Теоретичні відомості

Замикання на землю в мережах з ізольованою нейтраллю викликає спотворення системи фазних напругі появу струмів нульової послідовності. Струми нульової послідовності, окрім основної частоти 50 Гц, містять складові вищих гармонік. Основними джерелами вищих гармонік є генератори (е.р.с. яких не чисто синусоїдальна), а також силові трансформатори і приймачі, що мають нелінійну вольт-амперну характеристику.

Істотне скорочення часу і трудовитрат на відшукання місць однофазних замикань на землю дає використання спеціальних переносних приладів.

У всіх відомих приладах контроль струму нульової послідовності здійснюється шляхом вимірювання магнітного поля поблизу лінії за допомогою магнітних датчиків, які представляють собою індуктивну котушку з розімкненим феромагнітним осердям.

Усі переносні прилади діляться на дві групи:

• прилади, що працюють на частоті 50 Гц;

• і прилади, що працюють на вищих гармонійних складових струму і напруги.

Кожна група в свою чергу включає як струмові, так і направлені прилади.

Струмові прилади використовуються для порівняльної оцінки значень струмів нульової послідовності на ПЛ при замиканні на землю. При їх застосуванні в результаті порівняльної оцінки рівня відповідних складових струмів нульової послідовності визначається пошкоджена лінія, показання приладу для якої максимальні. Потім за максимальними показаннями приладу на пошкодженій лінії визначаються пошкоджене відгалуження і саме місце пошкодження, за яким показання приладу різко зменшується.

Направлені прилади дають можливість визначити напрям протікання цих струмів. Вони дозволяють за показаннями індикатора визначити напрям до місця пошкодження в будь-якій точці мережі.

Прилади, що працюють на частоті 50 Гц не знайшли широкого розповсюдження. Це пов’язано з тим, що магнітне поле струмів навантаження створює напруженість яка порівнянна з напруженістю магнітного поля струмів замикання на землю.

Використання вищих гармонійних складових зумовлено тим, що їх відносний рівень в струмі замикання на землю в порівнянні з рівнем в струмі навантаження тим вище, чим вище номер гармоніки. Це пояснюється ємнісним характером опору в контурі протікання струму замикання на землю і в значній мірі індуктивним характером опору в контурі протікання струму навантаження. Тому в даному випадку вплив магнітного поля струмів навантаження суттєво менший.

У якості датчиків напруги нульової послідовності в них застосовують антену, сигнал з якою після підсилення, використовується для фіксації наявності замикання, а також як опорна напруга фазопорівнюючої схеми в направлених приладах. У якості датчиків струмів нульової послідовності застосовують котушку на феромагнітному осерді, вихідний сигнал з якої також підсилюється.

Прилад «Поиск-1» (див. рисунок 4.1), розроблений «Союзтехенерго», має фіксовану настройку на 5, 7, 11 і 13-у гармоніки і може працювати в смузі частот.

Рисунок 4.1 – Принципова схема приладу «Поиск-1»

У приладі «Поиск-1» (рисунок 4.1) у якості фільтра використовується подвійний -подібний -фільтр з нульовою настройкою на частоті 50 Гц. Послідовно з датчиком струму і перемикачем включаються конденсатори , підібрані таким чином, щоб досягався резонанс з індуктивністю датчика на одній з гармонік (5, 7, 11 або 13). Перемикачем здійснюється регулювання чутливості приладу. Після посилення сигнал випрямляється і подається на мікроамперметр .

Місце пошкодження за допомогою приладу «Поиск-1» шукають таким чином. Спочатку роблять вимірювання на виході ліній з підстанції. Прилад розташовують на відстані 6-8 м від осі лінії так, щоб датчик був перпендикулярний до неї. Вимірювання виконують переважно на частоті 5‑ї гармоніки. Пошкоджена лінія визначається по максимальному відхиленню стрілки мікроамперметра. Якщо виникають сумніви в правильності визначення пошкодженої лінії, виміри повторюють на інших частотах. Потім вимірювання проводять в місцях розгалуження пошкодженої лінії і аналогічним чином визначають пошкоджене відгалуження. За місцем замикання на землю показання приладу різко зменшуються.

Основними недоліками приладу «Поиск-1» є великі розміри і маса.

У приладі «Волна», який також діє за принципом відносної оцінки часткових струмів нульової послідовності 5-ї або 11-ї гармоніки, додатково є пристрій автоматичного регулювання коефіцієнта підсилення залежно від напруженості електричного поля. При цьому здійснюється певна стабілізація показань приладу при зміні відстані від осі лінії до місця вимірювання, що полегшує користування приладом. Крім того, це забезпечує також часткову компенсацію впливу на показання приладу перехідного опору в місці пошкодження, яке сильно впливає на роботу струмових приладів.

Прилад «Гармоніка» (рисунок 4.2) розробки Українською сільськогосподарською академії (зараз Національний університет біоресурсів та природокористування України) має фіксовану настройку на частоту 11-ї гармоніки. Основним елементом приладу «Гармоніка» є магнітний датчик , налагоджений за допомогою конденсатора в резонанс на частоту 550 Гц і включений на вхід транзисторного підсилювача з вимірювальним приладом на виході.

Рисунок 4.2 – Принципова схема приладу «Гармоніка»

За допомогою приладу «Зонд» можна не тільки контролювати наявність замикання на землю, але і визначати напрям до місця пошкодження, що істотно скорочує час пошуку. Прилад «Зонд» дозволяє також контролювати силу струму нульової послідовності. Органами управління приладу (рисунок 4.3) є три кнопки «Земля», «Направление», «Ток» та перемикач «Усиление». Прилад має підсвітку для можливості проведення пошуку місця замикання на землю у сутінках, а також пристрій контролю живлення: кнопка «Контроль питания». При натисканні будь-якої кнопки включається живлення приладу. Прилад «Зонд», як і інші прилади, має два датчики – антену і магнітний датчик у вигляді котушки на феритовому осерді. Магнітний датчик виконує одночасно функції -фільтра, налагодженого на частоту 550 Гц (індуктивність обмотки – ємність конденсаторів ). Для узгодження вихідного опору фільтру з вхідним опором підсилювача використовується трансформаторний зв'язок (обмотка ).

Рисунок 4.3 – Принципова схема приладу «Зонд»

У режимі «Земля» за допомогою приладу оцінюється значення напруги нульової послідовності основної частоти. У режимі «Направление» визначається напрям протікання струму нульової послідовності одинадцятої гармоніки, а в режимі «Ток» – оцінюється його сила.

Перед початком вимірювань перш за все необхідно переконатися, чи не усунулося замикання на землю. Для цього прилад розташовується так само, як і прилад «Поиск-1», і натискається кнопка «Земля». Сигнал з антени підсилюється емітерним повторювачем на транзисторі і з дільника напруги на резисторах подається на підсилювач на транзисторах . Потім він випрямляється діодом , згладжується і поступає на вимірювальний прилад. Відхилення стрілки приладу на 40 і більше поділок при вимірюваннях на лінії напругою 10 кВ свідчить про наявність замикання на землю.

Потім натискають кнопку «Направление». В цьому випадку сигнал із датчика струму посилюється підсилювачем на транзисторах і подається на фазопорівняльну схему, яка виконана на транзисторах , і резисторі . Перемикач служить для регулювання чутливості. Сигнал з антени після підсилювача на транзисторах , поступає на -фільтр, що складається з індуктивності і конденсаторів , посилюється транзисторами і подається на фазоінвертор на транзисторі . Вихід фазоінвертора видає напругу управління на фазопорівнювальну схему.

Транзистори , разом з резистором виконують роль керованого однополуперіодного випрямляча, який випрямляє сигнал, пропорційний струму. Навантаженням випрямляча є вимірювальний прилад. Залежно від того, співпадають або знаходяться в противофазі сигнали струму або напруги, кожні півперіоду частоти 550 Гц відкривається той або інший транзистор фазопорівнювальної схеми. При цьому стрілка вимірювального приладу, у якості якого використовується мікроамперметр з нулем в середині шкали, відхиляється у напрямку до місця замикання на землю, причому її відхилення пропорційне струму нульової послідовності одинадцятої гармоніки.

На непошкоджених лініях прилад показує напрям до підстанції, а на пошкодженій лінії за місцем пошкодження відхилення стрілки змінюється на протилежне і зменшується пропорційно силі часткового струму замикання на землю, який визначається довжиною ділянки лінії за місцем пошкодження. Оскільки перехідний опір в місці замикання на землю не впливає на фазу між струмами і напругами нульової послідовності, в режимі «Направление» зміна повноти замикання в процесі пошуку значно менше позначається на роботі приладу «Зонд», ніж на роботі інших струмових приладів.

У режимі роботи «Ток» сигнал із датчика струму після підсилення і випрямляння діодом подається безпосередньо на вимірювальний прилад. Такий режим доцільно використовувати при пересуванні уздовж лінії на автомобілі.

Перемикач «Усиление» дозволяє налагодити чутливість приладу «Зонд» для застосування на конкретній лінії. Шкала перемикача «Усиление» має вісім положень 1:1, 1:2, 1:4, 1:8; 1:16; 1:32; 1:64; 1:128 з позначеннями «8», «7», «6», «5», «4», «3», «2» і «1». Для налагодження чутливості приладу необхідно натиснувши кнопку «Ток» знайти таку лінію (що відходить від підстанції), при роботі під якою стрілка індикатора відхилиться на найбільшу кількість поділок при одному і тому ж положенні перемикача «Усиление». Далі, знаходячись під цією лінією, перемикач «Усиление» необхідно поставити у таке, положення, у якому буде найбільше відхилення стріли приладу.

Коротко написати про сучасні прилади, які застосовуються у Чернігівобленерго.