ю. В., Сидоров А. И. Определение параметров изоляции линии электропередачи с отпайкой в распределительных сетях по режимным параметрам// Электробезопасность. 2001. - № 2-3. - С. 9-13.

67. Цапенко Е. Ф., Кудрявцев А. С. Вентильная схема контроля сопротивления изоляции в сетях 6, 10 кВ с изолированной нейтралью// Промышленная энергетика. 1984. -№ 8. - С. 46-48.

68. Цапенко Е. Ф., Орловский И. А., Горячов И. Ф. Устройство непрерывного измерения сопротивления изоляции в сетях 6, 10 кВ с изолированной нейтралью// Промышленная энергетика. — 1988. — № 10. — С.27-29.

69. Цапенко Е. Ф., Сычев JI. И., Кулешов П. Н. Шахтные кабели и электробезопасность сетей. — М.: Недра, 1988. — 213 с.

70. Шаткин А. Н. Непрерывный контроль сопротивления изоляции гибкого кабеля 6 кВ и оборудования экскаватора// Промышленная энергетика. -1985.-№8.-С. 48-50.

71. Шаткин А. Н. Устройство непрерывного контроля за состоянием изоляции в заводских электроустановках 6 кВ// Промышленная энергетика. 1981. - № 2.-С. 18-20.

72. Электробезопасность на открытых горных работах/ В. И. Щуцкий, А. М. Маврицын, А. И. Сидоров, Ю. В. Ситчихин; Под ред. В. И. Щуцкого. М.:1461. Недра, 1983.- 192 с.

Похожие работы

Безопасность жизнедеятельности человека
05.26.00