Целесообразность применения компенсированной нейтрали в сравнении с изолированной в линиях электропередач Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.63.057 Грабовецкая К.А.1, Троценко В.М.2, Темников Е.А.3, Лесков И.А.4

1,2,3,4Студент,

Омский Государственный Технический Университет ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЕНСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛИ В СРАВНЕНИИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ В ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Аннотация

Как показывает практика, в настоящее время перенапряжение в сети на предприятиях с регулярной пиковой нагрузкой, довольно частое явление. А также обрывы фаз на землю или замыкания одной жилы кабеля из-за обледенения проводов. Как следствие, возникают однофазные замыкания на землю в линиях электропередач. Одно из решений данной проблемы, применения компенсированной нейтрали в данных сетях, т. е. установка дугогасительного реактора. В статье рассмотрено целесообразность применения компенсированной нейтрали в сравнении с изолированной нейтралью при однофазном замыкании на землю в линиях электропередач.

Ключевые слова: компенсированная нейтраль, изолированная нейтраль, реактор, перенапряжение.

Grabovetskaya K.A.1, Trotsenko V.M.2, Temnikov E.A.3, Leskov I.A.4

1 234Student, Omsk State Technical University FEASIBILITY OF THE COMPENSATED NEUTRAL APPLICATION IN COMPARISON WITH ISOLATED

NEUTRAL IN ELECTRIC TRANSMISSION LINES

Abstract

Experience has proven that at present overvoltage in the network at enterprises with a regular peak load is quite frequent as well as phase breaks on the ground or the circuit of one cable core due to icing wires. As a consequence, single-phase ground circuits occur in power lines. One of the solutions to this problem is the use of compensated neutral in these networks, i.e. the installation of an arc-suppression reactor. The article considers the expediency of using a compensated neutral in comparison with an isolated neutral with a single-phase circuit to the ground in power lines.

Keywords: compensated neutral, isolated neutral, reactor, overvoltage.

Электрические сети 6-35кВ работают с изолированной нейтралью, они достаточно широко распространены.

Как показывает практика, металлические или дуговые однофазные замыкания на землю - самые распространенные повреждения в этих сетях. Данные замыкания сопровождаются перенапряжениями, феррорезонансными процессами, переходом ОЗЗ в междуфазные короткие замыкания, что приводит к повреждению трансформаторов напряжения и неселективным отключениям потребителей релейной защитой. С целью снижения уровня перенапряжений и иных негативных последствий, повышению качества и надежности защит от замыканий на землю, разработан и внедряется в практику эксплуатации метод заземления нейтрали с использованием токоограничивающего резистора, устанавливаемого в нейтрали специального трансформатора.

Цель работы: математический расчет целесообразности использования компенсированной нейтрали в сравнении с изолированной при однофазном замыкании на землю.

Задачи исследования

1. Определение параметров оборудования.

2. Расчет токов замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью.

3. Модель для расчета перенапряжения.

4. Исследование перенапряжений при замыкании фазы.

Рис. 1 - Однолинейная электрическая схема сети 25

Таблица 1 - Параметры линий электропередач

Марка Длина, км

ААШв 3х120 17,7

АС-120 5,7

АВБбШв 3х120 7,2

АВБбШв3х120 13,8

АСБГ3х120 13,5

АС-95 17

ВБбШв3х70 8

СБГ 3х70 15,9

ААБлГ3х120 16,6

ААШв3х240 6,5

Таблица 2 - Параметры силового трансформатора

Тип трансформатора Номинальная мощность, кВА Номинальное напряжение, кВ Потери, кВт Напряжение КЗ, % Ток холостого хода,%

ВН НН Х.Х. К.З.

ТРДН-25000/110/6 25 000 115 6,6 22 120 10,5 0,5

Таблица 3 - Рассчитанные параметры силового трансформатора

1н, А Rт, Ом Zт, Ом Хт, Ом Lт, Гн

2187 8,364 • 10-3 0,317 0,317 0,00101

Определение параметров отходящих линий

Задана трехфазная линия с длинными проводами, расположенными параллельно проводящей плоскости (над землей). Радиусы проводов Ял, Я2, Я3, высоты подвесок Ш, й2, й3, межосевое расстояние Г12, г23, г31 при этом г>>Я, й>>К (рис. 1.2) [1, С. 125]. Для трехфазных воздушных линий (ВЛ) применяются различные варианты расположения проводов в пространстве. На рис. 1.2. приведен наиболее распространенный вариант расположения проводов. Провода размещают по вершинам равностороннего треугольника (метод зеркальных изображений) [2, С. 125].

Рис. 2 - Система проводов над поверхностью земли.

Определение емкости

Для расчета выберем наиболее часто используемые в ВЛ классом напряжение 6-10 кВ опоры марки СМ110-6 [3, С. 15], [4, С. 24]. Расположение проводов в таких линиях выполнено в треугольнике межосевым расстоянием между проводами г13= 2,2 м. Высота опоры от земли до крайнего провода, расположенного в вершине треугольника, составляет й2 = 12 м. Высота подвеса двух других проводов составляет й1 = й3 = 9,8 м относительно земли. Определим межосевое расстояние между проводами

г12 = г23 = „КуО2 + а2 = 2.46 м;

Определим радиус провода воздушной линии (ВЛ2)

й

^1=^2=^3 =

М

При расположении проводов согласно схеме, рисунок 1.2 имеем

— = 6.18 • 10-3м; л

г12' = _ / (^О2 + (к2 + к1)2 = 21.828 м;

г 23' = г12' = 21.828 м; ~~2~

Следовательно,

Свл2 =

1п ( 2

г31' = /г132 + (2К3)2 = 19.723 м;

= 5.333 •Ю-8 Ф;

2 • п • е0 • I

//^1 • ^2 • ^з /12 • Пгз • П

11 2 п3

• д2 •йз д/^1'2 • ^ •

Остальные ВЛ рассчитаны по аналогии, результаты сведены в таблицу 1.4.

Таблица 4 - Расчет емкости воздушных линий электропередач

12 '23 '31 '''

12 '23 '31.

№ п/п Марка воздушной линии Длина, км Емкость, нФ

ВЛ2 АС-120 5,7 53,333

ВЛ6 АС-95 17 155,999

Емкость кабельной линии

Жилы кабеля находятся в непосредственной близости, как между собой, так и заземленным металлическим оболочкам. Как следствие, рабочая ёмкость кабельных линий значительно превышает аналогичный показатель ВЛ. Диэлектрическая проницаемость кабельной изоляции также превосходит диэлектрическую проницаемость воздуха. На практике, определение рабочей емкости достаточно проблематично, так как кабели не имеют геометрических размеров, к тому же их конструкции многообразны. С учетом данных факторов чаще всего прибегают к проведению заводских или эксплуатационных измерений.

Рис. 1.3 - Поперечный разрез кабельной линии

Для кабеля сечением 120 мм2 параметры с = 10 мм, а = 20 мм [5, С. 56], Для кабеля сечением 70 мм2 параметры с = 6 мм, а = 12 мм, Для кабеля сечением 240 мм2 параметры с = 20 мм, а = 40 мм. Произведенный расчет емкости кабельных линии сведен в таблицу 1.5.

Таблица 5 - Расчет емкости кабельных линий электропередачи

№ п/п Марка кабельной линии Длина1, км а11 а„ Емкость, Ф.

КЛ1 ААШв 3х120 17,7 4,349 105 2,907 105 6,94 10-6

КЛ3 АВБбШв 3х120 7,2 10,691105 7,148105 2,82 10-6

КЛ4 АВБбШв 3х120 13,8 5,578 105 3,729^105 5,4110-6

КЛ5 АСБГ 3х120 13,5 5,702^105 3,812105 5,2910-6

КЛ7 ВБбШв 3х70 8 10,789 105 6,433 105 2,3 10-6

КЛ8 СБГ 3х70 15,9 5,429 105 3,237 105 4,5610-6

КЛ9 ААБлГ 3х120 16,6 4,637 105 3,1105 6,5110-6

КЛ10 ААШв 3х240 6,5 9,443 105 7,917105 6,553 10-6

Суммарная емкость всех отходящих линий составит:

Сх = 4,059 ■ 10-5Ф

Таблица 6 - Рассчитанные параметры сети с изолированной нейтралью при замыкании на землю

Ом йн, Ом Хн, Ом Гн , Ом Аа А А /Сс, А

3,485 2,788 2,091 0,00667 —'78,43 48,591 42,078 - 24,291 42,078 + 24,291

1ш( 51511)

Рис. 4 - Векторная диаграмма ёмкостных токов при однофазном замыкании на землю

Рис. 5 - схемы замещения трехфазной линии электропередачи с изолированной нейтралью: а - при однофазном замыкании на землю; б - в нормальном режиме работы

Исходя из схемы замещения (рис. 1.5 а) составляются уравнения согласно первому и второму закону Кирхгофа, которые приводятся к нормальной форме Коши [6, С. 120].

= 1 • (-£в • ¿г + 1 • - 2 • исв + ят • :>т(2л:/ - <р)); = 1 • (-1с • ¿г +1 • +1 • Усв + Ят • :>т(2л:/ + <р));

2

• (5 + 1) - Й • • sin(2^/ - + Ят • + <р)));

(1)

¿¿ВС _ / ■

^ = ЬНЧ 1ВС

+г• ё+1) - 2 •• ё +1) + Й • • - ?)));

££сл _ 1 •

¿^СВ 1 ■ - = - • I "

ВС;

Далее, чтобы определить начальные условия для системы уравнений, приведенной выше, решается схема замещения ЛЭП в нормальном режиме (рис. 1.5 б), используя метод узловых потенциалов [7, С. 131]. Соответственно система уравнений

<Рз =

• (Та + УЬ + П) - • ^а - • - • = -(¿а • ^а + 4 • УЬ + ¿с • УС)

<?2 • (^на + Унв + ^нс) - <?4 • Уна - <?5 • Унв - <Рб • Унс = 0; <?4 • (^а + ^на + ^са) - • ^а - <?2 • Уна = ¿а • ^а; <?5 • (^в + Унв + ^св) - • ^в - ^2 • Унв = ¿в • ^в;

<Рб • (Ус + Унс + ^сс) - • ^с - ^2 • Унс = 4 • Ус; Решим полученную систему уравнений (2)

V.

/ ^1 = 0 В; \

^2=0 В; <р3 = 0 В; <р4 = 3604,126 - 244,4741 В; <р6 = -2013,783 - 2999,0281 В; \<р6 = -1590,343 + 3243,5011 В;/

Токи и напряжения на емкостях

4 = - <р4 + Ц4) • Гг = 788,418 - 630,7131 А; 4 = (^ - <р6 + Ув) • уг = -940,422 - 367,434[А; /с = (^ - <р6 + Ус) • Уг = 153,492 + 998,755[А; ¿ш = (<Р2 - <Р4) • = -785.301 + 676,668[А; /вн = (<р2 - <р6) • = 978,663 + 341,756[А = <р4 = 3604,126 - 244,4741В; уС& = - ^ = -2013,783 - 2999,0281В; = - = -1590,343 + 3243,5011 В; Мгновенные значения токов и напряжений в установившемся режиме сведены в таблицу 1.7, эти значения являются начальными условиями для решения системы (1). Решая систему (1) найдем перенапряжение на емкостях в неустановившемся режиме, иСАнеуст и иСВнеуст.

Таблица 7 - Мгновенные значения токов и напряжений

1,С iв, А 1с, А А А иСА неус , В иСВ неуст, В иСА уст, В иСВ уст, В

0 1423.677 -1393.61 1097.643 2162.703 21094,573 1929,408 -3437.347 -4992.40

0.002 1079.11 -1313.31 2172.715 2421.046 25291.313 25343.893 -5001.759 -4674.06

0.004 322.359 -731.377 2417.883 1754.632 23691.546 26044.012 -4655.67 -2570.39

0.006 -557.522 129.923 1739.502 418.008 20151.777 19601.352 -2531.273 515.084

0.008 -1224.44 941.597 396.691 -1078.28 16751.237 16723.609 559.984 3403.814

0.01 -1423.67 1393.613 -1097.64 -2162.70 21481.108 24713.367 3437.347 4992.403

0.012 -1079.11 1313.316 -2172.71 -2421.04 25792.84 28526.814 5001.759 4674.064

0.014 -322.359 731.377 -2417.88 -1754.63 24759.642 26189.952 4655.67 2570.391

0.016 557.522 -129.923 -1739.50 -418.008 18954.832 19449.624 2531.273 -515.084

0.018 1224.448 -941.597 -396.691 1078.28 12830.869 13156.765 -559.984 -3403.81

0.02 1423.677 -1393.61 1097.643 2162.703 21094.573 19299,408 -3437.347 -4992.40

Решая систему уравнений (1), используя метод Рунге-Кутты получаем следующий график перенапряжения на емкости фазы В в начальный момент времени (1=0).

19299.408 16266.417 13233.426 10200.435 7167.444 4134.453 Ук ,6 1101.462

- 1931.529 - 4964.52

- 7997.511

- 11030.502

- 14063.493

- 17096.484

0 150 300 450 600 750 900 1050 1200

к

Рис. 6 - Перенапряжение, возникающее при замыкании фазы В на землю В соответствии с таблицей 1.7, получены графики перенапряжения на емкостях.

Рис. 7 - Графики перенапряжения на емкостях Выбор дугогасительного реактора

При определении мощности реакторов по значению ёмкостного тока сети важно оценивать возможность расширения сети на ближайшее десятилетие. В случае, если информация о перспективе формирования сети отсутствует, для исчисления мощности реакторов используется значение ёмкостного тока сети, с ростом на 25% [8, С. 119].

Расчётная мощность реакторов Рр (кВар)

О = 1с ■ = 182,202 • 66 = 694,283 кВар,

Тз ' Тз '

1с = 1.25 ■ (73 ■ ю ■ С ■ ^шж) = ■ 314 ■ 4,059 ■ 10"5 ■ 6600 = 182,202 А. Исходя из полученных выше значений выбираем плунжерный ДГР марки 2ТС-800 со следующими характеристиками [9, С. 200].

_Таблица 8 - Характеристики реактора ZTC-800_

Тип реактора Мощность, кВ • А Номинальное напряжение, кВ Предельное значение тока компенсации, А

ZTC-800 800 6,3/V3 22-220

Вывод: в данной статье исследовали сеть с изолированной нейтралью на перенапряжение при однофазном замыкании на землю, тем самым доказали, что компенсированная нейтраль более целесообразна к применению. Произвели выбор реактора по РД 34.20.179 [10, С. 15].

Список литературы / References

1. Вычегжанин А. В. Исследование режимов работы нелинейных ограничителей перенапряжений при дуговых замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью: дис. ... канд. тех. наук: 05.14.02 / Вычегжанин Андрей Владиславович - Киров: ВГТУ., 2000. - 125 с.

2. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле: Учебник для электротехн., энерг., приборостроит. спец. вузов. - 8-е изд., перераб. и доп. / Л. А. Бессонов. - М.: Высш. шк., 1986. - 263 с.

3. СНиП-11-01-95, Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений. - Минстрой России, 1995. - 15-16 с.

4. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), изд. 7, 2001 - 2004 г.г. - 25 с.

5. ТКП 181-2009 (02230) «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей». - Минэнерго, 2009. - 56-65 с.

6. Лебедев В. К. Переходные процессы в системах электроснабжения собственных нужд электростанций / В. К. Лебедев, В. Ф. Сивокобыленко // РВА ДонНТУ, Донецк - 2002. - 136 с.

7. Олейник С. И. Разработка защиты от однофазных замыканий, селективной в сетях с изолированной и компенсированной нейтралью: дис. ... канд. тех. наук: 05.14.02 / Олейник Сергей Иванович - Омск: ОмГТУ., 2004. -260 с.

8. Лукьянов Т. П., и др., Техническая эксплуатация электроустановок пром. предприятий / Т. П. Лукьянов. -Энергоатомиздат (ЭАИ), М., 1986. - 120 с.

9. Хассан С. Х. Моделирование и анализ режимов раздельной и параллельной работы вводов на различных уровнях системы электроснабжения: дис. ... канд. тех. наук: 05.09.03 / Хассан Салман Хамад - Москва: МЭИ., 2003. -262 с.

10. РД 34.20.179 «Типовая инструкция по компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ». - 1987. - 15 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Vychegzhanin A. V. Issledovanie rezhimov raboty nelineinykh ogranichitelei perenaprazhenii pri dugovykh zamykaniyakh na zemliu v setiakh s izolirovannoi neitraliu: dis. ... kand. tekh. nauk: 05.14.02 [Study of Operating Modes of Nonlinear Overvoltage Limiters in Arc Circuits on Ground in Networks with Isolated Neutral: Thesis of PhD in Engineering: 05.14.02] / Vychegzhanin Andrei Vladislavovich - Kirov: VSTU., 2000. - 125 p.

2. Bessonov L. A. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki. Elektromagnitnoe pole: Uchebnik dlia elektrotekhn., energ., priborostroit. spets. vuzov. - 8-e izd., pererab. i dop. [Theoretical Foundations of Electrical Engineering. Electromagnetic Field: Textbook for Electrical, Power, Instrument Engineering of Universities. - 8th ed., Revised and Edited] / L. A. Bessonov. - M.: Vysshaya shkola., 1986. - 263 p.

3. SNiP-11-01-95, Instruktsiya o poriadke razrabotki, soglasovaniya, utverzhdeniya i sostave proektnoi dokumentatsii na stroitelstvo predpriyatii, zdanii i sooruzhenii. [Instruction on the Procedure for the Development, Approval and Composition of Project Documentation for the Construction of Enterprises, Buildings and Structures] - Ministry of Construction of Russia, 1995. - 15-16 p.

4. Pravila ustroistva elektroustanovok (PUE) [Rules for the Installation of Electrical Installations (RIE)], issue 7, 2001 -2004. - 25 p.

5. TKP 181-2009 (02230) «Pravila tehnicheskoi ekspluatatsii elektroustanovok potrebitelei» [Rules of Technical Operation of Electrical Installations of Consumers]. - Minenergo, 2009. - 56-65 p.

6. Lebedev V. K. Perekhodnye protsessy v sistemakh elektrosnabzheniya sobstvennykh nuzhd elektrostantsii [Transient Processes in Power Supply Systems of Power Plants Needs] / V.K. Lebedev, V.F. Sivokobylenko // RVA DonNTU, Donetsk -2002. - 136 p.

7. Oleinik S. I. Razrabotka zashchity ot odnofaznykh zamykanii, selektivnoi v setiakh s izolirovannoi i kompensirovannoi nitraliu: dis. ... kand. tekh. nauk: 05.14.02 [Development of Protection against Single-Phase Circuit, Selective in Networks with Isolated and Ccompensated Neutral: Thesis of PhD in Engineering: 05.14.02] / Oleinik Sergey Ivanovich - Omsk: Omsk State Technical University., 2004. - 260 p.

8. Lukianov T. P., i dr., Tekhnicheskaia ekspluatatsiya elektroustanovok prom. Predpriyatii [Technical Operation of Electrical Installations at Industrial Enterprises] / T.P. Lukyanov. - Energoatomizdat (EAI), M., 1986. - 120 p.

9. Hassan S. H. Modelirovanie i analiz rezhimov razdelnoi i parallelnoi raboty vvodov na razlichnykh urovniakh sistemy elektrosnabzheniya: dis. ... kand. tekh. nauk: 05.09.03 [Modeling and Analysis of Modes of Separate and Parallel Operation of Insertions at Various Levels of the Power Supply System: Thesis of PhD in Engineering: 05.09.03] / Hassan Salman Hamad -Moscow: MEI., 2003. - 262 p.

10. RD 34.20.179 «Tipovaya instruktsiya po kompensatsii emkostnogo toka zamykaniya na zemliu v el ektricheskikh setiah 6-35 kV» [Typical Instruction for Compensation of the Capacitive Ground Circuit Current in 6-35 kV Electric Networks]. - 1987. - 15 p.

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.63.089 Дунаев А.А.

ORDCID: 0000-0002-8546-1871, Аспирант Кафедра ИТАС, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, г. Минск ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕОРИИ ГРАФОВ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЛИЦ

Аннотация

В работе представлен оригинальный подход к решению задачи определения изоморфизма графов, используемый в системе распознавания лиц. Оригинальность предлагаемого в статье подхода базируется на хешировании структуры графа, используя в качестве инвариантной характеристики графа кратчайшие расстояний между всеми вершинами. Для поиска граничных точек частей лица на изображении применяется метод признаков Хаара. Для считывания подсчета характеристик точек на изображении применяется SURF-дескриптор. На основании рассчитанных значений дескрипторов составляются графы.

Ключевые слова: граф, изоморфизм, идентификация лиц, хеширование графа.

Dunaev A.A.

ORDCID: 0000-0002-8546-1871, Postgraduate Student Department of ITAS, Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics, Minsk USING THE THEORY OF GRAPHS FOR FACE IDENTIFICATION

Abstract

The paper presents an original approach to solving the problem of determining graph isomorphism with the help of the face recognition system. The originality of the approach proposed in the article is based on the hashing of the graph structure, using the shortest distance between all vertices as the invariant characteristic of the graph. The Haar-like feature method is used to find the boundary points of the faces in the image. A SURF descriptor is used to read the calculation of the points' characteristics on the image. Based on the calculated descriptor values, graphs are made.

Keywords: graph, isomorphism, face identification, graph hashing.

Введение

Очевидный практический интерес представляет задача распознавания и идентификация лиц. Для решения этой задачи применяют различные подходы, например, нейросетевые модели, технику вейвлет-преобразований, логико-алгебраические методы и т.д. Особое место занимает подход на основе решения задачи об изоморфизме графов. Его достоинство усматривается в том, свойство изоморфизма «инвариантно» относительно растяжений, сжатий, поворотов, смещений графов, а также сохраняет математически неизменную формулировку при распознавании изоморфизма графов.