Відбір потужності від струму однофазного замикання на землю для живлення приладу ідентифікації замикання

Abstract

Електричні мережі напругою 6–35 кВ в Україні працюють в режимі з ізольованою нейтраллю, що дозволяє їм зберігати працездатність у разі утворення однофазних замикань на землю. Однак наявність таких замикань збільшує ймовірність утворення міжфазних коротких замикань. Тому їх намагаються усунути якнайшвидше. Існуючі пристрої дозволяють лише звузити зону пошуку до виявленого відгалуження від магістралі повітряної лінії, а пошкодження повинно бути знайдене під час обходу персоналом траси лінії та візуального її контролю. Авторами запропонований інноваційний пристрій ідентифікації однофазних замикань на землю, який дозволяє визначити місце замикання з точністю до опори повітряної лінії за умови наявності такого пристрою на кожній опорі. Такий прилад після ідентифікації наявності однофазного замикання на землю на опорі відправляє повідомлення через GSM мережу стільникового зв’язку до диспетчерського пункту. Проведено аналіз можливих джерел живлення такого пристрою. Запропоновано живити пристрій безпосередньо від струму замикання. Відбір потужності від струму через металевий спуск заземлення опори пропонується виконувати за допомогою спеціального трансформатора, що забезпечить максимізацію відбору потужності та збереже цілісність контуру заземлення траверси опори. Запропонована математична модель, що дозволяє розрахувати параметри режиму роботи такого трансформатора за різних значень струму замикання та його габаритних характеристик. Встановлено, що запропонований підхід до побудови джерела живлення дозволяє відбирати достатньо енергії, яка може акумулюватися у ємнісному накопичувачі та використовуватися для живлення приладу під час надсилання повідомлення про місце пошкодження на повітряній лінії. Встановлено, що максимальний час накопичення енергії та, як наслідок, відправки повідомлення про пошкодження, може сягати 10 хвилин, за які персонал оперативно- виїзної бригади повинен підготуватися для виїзду до місця пошкодження.

In Ukraine, 6–35 kV electric networks operate in isolated neutral mode, which allows the networks to remain operational when single-phase-to-earth fault takes place. However, the presence of such a fault increases the possibility of interphase fault. Therefore, these faults are to be eliminated as quickly as possible. Existing devices can only narrow the search area to the detected branch from the overhead line, then an emergency crew has to find the fault by going along the line and inspecting it visually. The authors proposed an innovative device for identifying the single-phase-to-earth fault, which allows to determine the location of a fault with accuracy to the overhead line support, provided that such devices are available on each support. Such a device, having identified the presence of a single-phase-to-earth fault on the support, sends a message through the GSM network to the control center. The paper analyzes the possible power sources of such a device. It is proposed to power the device directly from the fault current. It is proposed to perform power take-off from the current through the metal grounding of the support using a special transformer that will maximize power take-off and maintain the integrity of the support ground loop. There has been proposed a mathematical model, which allows to calculate the parameters of the operating mode of such a transformer at various values of the fault currents and its dimension. It is shown that the proposed approach to the construction of a power source allows selecting enough energy that can be accumulated in capacitive storage and used to power the device while sending a message about the place of fault on the overhead line. It is shown that the maximum time of energy storage and sending messages can reach 10 minutes. During this time, the emergency crew should prepare for departure to search for the fault.

Электрические сети напряжением 6–35 кВ в Украине работают в режиме с изолированной нейтралью, что позволяет сохранять работоспособность при возникновении однофазных замыканий на землю. Однако наличие таких замыканий увеличивает вероятность образования межфазных коротких замыканий. Поэтому их пыта-ются устранить как можно быстрее. Существующие устройства позволяют лишь сузить зону поиска до обна-руженного ответвления от магистрали воздушной линии, а повреждения должно быть найдено во время обхода персоналом трассы линии и визуального ее контроля. Предложенное авторами инновационное устройство идентификации однофазных замыканий на землю позволяет определить место замыкания с точностью до опоры воздушной линии при условии наличия такого устройства на каждой опоре. Такой прибор при идентифи-кации наличии однофазного замыкания на землю на опоре отправляет сообщение через GSM сеть сотовой связи в диспетчерский пункт. Проведен анализ возможных источников питания такого устройства. Предложено питать устройство непосредственно от тока замыкания. Отбор мощности от тока через металлический спуск заземления опоры предлагается выполнять с помощью специального трансформатора, что обеспечит максимизацию отбора мощности и сохранит целостность контура заземления траверсы опоры. Предложена математическая модель, позволяющая рассчитать параметры режима работы такого трансформатора при различных значениях токах замыкания и его габаритных характеристик. Установлено, что предложенный под-ход к построению источника питания позволяет отбирать достаточно энергии, которая может аккумулиро-ваться в емкостном накопителе и использоваться для питания прибора при отправке сообщения о месте по-вреждения на воздушной линии. Установлено, что максимальное время накопления энергии и, как следствие, отправки сообщения о повреждениях, может достигать 10 минут, за которые персонал оперативно-выездной бригады должен подготовиться для выезда к месту повреждения.