Способ относится к области электротехники, в частности, к электрическим сетям, и предназначен для измерения параметров относительно земли электрических сетей с изолированной нейтралью. Способ позволяет существенно повысить точность измерения параметров электрической сети относительно земли при простоте схемы измерений и безопасности производства их и определить два основных параметра: емкость относительно земли и коэффициент успокоения сети с изолированной нейтралью. Сущность изобретения заключается в одновременном измерении и фиксации формы кривых напряжений линейного и естественной несимметрии сети (напряжение нейтрали), выделении первой гармоники напряжения естественной несимметрии сети, определении вещественной и мнимой составляющих ее по отношению к линейному напряжению сети, делении последних на линейное напряжение сети, подключении между одной из фаз сети и землей конденсатора емкостью С, одновременном измерении и фиксации формы кривых напряжений линейного и нейтрали сети, выделении первой гармоники напряжения нейтрали, определении вещественной и мнимой составляющих первой гармоники напряжения нейтрали по отношению к линейному напряжению сети, делению последних на линейное напряжение сети и нахождении по полученным результатам емкости сети относительно земли и коэффициента успокоения сети с изолированной нейтралью. 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим сетям переменного тока и предназначено для определения параметров по отношению к земле электрических сетей с изолированной нейтралью.
Известен способ определения параметров относительно земли электрических сетей с изолированной нейтралью с помощью измеренных величин (в частности, токов замыкания) при металлическом замыкании одной из фаз на землю [1] Недостатком данного способа является его опасность для изоляции сети, измерительных приборов и эксплуатационного персонала при пробое изоляции второй фазы на землю.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения параметров электрической сети относительно земли, при котором в нормальном режиме сети одновременно измеряют линейное напряжение и напряжение одной из фаз сети по отношению к земле, подключают между указанной фазой сети и землей конденсатор (дополнительную емкость
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
C), одновременно измеряют линейное напряжение и напряжение той же фазы относительно земли и по полученным данным рассчитывают емкость сети относительно земли C
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/931.gif)
(емкостной ток сети I
с) [2] К недостаткам данного способа относятся относительно большая дополнительная емкость DC
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8776.gif)
20-30% C
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/931.gif)
и невозможность определения коэффициента успокоения d сети с изолированной нейтралью.
В основу изобретения положена задача разработать такой способ измерения параметров электрической сети относительно земли, который при уменьшении дополнительной емкости, подключаемой между одной из фаз сети и землей, обеспечивает повышение точности измерения, количества измеряемых параметров и безопасность проведения измерений.
Поставленная задача решается тем, что в способе измерения параметров электрической сети относительно, при котором в нормальном режиме электрической сети одновременно измеряют линейное напряжение U
л1 и напряжение электрической сети относительно земли U
c1, между одной из фаз сети и землей подключают конденсатор (дополнительную емкость DC, измеряют одновременно линейное напряжение U
л2 и напряжение сети относительно земли U
с2, и по измеренным данным рассчитывают емкость сети относительно земли C
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/931.gif)
, согласно изобретению в качестве напряжения сети относительно земли используют напряжение нейтрали сети U
o(U
нс), одновременно фиксируют формы кривых напряжения естественной несимметрии сети U
нс (напряжение нейтрали) и линейного напряжения сети U
л1, выделяют первую гармонику U
нс1 напряжения естественной несимметрии сети, определяют угол v
1 между этой первой гармоникой и линейным напряжением U
л1, находят вещественную U
нсв и мнимую U
нсм составляющие первой гармоники напряжения естественной несимметрии сети.
U
нсв= U
нс1cos
1 и U
нсм= U
нс1sin
1, делят эти составляющие на линейное напряжение сети U
л1 ![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941334.gif)
после подключения к одной из фаз сети конденсатора емкостью
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
C одновременно фиксируют формы кривых напряжения нейтрали U
o2 и линейного напряжения сети U
л2, выделяют первую гармонику U
o21 напряжения нейтрали, определяют угол
2 между этой первой гармоникой и линейным напряжением U
л2, находят вещественную U
о2в и мнимую U
о2м составляющие первой гармоники напряжения нейтрали U
02в= U
021cos
2 и U
02м= U
021sin
2, делят эти составляющие на линейное напряжение сети U
л2 ![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941335.gif)
и рассчитывают емкость сети относительно земли по соотношению:
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941336.gif)
дополнительно раcсчитывают коэффициент успокоения электрической сети с изолированной нейтралью по выражению
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941337.gif)
при этом дополнительную емкость выбирают
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
C
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8776.gif)
5...10% C
п,
где
C
п емкость сети относительно земли, оцениваемая ориентировочно по зависимости
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941338.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941339.gif)
круговая частота напряжения сети;
l
в![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/931.gif)
суммарная длина воздушных линий эл.сети, км;
l
к![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/931.gif)
суммарная длина кабельных линий эл.сети, км.
Использование напряжения нейтрали U
o в качестве напряжения сети позволяет существенно повысить точность измерения параметров электрической сети относительно земли, т.к. относительное изменение U
o при подключении дополнительной емкости DC к фазе сети в 10-100 раз больше, чем соответствующее изменение напряжения фазы сети U
c, к которой подключается емкость
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
C (как в прототипе). Выделение вещественной (А
1, А
2) и мнимой (В
1, В
2) составляющих напряжения U
o также позволяет повысить точность оценки параметров сети относительно земли и дополнительно определить второй параметр коэффициент успокоения сети с изолированной нейтралью d. При этом обеспечивается безопасность при простоте схемы измерения.
Сущность изобретения можно пояснить, используя схему замещения электрической сети с изолированной нейтралью, приведенную на чертеже, где
Т питающий электрическую сеть трансформатор;
Q разъединитель;
C
1, C
2, C
3 емкости фаз сети относительно земли;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
C конденсатор емкостью
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
C, подключаемый между одной из фаз сети и землей;
r
1, r
2, r
3 активные сопротивления утечек изоляции фаз сети относительно земли;
U
1, U
2, U
3 фазные напряжения трехфазного трансформатора Т;
U
нс напряжение естественной несимметрии сети (до подключения к фазе 1 сети конденсатора емкостью
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
C);
U
o напряжение нейтрали при подключении к фазе 1 сети конденсатора емкостью
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
C
t земля.
При отключенном конденсаторе емкостью
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
C на нейтрали сети имеем напряжение напряжение естественной несимметрии сети (первая гармоника)[3]
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941340.gif)
.
Измеряют напряжение
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941341.gif)
по отношению к напряжению
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941343.gif)
где
U
ф1 и U
л1 фазное и линейное напряжения эл. сети (первое измерение);
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941344.gif)
напряжения фаз питающего трансформатора Т;
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941345.gif)
фазный множитель;
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941346.gif)
коэффициент успокоения сети с изолированной нейтралью;
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941347.gif)
(суммарная) емкость сети относительно земли;
А
1 и B
1 вещественная и мнимая составляющие напряжения
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941348.gif)
относительно линейного напряжения сети
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941349.gif)
Одновременно фиксируют формы кривых напряжений естественной несимметрии U
нс и линейного U
л1, выделяют первую гармонику
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941350.gif)
напряжения естественной несимметрии сети. Определяют ее фазу
1 относительно напряжения
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941351.gif)
Находят вещественную U
нсв и мнимую U
нсм составляющие первой гармоники
U
нсв= U
нс1cos
1 и U
нсм= H
нс1sin
1.
Делят эти составляющие на линейное напряжение сети U
л1 ![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941352.gif)
Например, к фазе А (фазе 1) подключают конденсатор емкостью
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
C. Одновременно фиксируют формы кривых напряжений сети: нейтрали U
o2 и линейного U
л2 (между фазами А и В, т.е. между фазами 2 и 3, см. чертеж).
Выделяют первую гармонику
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941353.gif)
напряжения нейтрали. Определяют ее фазу
2 относительно напряжения
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941354.gif)
. Находят вещественную и мнимую составляющие первой гармоники соответственно
U
02в= U
021cos
2 и U
02м= U
021sin
2,
эти составляющие делят на линейное напряжения сети U
л2 ![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941355.gif)
Первая гармоника напряжения нейтрали определяется выражением
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941356.gif)
Измеряют напряжение
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941357.gif)
по отношению к напряжению
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941359.gif)
Используя формулы (4)-(7), находят соотношения для расчета емкости относительно земли C
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/931.gif)
и коэффициента успокоения сети с изолированной нейтралью d см. формулы (1) и (2). Можно найти также и емкостный ток электрической сети
I
c= U
ф.ср![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/969.gif)
C
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/931.gif)
, где
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941360.gif)
среднее фазное напряжение электрической сети.
Таким образом, применение предложенного способа измерения параметров эл. сети относительно земли позволит сравнительно просто и безопасно выполнить измерения в высоковольтной сети с изолированной нейтралью, существенно повысить точность этих измерений (до 1-2%) и увеличить число измеряемых параметров. Все это обеспечит положительные экономический и социальный эффекты.
Область применения данного способа измерения электрические сети напряжением 6-35 кВ с изолированной нейтралью. Это сети промышленных предприятий, городов и сельских районов.
Формула изобретения
Способ измерения параметров электрической сети относительно земли, при котором в нормальном режиме электрической сети одновременно измеряют линейное напряжение U
л1 и напряжение электрической земли U
с1 между одной из фаз сети и землей, подключают конденсатор (дополнительную емкость
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
C), измеряют одновременно линейное напряжение U
л2 и напряжение сети относительно земли U
с2 и по измеренным данным рассчитывают емкость сети относительно земли C
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/931.gif)
, отличающийся тем, что в качестве напряжения сети относительно земли используют напряжение нейтрали сети U
0 (U
нс), одновременно фиксируют формы кривых напряжений естественной несимметрии сети U
нс (напряжение нейтрали) и линейного напряжения сети U
л1, выделяют первую гармонику U
нс1 напряжения естественной несимметрии сети, определяют угол v
1 между этой первой гармоникой и линейным напряжением U
л1, находят вещественную U
нсв и мнимую U
нсм составляющие первой гармоники напряжения естественной несимметрии сети
U
нсв= U
нс1cos
1,
U
нсм= U
нс1sin
1,
делят эти составляющие на линейное напряжение сети U
л1 A
1 U
нсв / U
л1 и B
1 U
нсм / U
л1,
после подключения к одной из фаз сети конденсатора емкостью
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
C одновременно фиксируют формы кривых напряжения нейтрали U
02 и линейного напряжения сети U
л2, выделяют первую гармонику U
021 напряжения нейтрали, определяют угол
2 между этой первой гармоникой и линейным напряжением сети U
л2, находят вещественную U
02в и мнимую U
02м составляющие первой гармоники напряжения нейтрали
U
02в= U
021cos
2 и U
02м= U
021sin
2,
делят эти составляющие на линейные напряжение сети U
л2 ![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941361.gif)
рассчитывают емкость сети относительно земли по соотношению
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941362.gif)
и дополнительно рассчитывают коэффициент успокоения электрической сети с изолированной нейтралью по выражению
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941363.gif)
при этом дополнительную емкость выбирают
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
C
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8776.gif)
5...10% C
п, где C
п - емкость сети относительно земли, оценивается ориентировочно по зависимости
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941364.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/294/2941365.gif)
круговая частота напряжения сети;
l
в![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/931.gif)
- суммарная длина воздушных линий электрической сети, км;
l
к![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/931.gif)
- суммарная длина кабельных линий электрической сети, км.
РИСУНКИ
Рисунок 1