You are currently viewing Срабатывание реле защиты от утечек при подключении к сети с изолированной нейтралью нелинейных нагрузок

Срабатывание реле защиты от утечек при подключении к сети с изолированной нейтралью нелинейных нагрузок

Перечислим возможные причины появления тока в заземляющей жиле:

  1. Дисбаланс фазных емкостей, т.е. 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 [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;
  2. 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;
  3. При прямом включении двигателя в сеть емкостный ток способен вызвать срабатывание защитного устройства [2]. Величина тока утечки непредсказуема, и зависит от фазы замыкания контактов и параметров сети;
  4. Присутствие гармоник напряжения, кратных основной частоте, возникающих при работе преобразователя частоты, может вызвать срабатывание защиты от утечек [3]. Чем выше частота переключения линейного напряжения, тем меньше емкостное сопротивление Xc=1/(2πƒC) и больше емкостная составляющая тока утечки.
Срабатывание реле защиты от утечек при подключении к сети с изолированной нейтралью нелинейных нагрузок 1
Рис. 1 - Общий ток нейтрального провода и его составляющие
Срабатывание реле защиты от утечек при подключении к сети с изолированной нейтралью нелинейных нагрузок 2
Таблица 1 - Значения составляющих и дискретных значений преобразования Фурье

Так как трехфазная система является симметричной, то только дисбаланс каждой гармоники вносит вклад в нейтральный ток. 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, что происходит искажение оперативного напряжения, вызванное бесконтактными переключениями полупроводниковых элементов, что ведет к срабатыванию реле утечки [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 [6], но при работе ПЧ с ШИМ неизвестна его реакция на крутые фронты нарастания при переключении полупроводников с несущей частотой 4, 6, 8, 16 кГц.

Существуют также реле защиты, работающие по принципу изменения частоты оперативного напряжения в зависимости от частоты выходного напряжения ПЧ по определенному закону [7]. 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. 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 [8].

Для этого воспользуемся упрощенным дискретным преобразованием:

Срабатывание реле защиты от утечек при подключении к сети с изолированной нейтралью нелинейных нагрузок 3

где IР — амплитуда тока;

m — число значений в цикле;

n — номер выборки;

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 на 50, 150, 1350, Гц, изображенных на рисунке.

Настроим фильтр на 50 Гц и будем выбирать из выборки с частотой З кГц:

Срабатывание реле защиты от утечек при подключении к сети с изолированной нейтралью нелинейных нагрузок 4

Следовательно, только единственный цикл основной составляющей требуется для расчета: здесь 1/50-ая секунды или 20 мс.

В таблице приведены значения тока для основной составляющей и общего тока, а также отсчеты дискретного преобразования для общего тока и 50 Гц составляющей тока.

Видно, что сумма для основной составляющей та же, что и сумма для общего тока, свидетельствуя, что этот метод осуществления выборки обеспечил достаточно точное измерение основной составляющей, несмотря на присутствие других высших гармоник и импульсов.

Список литературы

  1. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2001. 638 с.
  2. Лейбов Р.М., Озерной М. И. Электрификация подземных горных работ. — М.: Недра, 1972. 384 с.
  3. 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, с. 34 -43.
  4. Аппарат защиты от токов утечки унифицированный рудничный АЗУР. // Руководство по эксплуатации.
  5. 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, с. 183-191.
  6. Фролкин В.Г. Аппарат защиты от токов утечки «АРГУС». // Безопасность труда в промышленности. 2001, №2. с. 32.
  7. 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. — М.: МГГУ, 1996.
  8. Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов. — СПб.: Питер, 2003. 608 с.

Источник: Срабатывание реле защиты от утечек при подключении к сети с изолированной нейтралью нелинейных нагрузок / П.Д. Гаврилов, А.В. Бородин // Вестник КузГТУ. — 2004. — №4. — C. 57-59.

Добавить комментарий

Gekoms LLC

Коллектив экспертов большая часть опыта и знаний которых востребованы в области промышленной автоматизации, разработке технически сложного оборудования, программировании АСУТП, управлении электроприводом. Телефон: +7(812) 317-00-87 Email: info@gekoms.com Сайт: https://gekoms.org