CC BY
52
УДК 621.316.1
И.Х Гарипов, аспирант
Л.М. Рыбаков, доктор техн. наук, профессор
ГОУ ВПО «Марийский государственный университет»
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ПО ТРЕХФАЗНЫМ ВОЗДУШНЫМ ЛИНИЯМ 10 кв
Воздушные линии 10 кВ работают в режиме изолированной или резонансно заземленной нейтрали. В системе с изолированной нейтралью допускается работа линии с однофазным замыканием на землю до устранения повреждения [1]. Причины однофазных замыканий в сетях 10 кВ следующие [2]:
• пробой изоляционных элементов в сетях 10 кВ;
• обрыв провода из-за пережога при длительном однофазном замыкании при пробое изолятора;
• обрыв провода из-за некачественного монтажа и внешних климатических воздействий. Средняя длительность одного отключения,
вызванного обрывом провода, составляет 5,6 ч, а по причине отказов изоляторов — 3 ч летом и 4,9 ч зимой.
Анализ отказов проводов показывает, что основное количество обрывов (41,4 %) происходит в зимнее время, а пробой изоляторов (58,8 %) — в летние месяцы (апрель-август), причем значительная доля приходится на грозовые (40,1 % от общего числа) и внутренние перенапряжения (33,2 %).
Предварительные исследования в лабораторных условиях позволили установить диапазон частот генерируемых дефектными элементами сетей 10 кВ [3]. Поэтому целью экспериментального исследования было обоснование возможности использования полученных частот при поиске дефектов на реальных сетях 10 кВ и определение дальности их распространения от места генерации.
Исследование проводили на действующих линиях 10 кВ гальваническим и антенным методами. При исследовании генератор ВЧ-сигналов Г4-158 включался в начале неразветвленной линии длиной 15 км (I вариант), в середине неразветвленной линии такой же длины (II вариант) и в начале линии, имеющей ответвление на 7-м километре (III вариант), равное остаточной длине линии.
Сигнал снимался с трех фаз линии селективным микровольтметром МтПоск. В результате получены графики, отражающие амплитудно-частотные характеристики линии на различном расстоянии от источника. Данные были обработаны в редакторе баз данных и получены величины сигнала в зависимости от удаления источника сигнала от места регистрации.
В результате анализа характеристик сигнала на различном расстоянии от источника сигнала были выявлены характерные частоты 9, 27, 40 МГц, которые могут являться определяющими при диагностировании дефектов на линии. На этих частотах амплитудно-частотная характеристика линии имеет локальные максимумы, которые не изменяются при измерении сигнала в различных точках на протяжении всей линии. Однако измерение сигнала на частотах 9 и 27 МГц может не иметь информативной ценности при неизвестных параметрах исследуемой линии, поэтому для оценки степени развития дефекта и его обнаружения наиболее оптимально использовать тестовую частоту 40 МГц.
Далее проанализировали затухание сигнала на линии для частоты 40 МГц. Из данных рис. 1 можно сделать вывод, что сигнал на верхнем проводе (фаза В), если к нему подключен генератор, монотонно уменьшается. Для него линия представляет собой фильтр низких частот с определенными параметрами, поэтому переизлучение при этом заметной роли не играет. Если же сигнал генератора подается на одну из крайних фаз, то переизлучение электромагнитных волн между проводами оказывает существенное влияние, в частности напряжение на средней фазе превосходит по уровню напряжение на противоположной фазе, что может быть объяснено ее меньшей емкостью относительно земли, более близким расположением к излучающему проводу и большей емкостью между этими проводами.
Сравнивая графики рис. 1, можно сделать предположение о возможности определения фазы, на которой расположен генератор сигналов, по соотношению между уровнями сигнала на различных фазах. При этом дальность обнаружения дефекта на частоте 40 МГц составляет 7.. .9 км. При повышении чувствительности приборов появляется возможность увеличить дальность регистрации сигналов, обладающих положительной диагностической ценностью.
Анализируя рис. 1 (а1-а3), можно отметить, что уровень сигнала, несмотря на периодические колебания, остается достаточно стабильным и затухание на этой частоте незначительно. На частоте 9 МГц возможна регистрация сигнала на довольно большом удалении от источника разряда, однако отсут-
и, мВ 300 200 „ 100 В 0
ЬК I I I I I I I I I I I 1 4 7 10 13 I, км
а.
и, мВ 60 40
0
20 ___^ . ,
I I I I М I I ^ггг!
1 3 5 7 9 11 13 I, км
б,
и, мВ 60
/ >
40 / ,
х \В
20 X А \
\
\
I 1ТТТТ-ГГГТ мм
и, мВ
200 .___^ В
100 А
0
Г^'С
I I I I Т I I I I I I I I I
и, мВ 100
50 ~
1 3 5 7 9 11 13 /, км
и, мВ 30
20 \
10 V
0
1 3 5 7 9 11 13 /, км -10
«1
ГМ I I I I I I I 3 5 7 9 11 13 I, км
и, мВ 300
с
200 100
0
и, мВ 60 . 40 ' 20 0
\с
-НВ| 11111111
1 3 5 7 9 11 13 /, км
1 3 5 7 9 11 13 I, км
«3
Рис. 1. Распределение сигнала вдоль ЛЭП для I варианта, поданного соответственно на фазы А, В, С при тестовой частоте:
ах, а2, а3 — 9 МГц; бр б2, б3 — 27 МГц; ер в2, в3 — 40 МГц
2
0
2
3
0
2
ствие видимой закономерности в изменении затухания на различном расстоянии не позволяет использовать эту частоту для определения дальности до дефекта (генератора сигналов).
На частоте 27 МГц уже начинает просматриваться устойчивая зависимость уровня сигнала от расстояния до генератора (см. рис. 1). Так, на фазе, к которой подключен генератор, сигнал монотонно уменьшается, что объясняется хорошим прохождением сигнала непосредственно по проводу кондуктивным путем. При этом на затухание большее влияние будут оказывать емкости фаз, чем переизлучение с соседних фаз. Из этого следует, что уровень сигнала на средней фазе будет несколько выше, чем на крайних фазах. Общий уровень остается достаточно высоким, что позволяет использовать эту частоту для диагностирования при определении расстояния до дефекта.
Затухание на частоте 40 МГц имеет более выраженный характер (см. рис. 1). Как и на частоте 27 МГц, уровень сигнала на фазе, к которой присоединен генератор, монотонно уменьшается. Уровень сигнала на крайних фазах имеет существенное отличие. Повышение уровня сигнала на расстоянии 2.. .3 км, скорее всего, это следствие влияния нарушения однородности структуры линии (начало линии, наличие ТП, разветвления и т. д.) или наличие резонанса на этой частоте для участка линии опре-
60 - Вестник ФГОУ
деленной длины. Эту частоту можно использовать при определении точного положения дефектного элемента.
В отношении результатов, полученных по варианту II (рис. 2) для 9 МГц, можно отметить, что, в отличие от варианта I, наблюдается более выраженное преобладание уровня сигнала на фазе, к которой подключен генератор, по сравнению с соседними фазами.
На графиках, представленных для 27 МГц, можно отметить, что для крайних фаз имеет место резонансное переизлучение на противоположную фазу, отмечаемое по максимуму уровня излучения на расстоянии 4.5 км от точки включения генератора. Для средней фазы характер распространения существенно иной. При установке генератора на среднюю фазу уровень сигнала вблизи точки включения имеет максимум на расстоянии около 2.3 км, что можно объяснить сильным влиянием переизлучения с соседних фаз.
На частоте 40 МГц из-за сильной связи между фазными проводами затухание сигнала имеет более отчетливый характер. При отсутствии генератора на средней фазе в точке расположения генератора уровень сигнала падает (имеет провал амплитуды). На противоположной фазе уровень сигнала также незначителен.
Отсюда можно сделать вывод, что сигнал на частоте 40 МГц распространяется преимуществен-
МГАУ№Г2010 -
и, мВ 200
1 3 5 7 9 11 13 15 /,км а1
В —'
1 3 5 7 9 11 13 15 I, км
б,
и, мВ 200
100
¡1111,1111 о
1 3 5 7 9 11 13 15 /, км
7 10 13 I, км
13 15 /,км
и, мВ 40
20
О - I II | I ,
7 10 13 /,км
и, мВ
5 7 9 11 13 15 /, км
Рис. 2. Распределение сигнала вдоль ЛЭП для II варианта, поданного соответственно на фазы А, В, С при тестовой частоте:
а1, а2, а3 — 9 МГц; бр б2, б3 — 27 МГц; в1, в2, в3 — 40 МГц
но между фазными проводами, а не между проводом и землей, т. е. для частоты 40 МГц линия представляет собой хорошую направляющую систему по пути фаза-фаза, что необходимо учитывать при измерении электромагнитного поля направленных антенн. Значительный уровень сигнала при установке генератора на среднюю фазу указывает также на этот механизм распространения сигнала.
Наличие отпайки на расстоянии 7.8 км приводит к значительному уменьшению уровня сигнала практически на всех фазах (рис. 3). Скорее всего, это происходит из-за локального увеличения емкости линий в месте отпайки. После отпайки уровень сигнала увеличивается и сохраняется достаточно высоким.
На частоте 27 МГц (рис. 3) наличие отпайки вызывает общее снижение уровня сигнала, не компенсирующееся после прохождения отпайки. Иными словами, наличие отпайки эквивалентно снижению уровня напряжения генератора. Общий характер изменения уровня сигнала сохраняется.
На частоте 40 МГц (см. рис. 3) наличие отпайки приводит к значительному снижению уровня сигнала. После отметки 7.8 км уровень практически нулевой. Вероятнее всего, это можно объяснить нарушением режима направляющей системы для этой частоты по пути распространения фаза-фаза.
Анализ приведенных выше графиков позволяет сделать вывод о возможности применения разных частот на разных стадиях обнаружения дефекта.
Малое затухание сигнала на частотах вблизи 9 МГц и слабое влияние отпаек и разветвлений на уровень сигнала на этой частоте позволяют использовать ее для обнаружения дефектного элемента на линии и предварительной оценки расстояния до него. Далее производится измерение на более высоких частотах, на которых имеется возможность определить более точно место расположения дефектного элемента по особенностям распространения сигнала. При наличии разветвлений и отпаек измерение сигнала на частоте 40 МГц позволяет исключить влияние соседних присоединений, сигнал с которых претерпевает значительное затухание. На этой частоте также возможно определение дефектной фазы, генерирующей сигнал, по соотношению между уровнями сигнала на различных проводах линии.
Следующим этапом было измерение сигнала под напряжением с использование микровольтметра МтНоск с антенной. Во время испытаний для всех трех вариантов зафиксированы сигналы, идентичные по характеру ранее полученным гальваническим методом с максимальным уровнем в диапазоне частот 9.40 МГц. При изменении нагрузки на линии существенных изменений интенсивности и частотного распределения принимающих сигналов не зафиксировано. Сопоставляя результаты гальванического и антенного методов измерений, можно сделать вывод о хорошей степени соответствия полученных данных и возможности их использова-
U, мВ
30 -
90 -
V
10 - д
0 - 1 -
U, мВ
1 3 5 7 9 11 13 15 I, км
Ol PI I I i i i I i ! т-г-1 3 5 7 9 11 13 15 /,км в.
1 3 5 7 9 11 13 15 /,км
7 10 13
/, км
Рис. 3. Распределение сигнала вдоль ЛЭП для III варианта, поданного соответственно на фазы А, В, С при тестовой частоте:
а1, а2, а3 — 9 МГц; б1, б2, б3 — 27 МГц; в1, в2, в3 — 40 МГц
ния для определения места положения дефектных элементов сети.
Список литературы
1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ. Утв. Приказом Минэнерго РФ от 19.06.03 № 299. — Екатеринбург: Уральское книжное изд-во, 2003.
2. Рыбаков, Л.М. Анализ повреждений распределительных сетей 10 кВ / Л.М. Рыбаков, Е.С. Шумелева, Д.Г. Соловьев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2003. — № 1. — С. 25-27.
3. Рыбаков, Л.М. Методы и средства обеспечения работоспособности электрических распределительных сетей 10 кВ: научное издание / Л.М. Рыбаков.- М: Энергоатом-издат, 2004.
УДК 631.31
А.В. Перепелкин, аспирант
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РОТАЦИОННОГО КОПАТЕЛЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
Одним из перспективных направлений в обработке почвы стало использование ротационных копателей. Ротационные копатели позволяют использовать трактора малых мощностей, эффективно загружать двигатель через ВОМ, с хорошим качеством обработки, но низкими скоростями движения агрегата [1].
В процессе работы ножи ротационного копателя совершают вращательное и поступательное дви-
62 -
жение. Траектория движения каждой точки ножа копателя зависит от окружной и поступательной скоростей, т. е. от показателя кинематического режима. У копателя с горизонтальной осью вращения траектория движения ножей представляет собой вытянутую циклоиду (трохоиду). Траекторией движения двух последовательно работающих ножей и направлением вращения копателя определяют размеры и форма срезаемого почвенного пласта [2].
Вестник ФГОУ ВПО МГАУ №Г20Ю
