CC BY
221
Таблица 3. Потребление электроэнергии автономного сельскохозяйственного потребителя
Электроприбор I Мощность, Вт
Бытовые нужды
Аудиомагнитофон б
DVD проигрыватель 1O
Освещение (энергосберегающая 2O
лампа, заменяющая лампу
накаливания мощностью 100 Вт)
Зарядное устройство телефона 6O
Телевизор 1OO
Отопительный прибор 15O
(инфракрасный пленочный
электронагреватель 2 м2)
Небольшой холодильник 6OO
Производственные нужды
Стригальная машинка для овец 3OO
Сепаратор (1000 л/ч) 55O
Орошение (насосная установка) 1OOO
Доильный аппарат 3OOO
утреннего удоя и др.) и составляет около 2 кВт, вечерне-ночная (освещение, собственные нужды) - 1 кВт, во время доения - 3 кВт. Провал напряжения ночью можно
покрыть либо балластной нагрузкой, либо нагружением приборов обогрева, освещения и др.
Недостаток малых гидроэлектростанций - сезонность работы, так как у небольших водохранилищ сток в зимнее время отсутствует. Однако в сельском хозяйстве также есть сезонные работы (полевые станы, летние дойки, орошение и др.), для которых этот недостаток не существенен.
Выводы. Таким образом, валовой гидроэнергетический потенциал водохранилищ Челябинской области составляет около 200 млн кВтч в год. Малые ГЭС, сооружаемые на водоемах региона, не претендуют на существенную роль в его энергетическом балансе, однако их можно использовать как резервный источник питания для повышения надежности энергоснабжения или для автономных потребителей, что позволит снизить потребление органического топлива.
Подсчитанный гидроэнергетический потенциал готовых напорных гидроузлов области можно использовать при проектировании систем энергоснабжения автономных сельскохозяйственных потребителей.
Литература.
1. Пташкина-Гирина О.С. Использование энергии малых рек для энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей в зоне Южного Урала. Автореф.дисс.канд.техн.наук. Челябинск, 1998.
2. Авакян А.Б., Шарапов В.А., Салтанкин В.П. и др. Водохранилища мира. - М.: Наука, 1979. - 288 с.
3. Фельдман Б.Н., Марканова Т.К., Серегина М.И. Состояние и тенденции развития малой гидроэнергетики. //Энергетическое строительство за рубежом. - 1987. -№3.- С. 23-27.
HYDROPOWER POTENTIAL OF PRESSURE HYDROKNOT OF THE CHELYABINSK REGION
O.S. Ptashkina-Girina, O.A. Guseva
Summary. The results of studies in the Chelyabinsk Region is located 412 waterworks pressure, total hydropower potential of about 200 million kW/h per year, use this potential by using the proposed technical solutions and added a small hydroelectric power plants proposed by the authors of mobile micro hydroelectric power station dam. Counted hydropower potential of ready-pressure hydroknot can be used in designing power supply systems of autonomous agricultural consumers area.
Key words: Hydropower potential, hydroknot, the water basin, renewable energy sources
УДК 621.316.11
МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ОБНАРУЖЕНИЯ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ С ОБРЫВАМИ ФАЗНОГО ПРОВОДА В СЕЛЬСКИХ СЕТЯХ 10 КВ
А.Н. КЛОЧКОВ, техник Костромская ГСХА E-mail: duhast44@gmail.com
Резюме. В сельских сетях 10 кВ режим однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) представляет опасность для людей и животных и, кроме того, часто переходит в междуфазное короткое замыкание. Режим однофазного замыкания на землю обычно рассматривается методом симметричных составляющих, однако он малоприменим для режимов с несколькими разнородными повреждениями.
Цель проведенного исследования - повышение надежности сельских сетей 10 кВ путем совершенствования методики расчета чувствительности защит в режимах с замыканиями на землю. В ходе работы осуществляли моделирование сетей с изолированной нейтралью методом фазных координат.
При этом схему сети разбивали на участки, каждый из которых моделировали 2К-полюсником в форме Н или Y, где К - число фаз или проводов.
Предложено рассматривать влияние земли как дополнительного четвертого проводника, не связанного непосредственно с источником напряжения. В этом случае потенциал земли будет зависеть от внутренней схемы соединения рассматриваемой сети, а ток замыкания на землю будет ограничен емкостными проводимостями линий электропередачи.
В результате расчета разветвленной сети для определения зависимости величины напряжения нулевой последовательности 3ио от параметров режима и сети была получена регрессионная зависимость:
3U0(Zt,Ld,Zz,Ls)=55,2093-0,0014■eZt-0,11224■eLd-0,00074■
^-0,08276^*,
где Zt, Zz, Ls и Ld - действительные значения факторов. Анализируя эту формулу можно сделать вывод, что для повышения надежности сельских сетей 10 кВ необходимо снижать уставку сигнализации замыкания на землю до 10 В и применять новые устройства защиты.
Ключевые слова: обрыв, замыкание на землю, сигнализация
В сельских сетях 10 кВ режим однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) не считается аварийным, так как при этом не искажается диаграмма линейных напряжений у потребителей. В то же время такое повреждение представляет опасность для людей и животных и, кроме того, часто переходит в междуфазное короткое замыкание. По данным диспетчерских служб в сельских сетях 10 кВ с изолированной нейтралью наблюдались случаи несрабатывания исправной сигнализации в режимах замыкания на землю, что еще больше повышает его опасность [2, 3].
Режим однофазного замыкания на землю достаточно подробно рассмотрен в технической литературе [1] с использованием метода симметричных составляющих. Обычно при этом прибегают к упрощениям, не позволяющим учесть влияние параметров самой сети и нагрузки. Для расчета подобных схем применим метод фазных координат [4].
Цель проведенного исследования - повышение надежности сельских сетей 10 кВ путем совершенствования методики расчета чувствительности защит в режимах с замыканиями на землю. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
разработать методику расчета сложных аварийных режимов обрыва с замыканием на землю для сетей с изолированной нейтралью методом фазных координат; выявить зависимость напряжения нулевой последовательности от параметров сети и аварийного режима;
на основании проведенных расчетов разработать рекомендации по настройке существующих аппаратов защиты и применению новых устройств.
Условия, материалы и методы. Сети с изолированной нейтралью моделировали методом фазных координат. При расчетах несимметричных режимов с его использованием схема сети разбивается на участки, каждый из которых моделируется 2К-полюсником в форме Н илиУ где К - число фаз или проводов. При этом метод фазных координат оперирует матрицами и векторами различной размерности, численные значения которых - комплексные величины. Напряжения и токи на входах и выходах 2К-полюсников зависят от схемы и параметров замещаемого устройства. Напряжение в каждой точке сети определяется относительно узла нулевого потенциала. По этим значениям находятся фазные и междуфазные напряжения в любой точке сети.
2К-полюсники в форме Н позволяют определять напряжение и ток на входе по значению напряжения и тока на выходе. Для каждого 2К-полюсника в форме Н справедливы соотношения [1]:
[1Н,МС,] *[икЫО] *[М.
2К-полюсники в форме У позволяют вычислять токи на входе и на выходе участка по напряжениям в начале и в конце участка:
ил^ми^^^ми"];
[К^^ми^+щм^],
где [ин], [ик], [1Н1], [1К1] - напряжения и токи в начале и в конце /-го участка, представляющие собой векторы-столбцы; [А]; [В]; [С]; [DІ] - параметры элемента сети в форме Н; [Уа];[УЬ];[Ус];/УУ]; - параметры элемента сети в формеУ
Обычно матрица параметров элемента сначала составляется в форме У по известным сопротивлениям или проводимостям между его узлами, затем можно переходить к параметрам 2К-полюсника в форме Н [1].
Для расчета режимов с замыканиями на землю в сетях с изолированной нейтралью методом фазных координат необходимо учитывать влияние земли на распределение токов и напряжений. Ранее считалось, что ее потенциал равен нулю и не зависит от рассматриваемого режима. При таком подходе невозможно точно рассчитать токи замыкания на землю, так как их протекание будет обусловлено приложением фазного напряжения к незначительному переходному сопротивлению. Токи должны принимать огромные значения, чего на практике не наблюдается. Для устранения подобной ошибки ранее необходимо было вводить сложную модель трансформатора со схемой соединения обмоток «звезда-треугольник».
По методике, разработанной в Костромской ГСХА, предлагается рассматривать землю как дополнительный четвертый проводник, не связанный непосредственно с источником напряжения. В этом случае ее потенциал будет зависеть от внутренней схемы соединения рассматриваемой схемы, а ток замыкания на землю будет ограничен емкостными проводимостями линий электропередачи. Применяя такую методику, можно отказаться от сложной модели трансформатора и задавать напряжения в начале линии непосредственно вектором-столбцом значений. Для согласования вектора напряжений и линии электропередачи необходимо ввести элемент, который исключит непосредственную связь земли с источником напряжения [5].
После того, как матрицы параметров для всех элементов найдены [2], определяют матрицу эквивалентных параметров всей сети для нахождения напряжения в конце линии. Зная значения напряжения в начале и конце линии можно найти значения токов и напряжений в любой точке сети.
Для изучения влияния параметров сети, нагрузки и самого аварийного режима на величину напряжения нулевой последовательности рассчитаем сеть, представленную на рис. 1.
к трансформатору 35/10 кВ
Ш |2ы[ _ 1а М N _ |2ь2[ _
ив 1в м /ы
ис 1с М N
_Уы ГТ 1 Уи_ | Ы УАы ГТ/ 1 У Ь2 [1С
7/ Ыа 2ьх 2т /V/
Ив
Цс
=1 СуХулу/! ГТ
/////Л //////
Рис. 1. Расчетная схема замещения сети 10 кВ.
При этом будем учитывать влияние величины переходного сопротивления, нагрузки, подключенной к поврежденной линии, длины поврежденной линии и суммарной длины смежных линий. Нагрузку поврежденной линии и смежных с ней зададим сопротивлением. Для смежных линий оно будет неизменно и составит 2000 Ом на фазу. Нагрузку поврежденной линии будем изменять в пределах 2000...6000 Ом на фазу, длину поврежденного участка - от 1 м до 20 км, суммарную длину смежных линий - от 20 до 100 км. Величину переходного сопротивления зададим в пределах 30...8000 Ом.
Рис. 2. Схема замещения сети с ответвлением в виде 2К-полюсников.
Поскольку по методу фазных координат каждый элемент сети заменяется эквивалентным 2К-полюсником, то схему замещения можно представить, как показано на рис. 2.
Исходя из этих данных, мы расчитали зависимости величины напряжения нулевой последовательности 3ио от величины переходного сопротивления в месте замыкания Zz (Ом), сопротивления потребительского трансформатора Zt (Ом), суммарной длины отходящих линий от шин питающей подстанции Ls (м) и длины поврежденного участка Ld (м).
Результаты и обсуждение. Обработка расчетных данных по программе множественного регрессионного анализа [3] позволила получить уравнение регрессии для величины 3ио в зависимости от факторов Zz, Zt, Ls и Ld. После исключения незначимых факторов для кодированных значений Zt, Zz, Ls и Ld оно имеет вид: 3Uc(Zt,Ld,Zz,Ls)=55,2093-1,4•ей-0,11224-ем-0,74-е^-0,08276• е^,
для действительных значений Zt, Zz, Ls и Ld:
3и0 (Zt,Ld,Zz,Ls)=55,2093-0,0014• ей-0,11224• е“-0,00074- ей-0,08276• е1-8,
Анализируя эти формулы можно сделать вывод, что возможен такой режим обрыва с замыканием на землю со стороны потребителя, который не будет обнаружен устройствами сигнализации, уставка которых находится в интервале 15...30 В. Причем возникновение такого режима может быть обусловлено различными сочетаниями значений факторов. Например, при большом сопротивлении потребительского трансформатора и значительной суммарной длине отходящих линий ве-
личина 3ио находится в пределах 7.10 В, то есть в зоне нечувствительности сигнализации. Для сельских сетей 10 кВ характерны большая протяженность и малый коэффициент загрузки трансформаторов. Основываясь на анализе полученного уравнения регрессии можно сделать вывод, что в таких сетях режим обрыва с замыканием на землю со стороны потребителя не будет распознан вне зависимости от величины переходного сопротивления в месте замыкания. Таким образом, наблюдавшиеся на практике случаи несрабатывания исправной сигнализации получили свое теоретическое объяснение.
Несрабатывание сигнализации в режимах обрыва фазного провода с замыканием на землю со стороны потребителя ведет к снижению надежности сетей, поскольку при этом увеличивается время поиска повреждения, а, следовательно, вынужденного простоя.
Для повышения надежности необходимо снижать уставку сигнализации в зависимости от конфигурации сети и загрузки потребительских трансформаторов, а также применять новые средства сигнализации, действие которых может быть основано на работе фильтров напряжения обратной и нулевой последовательности, что позволяет быстро определить класс сети, где произошел обрыв, сокращая тем самым время поиска и аварийного простоя.
Выводы. На значения 3ио на питающей подстанции влияют параметры аварийного режима обрыва фазного провода с замыканием на землю со стороны потребителя, нагрузка и длина поврежденной линии.
Анализ полученных уравнений регрессии показывает, что при большой протяженности смежных линий и малой величине нагрузки существующие средства сигнализации не обнаруживают режим обрыва с замыканием на землю со стороны потребителя.
Для повышения надежности электроснабжения необходимо совершенствовать устройства сигнализации и защиты от замыканий на землю.
Литература.
1. Шалин А.И., Хабаров А.М. Защиты от замыканий на землю в сетях 6-35 кВ. Небалансы// Новости электротехники. - 2006. - №3(39), С. 51-54, - №4(40), С. 49-52, -№5, С. 57-60.
2. Бургучев С.А. Электрические станции, подстанции и системы. - М.: Колос, 1966.-688 с.
3. Шуин В.А., Гусенков А.В. Защиты от замыканий на землю в сетях 6-35кВ. - М.: НТФ «Энергопресс», 2001. - 104 с.
4. Солдатов В.А., Попов Н.М. Моделирование параметров К-фазных линий электропередачи в фазных координатах (статья). - Депонирование в ВИНИТИ 08.07.2003, №13069 - В2003, 27 с.
5. Клочков А.Н., Попов Н. М. Методика расчета сложных режимов в сетях с изолированной нейтралью. // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - 2010. - №11. -С.52-57.
METHOD OF CALCULATION AND DETECTION FOR CLOSING-TO-LAND MODE WITH PHASE WIRE
BREAKAWAY IN COUNTRYSIDE 10 KV NETWORKS
A. N. Klochkov
Summary. In countryside 10 kV networks one-phase-closing-to-land mode can be dangerous for human and animals and often transforms into two phase short circuit mode. Usually one-phase-closing-to-land mode calculating with symmetrical components but this method is useless for modes with several unlike damages.
The goal of our research is to increase reliability of countryside 10 kV networks by improving calculation methods and signal devices for one-phase-closing-to-land modes.
In research modeling of networks with isolated neutral using method of phase coordinates was made.
For calculation of asymmetrical network modes electric scheme divides on some parts. All parts represents as 2K-pole elements in H or Y form where K is number of phases or wires.
According to calculation principles which were made in Kostroma agricultural academy it is recommended to consider ground as fourth wire not connected to current source. In that way potential of ground will depend on connection order in scheme and current in ground will be restricted by line capacity.
Results of calculation for branchy network are determine dependence of null sequence voltage 3U0 and network parameters in form of regression:
3Uc(Zt,Ld,Zz,Ls)=55,2093-0,0014eZt-0,11224eLd-0,00074• eZz-0,08276eLs, where Zt, Zz, Ls and Ld - real factor meanings.
In summary to increase reliability of countryside 10 kV networks it is necessary to decrease threshold of closing-to-land signalization and use new protection devices.
Key words: breakaway, closing- to-land, signalization.
