Содержание
В данной работе проанализирован процесс срабатывания реле защиты от утечек при подключении к сети с изолированной нейтралью нелинейных нагрузок.
Выполнены расчеты и получены значения тока для основной составляющей и общего тока, а также отсчеты дискретного преобразования для общего тока и 50 Гц составляющей тока.
Описание основных закономерностей предметной области
Существует несколько причин на основании которых может появится тока в заземляющей жиле.
Дисбаланс фазных емкостей, то есть Ха≠Хв≠Хс :
- Данный дисбаланс появляется при геометрической не симметрии фазных проводов относительно земли.
- В симметричной трехфазной системе фазовые емкостные токи в сумме равны нулю согласно работы [1].
- В не симметричной системе сумма емкостных токов не равна нулю, что приводит к появлению тока в заземляющей жиле, который не является следствием снижения RU3 фаз относительно земли, но может причинить помехи для обнаружения опасных замыканий.
Дисбаланс фазного напряжения (Van≠Vbn≠Vcn) имеет то же самое действие, как неуравновешенная фазовая емкость:
- Несимметричность напряжения может быть вызвана некомпенсированными однофазными нагрузками.
- Дисбаланс напряжения, объединенный с дисбалансом емкости, увеличивает емкостный ток.
- При прямом включении двигателя в сеть емкостный ток способен вызвать срабатывание защитного устройства согласно работы [2].
- Величина тока утечки непредсказуема, и зависит от фазы замыкания контактов и параметров сети.
- Присутствие гармоник напряжения, кратных основной частоте, возникающих при работе преобразователя частоты, может вызвать срабатывание защиты от утечек согласно работы [3].
Чем выше частота переключения линейного напряжения, тем меньше емкостное сопротивление и больше емкостная составляющая тока утечки, на основании уравнения:
- Xc=1/(2πƒC).
Так как трехфазная система является симметричной, то только дисбаланс каждой гармоники вносит вклад в нейтральный ток.
Следовательно в трехфазной системе гармоники трехкратные и синфазные и их сумма во времени является индивидуальной величиной, зависящей от способа переключения силовых ключей.
В существующем реле утечки АЗУР-2 происходит сравнение заданного и фактического напряжения на транзисторе VT7 [4].
Практика показала следующие моменты:
- Происходят искажения оперативного напряжения, вызванное бесконтактными переключениями полупроводниковых элементов, что ведет к срабатыванию реле утечки согласно работы [5].
- Даже при полностью исправной изоляции протекает зарядный ток, определяемый емкостью сети относительно земли и фронтом нарастания напряжения.
- Поэтому данное реле утечки может работать в сетях с общей емкостью сети не более 0,6 мкФ [6].
В аппарате защиты от токов утечки «АРГУС» генератор оперативного тока вырабатывает разнополярные импульсы определенной формы, а сигналы обрабатываются с помощью микропроцессора согласно работы[6].
В свою очередь при работе ПЧ с ШИМ неизвестна его реакция на крутые фронты нарастания при переключении полупроводников с несущей частотой:
- 4 кГц.
- 6 кГц.
- 8 кГц.
- 16 кГц.
Существуют также реле защиты, работающие по принципу изменения частоты оперативного напряжения в зависимости от частоты выходного напряжения ПЧ по определенному закону [7], и имеет следующие особенности:
- Их недостатком является не учитывание частоты следования импульсов наводки в контуре заземления при работе ПЧ.
- Общим недостатком всех существующих реле утечки является нормальное их функционирование лишь для определенных емкостей сети относительно земли и неудовлетворительная работа при больших емкостях сети.
- Фильтрование тока утечки в реальном масштабе времени решает задачу обнаружения небольших по величине токов замыкания на землю за малое время.
Выполнение расчетов в рамках исследования
Воспользуемся цифровой фильтрацией для построения полосового фильтра, реагирующего на основную частотную составляющую тока нулевой последовательности и игнорирующего другие гармонические составляющие и импульсы.
С помощью дискретного преобразования Фурье можно быстро извлечь удельный частотный сигнал из множественно частотного сигнала согласно работы [8].
Для этого воспользуемся упрощенным дискретным преобразованием:
где
- n — номер выборки.
- IР — амплитуда тока.
- m — число значений в цикле.
- I(n) — измеренное значение.
Модель настроена для взятия известных номеров выборки в цикле желательной частоты.
Рассмотрим пример определения амплитуды тока частотой 50 Гц из общего тока утечки равного сумме токов при разных частотах, изображенных на рисунке 1:
- 50 Гц.
- 150 Гц.
- 1350 Гц.
Настроим фильтр на 50 Гц и будем выбирать из выборки с частотой З кГц:
Следовательно, только единственный цикл основной составляющей требуется для расчета, где:
- Является 1/50-ая секунды или 20 мс.
В таблице 1 приведены значения тока для основной составляющей и общего тока, а также отсчеты дискретного преобразования для общего тока и 50 Гц составляющей тока:
Из полученных расчетных значений следует:
- Что сумма для основной составляющей та же, что и сумма для общего тока.
- Расчеты свидетельствуют, что этот метод осуществления выборки обеспечил достаточно точное измерение основной составляющей, несмотря на присутствие других высших гармоник и импульсов.
Список литературы
- Бессонов Л. А., Теоретические основы электротехники, Электрические цепи — Москва: Гардарики, 2001 год, страница 638.
- Лейбов Р.М., Озерной М.И., Электрификация подземных горных работ — Москва: Недра, 1972 год, страница 384.
- Траубе Е. С., Дукачевич Р.Ю., Шевелкин А.А., Закономерности формирования токов утечки на землю в шахтных сетях с преобразователями частоты. // Безопасная, экономичная и надежная эксплуатация взрывозащищенного электрооборудования, Сборник научных трудов ВНИИВЭ — Донецк, 1990 год, страницы 34 -43.
- Аппарат защиты от токов утечки унифицированный рудничный АЗУР // Руководство по эксплуатации.
- Демидов В.Я., Высоцкий В.П., Малахов Ю.Г., Испытание реле утечки АЗУР на участке сети с полупроводниковым преобразователем частоты. // Безопасность работ в угольных шахтах / Сборник научных трудов ВостНИИ — Кемерово, 1994 год, страницы 183-191.
- Фролкин В.Г., Аппарат защиты от токов утечки «АРГУС» // Безопасность труда в промышленности, 2001 год, №2, страница 32.
- Бабокин Г.И., Развитие теории, методы и средства управления и защиты электромеханических систем горных машин с преобразователями частоты // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук — Москва: МГГУ, 1996 год.
- Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов — Санкт-Петербург: Питер, 2003 год, страница 608.
- О проблеме ресурсосбережения и энергосбережения.
Источник: Срабатывание реле защиты от утечек при подключении к сети с изолированной нейтралью нелинейных нагрузок / П.Д. Гаврилов, А.В. Бородин // Вестник КузГТУ, 2004 год, №4, страница 57-59.
