CC BY
48
УДК 621.316.1
ИССЛЕДОВАНИЕ НА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ РАДИАЛЬНОЙ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ НАПРЯЖЕНИЕМ 380 В ПРИ ОБРЫВАХ ФАЗНЫХ И НУЛЕВОГО ПРОВОДОВ
А.М. ЕРШОВ, Г.С. ВАЛЕЕВ, Р.Г. ВАЛЕЕВ
Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет), г. Челябинск
В статье приводятся результаты исследований режимов работы электрической сети напряжением 380 В при обрывах нулевого и фазных проводов воздушной линии. Приводится количественная и качественная оценка изменения напряжений электрической сети при разной несимметрии фазных электрических нагрузок потребителей.
Ключевые слова: воздушная линия напряжением 380 В, обрыв нулевого провода, обрыв фазного провода.
Исследованию процессов, происходящих в электрических сетях напряжением 380 В, выполненных воздушными линиями, уделялось и уделяется большое внимание в разные периоды времени становления и развития распределительных сетей указанного напряжения. Значительная часть этих работ была направлена на установление характерных признаков, присущих аварийным режимам, и разработке на их основе средств защиты и повышения уровня электробезопасности.
На распределение фазных напряжений относительно нулевого провода, а также токов, протекающих по линиям электропередачи, оказывают влияние множество факторов, таких как технические параметры понижающих трансформаторов, их внешние характеристики, параметры воздушных линий, величины и места расположения повторных заземлений нулевого провода, сопротивления заземляющих устройств потребителей, степень нагрузки фаз и их несимметрия, наличие параллельно работающих линий, распределение нагрузки вдоль линии и многое другое [1].
Запись уравнений, описывающих состояние сети, с учётом всех указанных выше факторов, и их аналитическое решение представляется довольно сложным и трудоёмким процессом. Нетрудно предположить, что даже при успешном решении такой задачи аналитические выражения для определения напряжений в узлах сети и токов в ветвях получатся громоздкими, включающими в себя большое количество независимых переменных [2]. Использование таких выражений для выявления степени влияния каждого независимого переменного параметра (фактора) на величину и фазу напряжений отдельных фаз сети по отношению к нулевому проводу U$.n, и нулевого провода по отношению к земле UNJ, а также и других режимных параметров потребует не меньше усилий и объёма вычислительной работы, чем прямое решение системы уравнений, описывающих состояние сети.
Учитывая вышесказанное, можно утверждать о том, что без применения мощной вычислительной техники и соответствующих программных продуктов провести глубокое и всестороннее исследование режимных параметров (напряжений, токов и мощностей) с учётом целого комплекса влияющих факторов было весьма затруднительно.
С появлением мощного и универсального программного комплекса «Matlab» с приложением к нему пакета «Simulink» возникла возможность проведения
© А.М. Ершов, Г.С. Валеев, Р.Г. Валеев Проблемы энергетики. 2016. № 9-10
исследований режимных параметров сети с учётом практически всех обозримых факторов, оказывающих в той или иной степени влияние на интересующие исследователя параметры.
С целью проведения достаточно глубоких и всесторонних исследований влияния вышеуказанных факторов на величину токов и напряжений фаз сети, их симметричных составляющих и других параметров нами была создана серия компьютерных моделей электрической сети напряжением 380 В типа ТЫ—С, выполненных воздушными линиями. Модели созданы в программном комплексе «МайаЬ» с использованием пакета «£ИтиИпЬ>.
Подробное описание компьютерной модели радиальной сети, состоящей из последовательно соединённых трёхфазного источника, понижающего трансформатора, воздушной линии с сосредоточенной нагрузкой в конце, приведено в работах [3, 4, 5], где дано детальное описание отдельных блоков компьютерной модели сети, а также методики определения параметров, запрашиваемых этими блоками [6, 7, 8].
Адекватность работы компьютерных моделей подтверждена результатами прямых измерений в реальных сетях с воздушными линиями напряжением 380 В (ВЛ-380 В) Центрального РЭС ПО «Челябинские городские электрические сети» и Еткульского РЭС ПО «Центральные электрические сети», а также экспериментальными исследования в опытной электрической сети [9, 10, 11, 12, 13]. Следует отметить, что проведение прямых измерений в реальных сетях возможно не во всех эксплуатационных режимах из-за их опасности для оборудования, а в ряде случаях -для людей и животных. При использовании же компьютерных моделей сетей таких ограничений нет, что открывает широкие возможности для исследования поведения режимных параметров сети при независимом изменении нагрузок её отдельных фаз и других факторов, таких как величина сопротивлений заземляющих устройств подстанций ЛЗу.ш, потребителей ЛЗУ.П, повторных заземлений нулевого провода ЯП, обрывы нулевого и фазных проводов как в отдельности, так и совместное, замыкания фазных проводов между собой и каждого из них на нулевой провод, место возникновения в сети указанных видов повреждений, наличие параллельно работающих ВЛ, подключённых к одному трансформатору и т.д.
С целью выявления характерных признаков, свойственных указанным выше видам аварийных режимов работы электрических сетей [1], в общем случае различающихся по своей структуре (топологии), были созданы имитирующие их компьютерные модели, такие как:
- последовательно соединённые трёхфазный источник, понижающий трансформатор, воздушная линия напряжением 380 В с сосредоточенной нагрузкой в конце линии, которую можно изменять пофазно;
- то же с двумя параллельно работающими линиями;
- то же с двумя параллельно работающими линиями, одна из которых магистральная с промежуточным отбором мощности, а вторая - разветвлённая с нагрузками в концах ответвлений, причём нагрузки обеих линий также можно изменять пофазно.
Рассмотренные модели были использованы при компьютерном моделировании различных режимов работы электрической сети [1].
В компьютерных моделях, использованных при исследованиях изменений напряжений в различных режимах работы воздушной линии и несимметрии фазных нагрузок потребителей, приняты параметры обобщенной среднестатистической электрической сети напряжением 380 В (табл. 1).
Таблица 1
Параметры моделируемой сети
Элемент схемы Параметр Величина
Трансформатор ТМГ-160/10/0,4 Мощность 160 кВА
Высшее напряжение 10 кВ
Низшее напряжение 0,4 кВ
Воздушная линия АС-4х35 мм2 Длина линии 200 м
Сечение проводов 35 мм2
Количество проводов 4 шт.
Сопротивления заземляющих устройств ТП 4 Ом
Повторное заземление нулевого провода ВЛ 30 Ом
Потребителя 0,5-да Ом
Предельная (номинальная) активная мощность потребителя -РН.МАКС Одной фазы 28 кВт
Трёх фаз 72 кВт
Рассмотрим работу ВЛ-380 В при обрыве фазного провода. На рис. 1 в работе [1] пунктирными линиями 1 и 2 обозначены два поперечных сечения ВЛ, между которыми возникает обрыв фазного провода - ОФ. Исследуем следующие сочетания обрывов фазного провода и изменения фазной нагрузки при сопротивлении заземляющего устройства потребителя ЛЗУ.П = да Ом (его отсутствии):
- при обрыве провода фазы А, изменении нагрузки в фазе В и постоянной нагрузке на фазе С - табл. 2;
- при обрыве провода фазы В, изменении нагрузки в фазе А и постоянной нагрузке на фазе С - табл. 3;
- при обрыве провода фазы С, изменении нагрузки сначала в одной фазе А, а потом одновременно в двух фазах А и В - табл. 4.
Такое исследование позволит рассмотреть влияние изменения нагрузки на опережающей или отстающей фазе по отношению к фазе, в которой возникает обрыв фазного провода. В первом случае фаза В с изменяющейся нагрузкой будет являться отстающей по отношению к фазе А с оборванным фазным проводом. Во втором случае фаза А с изменяющейся нагрузкой будет являться опережающей по отношению к фазе В с оборванным проводом. В третьем случае фаза А с изменяющейся нагрузкой будет являться отстающей по отношению к фазе С с оборванным проводом.
На рис. 1 и 2 показаны графики изменения напряжений электрической сети в зависимости от различных вариантов несимметрии нагрузок потребителя и сопротивления заземляющего устройства потребителя ЛЗУ.П = да Ом.
и, В 250 200 150 100 50
0
Рис. 1. Графические характеристики напряжений электрической сети с оборванным проводом фазы С при изменении нагрузки в фазе А, ЯЗУП = да Ом
Ua.NI
\ ив .N2
0 20 400 60 80 %4, %
и, в
250 200 150 100 50 00
0 20 40 60 80 РА,РВ, %
Рис. 2. Графические характеристики напряжений электрической сети с оборванным проводом фазы С при изменении нагрузки в фазах А и В, ЯЗУП = да Ом
Таблица 2
Результаты измерений напряжений электрической сети при обрыве провода фазы А, ,КЗУП = да Ом
Нагрузка фаз, % от -Рн.макс Напряжения у потребителя, В/град
Симметричные
В С иав.2 ивс.2 иса.2 иак2 ивы.2 иеы.2 составляющие инс.2 иы2.1
и1.2 и2.2 и<,2
100 100 393,2 364,2 378,5 0 189,4 211,7 133,2 77,29 56,52 169,6 18,31
26,57 -93,61 150,3 -119,9 109,7 -5,37 179,4 168,1 168,1 -174
80 100 395,3 368,7 378,9 0 197,1 207,9 134,3 78,54 55,95 167,8 17,07
27,06 -93,6 150,2 -118,7 110,2 -4,44 177,8 172,3 172,3 176,8
60 100 397,6 373,5 379,4 0 205,2 203,6 135,6 80,06 55,5 166,5 16,42
27,6 -93,55 150,2 -117,5 110,6 -3,42 176,2 177 177 165,5
40 100 399,8 378,6 379,9 0 214 199 136,8 81,88 55,21 165,6 16,64
28,19 -93,47 150,2 -116,1 111 -2,32 174,6 -177,8 -177,8 152,9
20 100 402,2 384,2 380,5 0 223,4 193,9 138,1 84,05 55,14 165,4 17,93
28,84 -93,33 150,1 -114,6 111,4 -1,11 173 -172,2 -172,2 140,5
0,001 100 404,5 390,3 381,2 0 233,5 188,2 139,4 86,61 55,35 166 20,33
29,56 -93,15 150,1 -113 111,8 0,2 171,5 -166 -166 129,7
Таблица 3
Результаты измерений напряжений электрической сети при обрыве провода фазы В, ЯЗУП = да Ом
Нагрузка фаз, % от -Ры.макс Напряжения у потребителя, В/град
Симметричные
А С иав.2 ивс.2 иса.2 иаы.2 ивы.2 иеы.2 составляющие инс.2 иы2л
и,2 и2.2 и„.2
100 100 378,5 393,2 364,2 211,7 0 189,4 133,2 77,29 56,5 169,6 18,31
30,28 -93,43 146,4 -10,27 120,1 -5,37 -60,58 48,07 48,07 65,96
80 100 382,7 392,7 367,4 220,2 0 188,5 135,9 76,53 60,65 181,9 17,36
30,09 -93,37 147 -9,1 118,7 -5,5 -58,6 45,8 45,8 76,64
60 100 387,4 392,2 370,7 229,4 0 187,8 138,9 75,7 65,31 195,9 16,91
29,91 -93,32 147,6 -7,85 117,2 -5,57 -56,4 43,83 43,83 89,09
40 100 392,6 391,7 374,1 239,2 0 187,5 142,2 74,77 70,53 211,6 17,17
29,76 -93,26 148,4 -6,48 115,6 -5,59 -54,07 42,18 42,18 102,8
20 100 398,2 391 377,6 249,7 0 187,6 145,7 73,74 76,36 229,1 18,28
29,64 -93,2 149,2 -5 113,7 -5,54 -51,46 40,87 40,87 116,6
0,001 100 404,5 390,3 381,2 261 0 188,2 149,6 72,59 82,84 248,5 20,33
29,56 -93,15 150,1 -3,38 111,8 -5,4 -48,57 39,89 39,89 129,7
_~=-__=!
Ua.NI
/и°
иN2.1
Таблица 4
Результаты измерений напряжений электрической сети при обрыве провода фазы С, ЯЗУП = Ом
Нагрузка фаз,% от -Рн.макс Напряжения у потребителя, В/град
А В иав.2 ивс.2 иса.2 иак2 ибы.2 иеы.2 Симметричные составляющие инс.2 иы2д
и1.2 и2.2 и<,2
100 100 364,2 378,5 393,2 189,4 211,7 0 133,1 77,29 56,52 169,6 18,31
26,39 -89,72 146,6 0,105 -130,3 -5,371 59,42 -71,93 -71,93 -54,04
80 100 368,7 378,9 395,3 197,1 207,9 0 134,3 78,54 55,95 167,8 17,07
26,4 -89,76 147,1 1,165 -129,8 -4,44 57,85 -67,65 -67,65 -63,22
60 100 373,5 379,6 397,6 205,2 203,6 0 135,6 80,06 55,5 166,5 16,42
26,45 -89,8 147,6 2,521 -129,4 -3,428 56,24 -62,95 -62,95 -74,48
40 100 378,6 379,9 399,8 214 199 0 126,8 81,88 55,21 165,6 16,64
26,53 -89,85 148,2 3,885 -129 -2,323 54,62 -57,79 -57,79 -87,09
20 100 384,2 380,5 402,2 223,4 193,9 0 138,1 84,05 55,14 165,4 17,93
26,67 -89,89 148,8 5,37 -128,6 -1,116 53,02 -52,15 -52,15 -99,53
0,001 100 390,3 381,2 404,5 233,5 188,2 0 139,4 86,61 55,35 166 20,33
26,85 -89,93 149,6 6,991 -128,2 0,2073 52,45 -46,01 -46,01 -110,3
100 100 364,2 378,5 393,2 189,4 211,7 0 133,1 77,29 56,52 169,6 18,31
26,39 -89,72 146,6 0,105 -130,3 -5,371 59,42 -71,93 -71,93 -54,04
80 80 371,7 383,1 395 196,1 216,3 0 137,1 77,65 59,95 179,9 15,54
26,97 -89,95 147,1 -0.083 -128,7 -4,586 59,73 -70,18 -70,18 -52,29
60 60 379,5 388 397 203,7 220.9 0 141,3 77,89 63,75 191,3 12,39
27,58 -90,14 147,7 -0,266 -126,9 -3,72 59,94 -68,19 -68,19 -50,3
40 40 387,5 393,2 399,2 212,3 225,4 0 145,8 78 67,97 203,9 8,81
28,21 -90,29 148,2 -0,408 -125 -2,755 60,02 -65,94 -65,94 -48,05
20 20 395,8 398,7 401,7 222,2 229,6 0 150,6 77,98 72,66 218 4,708
28,87 -90,4 148,9 -0,4811 -122,8 -1,67 59,92 -63,38 -63,38 -45,49
0,001 0,001 404,5 404,5 404,5 233,5 233,5 0 155,7 77,84 77,84 233,5 0
29,56 -90,44 149,6 -0,4389 -120,4 -0,4389 59,56 -60,44 -60,44 -42,55
По результатам анализа этих данных можно сделать следующие выводы:
1. На повреждённой фазе на оборванном проводе со стороны источника питания (поперечное сечение 1) сохраняется фазное напряжение, практически равное напряжению, существовавшему до момента обрыва провода.
Именно оборванный фазный провод со стороны питания представляет особую опасность для людей и животных, которые могут прикоснуться к нему.
2. В той же ситуации, но на оборванном проводе со стороны потребителя (поперечное сечение 2) напряжение относительно нулевого провода становится равным нулю. Однако напряжение на этом оборванном проводе относительно земли ? равно напряжению нейтрали потребителя относительно земли ? - ЦМ2,, что тоже может представлять опасность для людей, т.к. это напряжение может достигать 20 В и более [14].
3. Поскольку при подключении однофазных электроприёмников по схеме «фаза-нуль» и обрыве фазного провода исчезает соответствующая фазная нагрузка, то исследование влияния несимметрии нагрузок на напряжения сети проводилось как при изменении нагрузки в одной из фаз, остававшейся целой, так и при одновременном изменении нагрузок в двух фазах.
4. С увеличением несимметрии при изменении нагрузки только в одной фазе от 100 до 0 % в конце линии на вводе у потребителя (сечение 2):
4.1. Изменяется («деформируется») треугольник линейных напряжений иАВ2,
иВС 2, иСА.2, причём разница между ними достигает 10 %.
4.2. При изменении нагрузки в отстающей (по отношению к повреждённой фазе) фазе (например, при оборванном проводе фазы А меняется нагрузка в фазе В, табл. 2, или соответственно в фазах С и А, табл. 3 и 4) напряжение на оборванном проводе относительно нулевого провода со стороны источника питания возрастает со 190,3 до 237,5 В, а на здоровой фазе с неизменной 100%-й нагрузкой соответственно уменьшается с 209,3 до 185,2 В.
4.3. При изменении нагрузки на опережающей фазе, например на фазе А при оборванном проводе фазы В (табл. 3), напряжение на фазе А относительно нулевого провода возрастает с 211,7 до 261 В, а на здоровой фазе с неизменной 100%-й нагрузкой практически остаётся неизменным, находясь на уровне около 190 В.
4.4. Напряжение нулевой последовательности и02 системы трёхфазных напряжений относительно нулевого провода электрической сети при изменении нагрузки в опережающей фазе находится приблизительно на одном уровне, примерно равном 55,6-55,9 В. А при изменении нагрузки на отстающей фазе возрастает со значения 56,6 до 82,8 В. Следовательно, при обрыве фазного провода напряжение нулевой последовательности и02 меняется в пределах 25,2-37,6 % фазного номинального значения.
4.5. Напряжение обратной последовательности и2 находится на уровне 77-86,4 В.
4.6. Напряжение нулевого провода N2 относительно «земли» ? при отсутствии заземляющего устройства у потребителя (ЛЗУ.П = да) достигает = 20,3 В.
5. Для случая обрыва провода фазы С при изменении нагрузки одновременно в двух фазах А и В от 100 до 0 %:
5.1. Треугольник линейных напряжений иАВ2, ЦВС.2, иСА2 сначала незначительно «деформируется», а в случае, когда отсутствует нагрузка на двух фазах полностью, -становится снова симметричным.
5.2. С уменьшением фазных нагрузок напряжения в фазах А и В относительно нулевого провода возрастают соответственно с 190 и 212 В до 233,5 В - фактически до холостого режима работы ВЛ-380 В.
5.3. Напряжение нулевой последовательности и02 системы трёхфазных напряжений относительно нулевого провода электрической сети возрастает со значения 56,9 до 77,8 В и достигает 35,4 % фазного номинального значения.
5.4. Напряжение обратной последовательности и2 находится на уровне 71,9-77,8 В.
5.5. Напряжение нулевого провода N2 относительно земли ? при отсутствии заземляющего устройства у потребителя (ЛЗУ.П = да) со значения = 18,3 В снижается до нуля.
Как видно из результатов измерений при обрыве фазного провода воздушной линии напряжения 380 В на оборванном фазном проводе относительно нулевого провода со стороны потребителя напряжение практически снижается до нуля. Данный уровень напряжения не зависит от места обрыва фазного провода (в начале или конце ВЛ, или перед потребителем). Напряжение на оборванном фазном проводе зависит от распределения нагрузки по фазам.
Снижение напряжения на оборванном фазном проводе у потребителя практически до нуля является чётким признаком и может служить информацией для выявления данного вида несимметричного режима работы воздушной линии.
Исследования напряжений электрической сети при обрыве нулевого провода
На рис. 1 в работе [1] пунктирными линиями 1 и 2 обозначены два поперечных сечения ВЛ, между которыми возникает обрыв нулевого провода - ОН. Все повторные заземлители ВЛ находятся до места обрыва нулевого провода.
При моделировании производилось изменение мощности однофазных потребителей. Сначала изменялась активная мощность потребителя, присоединенного на фазу А от 100 до 0 % РНМАКС с шагом в 20 %. На втором этапе аналогичным образом одновременно изменялась активная мощность двух потребителей, присоединенных к фазам А и В. Заземляющее устройство потребителя отключено, т.е. ЛЗУП = да Ом.
Результаты исследований параметров электрической сети при обрыве нулевого провода, полученных при компьютерном моделировании, приведены в табл. 5.
Таблица 5
Результаты измерений напряжений электрической сети при обрыве нулевого провода, ЯЗУЛ = да Ом
Нагрузка
фаз, % от Напряжения у потребителя, В/град
Р н.макс
Симметричные
А В С иав.2 ивс.2 иса.2 иак2 ибы иеы.2 составляющие инс.2 иы2.1
и, 2 и, 2 и<,2
100 100 100 364,6 364,6 364,6 211 210,5 210,5 210,5 0 0 0 0
26,33 -93,7 146,3 -3,67 -124 116,3 -3,673 0 0 0 0
80 100 100 369,7 364,6 367,5 229 204,6 203,4 212,1 1,708 15,26 45,77 15,26
26,28 -93,7 147 -3,27 -120 113,1 -3,467 22,81 -3,265 -3,27 176,7
60 100 100 375,8 364,6 370,9 251 198,3 196,1 213,9 3,742 33,42 100,3 33,42
26,25 -93,7 147,8 -2,78 -116 108,9 -3,219 23,3 -2,778 -2,78 177,2
40 100 100 383,2 364,6 374,9 277 191,9 189,2 216 6,203 55,4 166,2 55,4
26,21 -93,7 148,7 -2,19 -110 103,3 -2,912 23,89 -2,189 -2,19 177,8
20 100 100 392,3 364,6 379,9 310 186,1 183,7 218,7 9,242 82,53 247,6 82,53
26,21 -93,7 149,9 -1,46 -103 96,02 -2,526 24,61 -1,462 -1,46 178,5
0 100 100 403,9 364,6 386,2 351 182,3 182,3 222 13,09 116,9 350,6 116,9
26,25 -93,7 151,3 -0,54 -93,7 86,33 -122,0 25,53 -0,5411 -0,54 179,5
100 80 80 367,6 372,1 369,6 195,8 222 223,3 213,5 1,492 16,32 48,96 16,32
146,9 26,9 -93,7 116,5 -6,55 -120 -123,3 83,19 -183,4 -183,5 -3,5
100 60 60 371,7 379,8 375,4 175,4 238 241 216,9 2,729 38,99 117 38,99
147,6 27,5 -93,5 116,8 -10,3 -115 -122,8 84,1 -183,1 -183,2 -3,2
100 40 40 377,5 387,9 382,3 145,2 264 267,5 220,9 3,459 72,6 217,8 72,6
148,2 28,13 -93,2 117,3 -15,4 -109 -122,3 85,17 -182,7 -182,7 -2,7
100 20 20 386,9 396,2 391,3 95,68 309 312,5 226 3,104 127,6 382,7 127,6
148,8 28,78 -92,4 118 -22 -101 -121,6 86,56 -181,7 -181,7 -2,0
100 0 0 404,8 404,8 404,8 0 405 404,8 233,7 0 233,7 701,1 233,7
149,5 29,46 -90,5 - -30,5 -90,5 -120,5 - -180,5 -180,5 -0,5
По данным проведённых исследований построены графики (рис. 3 и 4) изменения напряжений электрической сети в зависимости от различных вариантов несимметрии нагрузок потребителей и при ЛЗУП = да Ом. При анализе графиков можно сделать следующие выводы:
Рис. 3. Графические характеристики напряжений электрической сети с оборванным нулевым проводом при изменении нагрузки в фазе А, ЯЗУП = да Ом
и, в
400 350 300 250
200' 150 100 50
0 ■
0 20 40 (50 80 РА,РВ, %
Рис. 4. Графические характеристики напряжений электрической сети с оборванным нулевым проводом при изменении нагрузки в фазах В и С, ЯЗУП = да Ом
1. С увеличением несимметрии при изменении нагрузки только в одной фазе А от 100 до 0 % в конце линии на вводе у потребителя (сечение 2):
1.1. Изменяется («деформируется») треугольник линейных напряжений и^.2, иВС.2, иСА.2, причём разница между ними достигает 10 %.
1.2. Напряжение на фазе А относительно нулевого провода возрастает со значения иАШ = 210,5 до 351 В (при ЛЗУ.П = да Ом.), достигая 150 % фазного значения.
1.3. Напряжения на фазах В и С относительно нулевого провода уменьшаются с фазных значений до половины линейного напряжения иВС2 = 364,6 В, составляя, соответственно, иВШ = 182,3 В и иСШ = 182,3 В или 86,7 % номинального фазного напряжения.
1.4. Напряжение нулевой последовательности и02 системы трёхфазных напряжений относительно нулевого провода электрической сети возрастает с нуля до 116,9 В, составляя 50 % фазного номинального значения.
1.5. Напряжение обратной последовательности и2 возрастает с нулевого значения до 25,53 В.
1.6. Напряжение нулевого провода N2 относительно земли ? при отсутствии заземляющего устройства у потребителя (ЯЗУ.П = да) достигает также значения иК2.? = 116,9 В, равняясь напряжению нулевой последовательности ЦУ0.
2. С увеличением несимметрии при изменении нагрузки одновременно в двух © Проблемы энергетики. 2016. № 9-10
фазах В и С от 100 до 0 % в конце линии на вводе у потребителя (сечение 2):
2.1. Треугольник линейных напряжений иАВ.2, иВС.2, иСА.2 сначала незначительно «деформируется», а при отсутствии нагрузки в двух фазах полностью, становится снова симметричным.
2.2. Напряжения на фазах В и С относительно нулевого провода возрастают с фазного до линейного значения, соответственно составляя до ЦВ^2 = 405 В и иС.Ю. = 404,8 В, превышая номинальное значение на 173,2 %.
2.3. Напряжение на фазе А относительно нулевого провода (в нагруженной фазе) снижается с фазного значения UА.N2 = 211 В до нуля - при подключенной однофазной нагрузке только в фазе А, составляющей 100 % от исходной номинальной.
2.4. Напряжение нулевой последовательности и0.2 системы трёхфазных напряжений относительно нулевого провода электрической сети возрастает с нуля до 233,7 В, составляя 100 % фазного номинального значения (фазное напряжение электрической сети на холостом ходу - т.е. при отсутствии нагрузок потребителей) -превышение более 100 % связано с «деформацией» треугольника линейных напряжений при снижении нагрузки на фазе А.
2.5. Напряжение нулевого провода N2 относительно земли ? при отсутствии заземляющего устройства у потребителя (ЯЗУ.П = да) достигает также значения итл = 233,7 В, равняясь напряжению нулевой последовательности и0.
Представляет также интерес графическая интерпретация изменения положения нейтральной точки потребителя N2 на плоскости треугольника линейных напряжений сети при оборванном нулевом проводе, изменении фазных нагрузок потребителя и при отсутствии сопротивления заземляющего устройства, т.е. при ЛЗУ.П = да. По данным исследований (табл. 5) построен годограф движения потенциала нейтральной точки N2 потребителя при обрыве нулевого провода и изменении фазных нагрузок (рис. 5), анализ которого даёт следующие результаты:
1. При симметричной нагрузке потребителя, когда РНА = РНВ = РНС = 100 %, потенциал нейтрали потребителя N2 находится в геометрическом центре треугольника линейных напряжений иАв.2, ЦвС.2, ЦСА.2 и совпадает с потенциалом земли ? - рис. 5, а. Напряжения фаз сети относительно нейтральной точки N2 Ца.ш, Цвт, Цсш представляют симметричную систему напряжений, т.е. они равны между собой и сдвинуты относительно друг друга на 120 электрических градусов.
2. При уменьшении нагрузки только в одной фазе, например, в фазе А (РН А = 80; 60; 40; 20; 0%), потенциал нейтральной точки начинает смещаться вниз и при полном отсутствии нагрузки в фазе А попадает на середину линейного напряжения иВС.2. При этом напряжение на фазе А относительно нейтральной точки N2 увеличивается до значения ЦА.Ш2 = 1,5-иФ, а напряжения двух других фаз уменьшаются до значения ЦВ.Ш2 = иС.Ш2 = 0,867-иФ, в сумме давая линейное напряжение ЦВС2 - рис. 5, б.
3. При уменьшении нагрузки одновременно в двух фазах, например, в фазах В и С (РН.В = РНС = 80; 60; 40; 20; 0%), потенциал нейтральной точки N2 начинает смещаться вверх и при отсутствии нагрузки в фазах В и С попадает в вершину треугольника линейных напряжений в точку А . При этом напряжение на фазе А относительно нейтральной точки N2 становится равным нулю ЦА.Ш2 = 0, а напряжения двух других фаз возрастают до линейного значения и, соответственно, становятся равными Цв.ш2 = -иАВ.2 и Цсш = иСА.2 или ^.N2 = иАШ = 1,732Ц = Цл - рис. 5, в.
Рн.в = Рн.с = о %
Лвс.1 В
Рн.в = Рн.с = 0 % А = n2
■Еа.12 = 0
цс.1
и.
Рис. 5. Годограф движения потенциала нейтральной точки N2 потребителя при обрыве нулевого провода и изменении фазных нагрузок
Увеличение фазных напряжений отрицательно влияет на работу питающихся от этих фаз электроприемников, уменьшает срок службы и может привести к их выходу из строя.
Повышение напряжения нейтрали потребителя в первом случае до половины фазного напряжения, а во втором случае - до фазного значения может привести к поражению людей и животных, которые могут коснуться оборванного нулевого провода со стороны потребителя, т.е. отрицательно влияют на условия электробезопасности.
Заключение
1. Проведённые исследования показали, что обрывы нулевого и фазных проводов воздушной линии напряжением 380 В оказывают существенное влияние на изменения фазных и линейных напряжений на зажимах электроприёмников, питающихся по повреждённой линии.
2. Исследования проведены для электрической сети напряжением 380 В, имеющей конкретные параметры. В то же время изменение таких параметров, как мощность силовых трансформаторов, соотношения нагрузок ВЛ с мощностью этих трансформаторов, сопротивлений заземляющих устройств и др., могут давать
А
рН.А = о %
А
с
с
несколько иные значения количественных характеристик исследуемых напряжений, но качественные изменения физических процессов при возникновении различных режимах работы электрической сети останутся без изменения.
Summary
The article presents the results of research modes electrical network voltage of380 V at the breakages neutral and phase conductors overhead line. Quantitative and qualitative assessment of changes in the mains voltage phase unbalance at different electric loads of consumers.
Keywords: breakage neutral conductor, breakage phase conductor.
Литература
1. Ершов А.М. Режимы работы электрической сети напряжением 380 В с воздушными линиями / А.М. Ершов, Г.С. Валеев, Р.Г. Валеев // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2016. № 55-63. С. .
2. Тынянский В.Г. Распознавание режимов работы воздушных линий напряжением 0,4 кВ и электроприёмников: дис. ... канд. техн. наук: 05.14.02 / В.Г. Тынянский. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005. 244 с.
3. Валеев Р.Г. Моделирование электрической сети напряжением 380 В с воздушными линиями в программной среде MATLAB-SIMULINK / Р.Г. Валеев, А.В. Млоток, А.М. Ершов, А.И. Сидоров // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2013. № 9-10. С. 116-128.
4. Валеев Р.Г. Исследование токов и напряжений в различных режимах работы воздушных линий напряжением 380 В на компьютерной модели / Р.Г. Валеев, А.В. Млоток, А.М. Ершов, Г.С. Валеев, А.И. Сидоров // Наука ЮУрГУ: материалы 65-й научной конференции. Секции технических наук. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2013. Т.2. С. 149-150.
5. Валеев Р.Г. Компьютерная модель для исследования несимметричных режимов работы воздушных линий напряжением 380 В / Р.Г. Валеев, А.М. Ершов, А.И. Сидоров, А.В. Млоток // Материалы LII Международной научно-технической конференции «Достижения науки -агропромышленному производству». Челябинск: ЧГАА, 2013. 4.V. С. 131-135.
6. Вольдек, А.И. Электрические машины: Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Изд. 2-е перераб. и доп. / А.И. Вольдек. Л.: «Энергия», 1974. 840 с.
7. Круг К.А. Основы электротехники / К.А. Круг. М. Л.: ОНТИ, 1936. 887 с.
8. Петров Г.Н. Электрические машины. В 3-х частях. Ч. 1. Введение. Трансформатора: Учебник для вузов / Г.Н. Петров. М.: «Энергия», 1974. 240 с.
9. Валеев Р.Г. Методика проведения экспериментальных исследований параметров воздушных линий электропередачи напряжением 380 В / Р.Г. Валеев, А.В. Млоток, А.И. Сидоров, А.М. Ершов, Е.Л. Шахин // Электробезопасность. 2012. № 2-3. С. 3-10.
10. Валеев Р.Г. Повышение уровня электробезопасности в электрических сетях напряжением 380 В при однофазных коротких замыканиях: дис. ... канд. техн. наук: 05.26.01 / Р.Г. Валеев. Челябинск: ЮУрГУ, 2014. 220 с.
11. Ершов А.М. Исследование аварийных режимов в сельских электрических сетях напряжением 380 В / А.М. Ершов, Р.Г. Валеев, А.В. Млоток, А.И. Сидоров // Техника в сельском хозяйстве. 2013. № 6. С. 18-21.
12. Млоток А.В. Опытная электрическая сеть напряжением 380 В / А.В. Млоток, А.М. Ершов, Р.Г. Валеев, А.И. Сидоров // Вестник Инженерной школы ДВФУ. 2014. № 2 (19). С. 96-107.
13. Млоток А.В. Обеспечение электробезопасности при обрывах фазных и нулевого проводов воздушных линий напряжением 380 В: дис. ... канд. техн. наук: 05.26.01 / А.В. Млоток. Челябинск: ЮУрГУ. 2014. 265 с.
14. ГОСТ 12.1.038-82 (2001). Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений и токов. Введ. 1983-07-01. М.: Изд-во стандартов, 2001. 5 с.
Поступила в редакцию
01 июля 2016 г.
Ершов Александр Михайлович - канд. техн. наук, доцент кафедры "Системы электроснабжения" Южно-Уральского государственного университета (НИУ), г. Челябинск. Тел.: 8(351)267-93-18. E-mail: [email protected].
Валеев Галимян Сабирович - канд. техн. наук, доцент кафедры "Системы электроснабжения" Южно-Уральского государственного университета (НИУ), г. Челябинск. Тел.: 8(351)267-93-18, 8(912)322-45-75. E-mail: [email protected].
Валеев Рустам Галимянович - канд. техн. наук, доцент кафедры "Системы электроснабжения" Южно-Уральского государственного университета (НИУ), г. Челябинск. Тел.: 8(351)267-93-18, 8(912)322-45-75. E-mail: [email protected].
