Ключевые слова: однофазные замыкания на землю, кабельные линии, электроснабжение.
На воздушных линиях с рабочим напряжением 35 кВ, работающих в схеме с изолированной нейтралью при повреждении провода одной фазы, падения, нарушения изоляции возникает однофазное замыкание на землю (ОЗЗ). Так как данный режим работы системы не является аварийным в сетях с изолированной нейтралью, то отключение поврежденной линии не происходит. Тем не менее, этот режим сказывается на работе потребителей, подключенных к сети. Проблемным также является поиск места ОЗЗ, наиболее распространенный дистанционный метод поиска хоть и прост, но не обладает большой точностью, поэтому для облегчения поиска места ОЗЗ следует искать новые подходы.
Одно из наиболее активно развиваемых направлений технической науки на сегодняшний день — математическое имитационное моделирование (МИМ). Таким образом, можно совместить традиционные методики поиска мест замыкания на землю кабельных линий с методами МИМ.
В данной работе выполняется МИМ ОЗЗ воздушной линии (ВЛ) номинальным напряжением 35 кВ, длиной 10 км. Сечение провода — 120 мм 2 . МИМ показана на рис. 1.
Рис. 1. Математическая имитационная модель для определения параметров ОЗЗ ВЛ
Модель представляет собой ряд взаимосвязанных математических блоков. В качестве исходных данных используются первые 4 блока: фазное напряжение ВЛ, представляемое блоком синусоидального сигнала, емкость между жилами ВЛ, ее длина и удельная емкость ВЛ, представляемые блоками константы. 5, 6, 7 и 8 блоки представляют собой уравнения, которые описывают параметры режима однофазного короткого замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью: уравнение тока однофазного замыкания на землю, сопротивление нулевой последовательности при однофазном КЗ на землю, емкостной ток линии и сопротивление нулевой последовательности в нормальном режиме работы, выражения приведены ниже: (1), (2), (3), (4):
где
где
Емкостной ток ВЛ как правило незначителен и не оказывает никакого влияния на изоляцию ВЛ и на режим работы сети (рис. 2), это видно из результатов моделирования.
Рис. 2. Емкостной ток между фазой А ВЛ и землей в нормальном режиме работы
Такое значение емкостного тока обусловлено сопротивлением нулевой последовательности, которое в нормальном режиме работы ВЛ имеет большое значение (рис. 3), что также хорошо заметно из результатов моделирования.
Рис. 3. Сопротивление нулевой последовательности ВЛ в нормальном режиме работы
В случае замыкания одной из фаз на землю, значение емкостного тока значительно возрастает (рис. 4), что обусловлено резким падением значения сопротивления нулевой последовательности (рис. 5).
Рис. 4. Емкостной ток между фазой А ВЛ и землей при замыкании на землю
Рис. 5. Сопротивление нулевой последовательности ВЛ при замыкании на землю
Таким образом, модель показывает четкую взаимосвязь между параметрами тока однофазного замыкания на землю и сопротивлением нулевой последовательности. Из этого следует, что сопротивление нулевой последовательности, изменяющее свое значение в зависимости от емкостного тока можно использовать в качестве диагностического параметра. Известно, что чем дальше точка ОЗЗ от места замера, тем меньше значение тока ОЗЗ, а значит, по мере приближения к этой точке сопротивление будет уменьшаться. Значит, используя за основу компьютерную модель для определения параметров ОЗЗ наложенную, например, на дистанционный метод обнаружения места ОЗЗ можно получить мощный цифровизированный инструмент, обладающий большей точностью чем традиционный дистанционный метод.
Литература:
- Макаров, И. Д. Имитационное моделирование однофазного замыкания в распределительных сетях с изолированной нейтралью / И. Д. Макаров // Студенческий вестник. — 2020. — № 20–13(118). — С. 86–87. — EDN SGGKCU.
- Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям «Электрические станции», «Электроэнергетические системы и сети», «Электроснабжение», «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» направления подготовки дипломированных специалистов «Электроэнергетика» / [И. П. Крючков и др.]; под ред.: И. П. Крючкова и В. А. Старшинова. — 3-е изд., стер.. — Москва: Академия, 2008. — (Высшее профессиональное образование. Энергетика). — ISBN 978–5-7695–5281–6. — EDN QMKEHF.
