Репозиторій ЧДТУ
Репозиторій ЧДТУ зберігає і дозволяє легкий і відкритий доступ до всіх видів цифрового контенту, включаючи текст, зображення, анімовані зображення, MPEG і набори даних
Дізнатися більше
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7835| Назва: | Методи та засоби дослідження функціонування пристроїв релейного захисту кабельних мереж 10 кВ |
| Автори: | Семко, Інга Борисівна Папуша, В’ячеслав Леонідович |
| Ключові слова: | релейний захист;селективність;кабельні мережі 6-10 кВ;чутливість |
| Дата публікації: | гру-2023 |
| Короткий огляд (реферат): | У роботі проведено аналіз причин і типів коротких замикань у кабельних лініях напругою 6–10 кВ, оцінено їх небезпеку та фактори, що впливають на вибір релейного захисту, а також розглянуто роль діагностичних методів у попередженні локальних пошкоджень. Досліджено перехідні процеси при однофазних коротких замиканнях з урахуванням різних параметрів системи, впливу заземлення нейтралі та перевірено адекватність моделювання в MATLAB-SIMULINK на прикладі існуючих кабельних мереж. Розроблено рекомендації щодо підвищення чутливості та селективності релейного захисту з можливістю використання додаткових ступенів і алгоритмів для забезпечення основних вимог до захисту. |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7835 |
| Розташовується у зібраннях: | 141 Електрична інженерія (Електротехнічні системи електроспоживання) |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| Папуша.pdf Restricted Access | 2.03 MB | Adobe PDF | Переглянути/Відкрити Запит копії |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИСТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОТРАНСПОРТУ ТА МАШИНОБУДУВАННЯ Кафедра електротехнічних систем «До захисту допущено» Зав. кафедри ЕТС __________ О.О. Ситник (підпис) (ініціали, прізвище) «___»___________2023 р. Кваліфікаційна робота на здобуття ступеня вищої освіти магістра на тему: «Методи та засоби дослідження функціонування пристроїв релейного захисту кабельних мереж 10 кВ» Виконав: здобувач вищої освіти _2_ курсу, групи ЕСЕ-002 Спеціальності: 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка» (шифр і назва напряму підготовки, спеціальності) Папуша В’ячеслав Леонідович ______________ (прізвище, ім’я, по-батькові здобувача вищої освіти ) (підпис) Науковий к.т.н., доцент Семко І.Б. ______________ керівник (вчені ступінь та звання, прізвище та ініціали) (підпис) Нормоконтроль _к.т.н., доцент Ключка К.М.__ ______________ (вчені ступінь та звання, прізвище та ініціали) (підпис) Черкаси 2023 р. 3 РЕФЕРАТ По структурі робота складається зі вступу, трьох розділів основної частини та висновків основних результатів дослідження. Загальна кількість сторінок – 101, рисунків – 34, таблиць – 9, використаних літературних джерел – 29. Метою роботи є підвищення ефективності функціонування пристроїв релейного захисту в кабельних мережах 6-10 кВ. Згідно до мети були поставлені для вирішення наступні завдання: • зробити аналіз факторів, що впливають на пристрої релейного захисту в кабельних мережах 6-10 кВ; • за допомогою комп'ютерного моделювання провести дослідження факторів, що впливають на функціонування пристроїв релейного захисту в кабельних мережах 6-10 кВ; • розробити рекомендації з підвищення ефективності релейного захисту в кабельних мережах 6-10 кВ. У першому розділі зроблено аналіз та розглянуто причини, типи виникнення коротких замикань у кабельних лініях напругою 6-10 кВ. Встановлено небезпеку коротких замикань з урахуванням технологічних процесів, фактори, що впливають на вибір релейного захисту в мережах кабельних ліній 6-10 кВ. Розглянуто питання впливу діагностичних методів на попередження місцевих пошкоджень кабельних ліній в мережах 6-10 кВ. Розглянуто завдання, які необхідно вирішити для підвищення ефективності застосування релейного захисту. У другому розділі було проведено дослідження перехідних процесів при ОКЗ з врахуванням впливу різних параметрів. Проведено оцінку достовірності та точності результатів моделювання в програмі MATLAB- SIMULINK на імітаційних моделях кабельних ліній 6-10 кВ з дослідженнями, проведеними в існуючих кабельних мережах. Встановлено залежність нестабільності рівня ВГ з основними параметрами системи. Проведено 4 оцінку впливу заземлення нейтралі на перехідні процеси в момент виникнення ОКЗ. Третій розділ присвячений розробці рекомендацій для підвищення чутливості і селективності релейного захисту, які мають загальний рекомендаційний характер з можливістю доповнення та включення додаткових ступенів і алгоритмів, направлених на підвищення основних вимог, що пред'являються до релейного захисту. Ключові слова: релейний захист; селективність; чутливість; кабельні мережі 6-10 кВ; перехідні процеси; однофазне коротке замикання; вищі гармоніки струму і напруги. 5 ЗМІСТ ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ ................................................................................................................ 8 ВСТУП ..................................................................................................................... 9 РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ МЕТОДІВ І ЗАСОБІВ КОНТРОЛЮ ТА ЗАХИСТУ ВІД КОРОТКИХ ЗАМИКАНЬ КАБЕЛЬНИХ ЛІНІЙ НА НАПРУГУ 6-10 КВ ..... 12 1.1 Аналіз можливих причин появи КЗ в кабельних лініях електропередач .............................................................................................................................. 12 1.2 Методи і способи контролю кабельних ліній ........................................... 14 1.3 Методи і засоби захисту кабельних ліній .................................................. 18 1.4 Висновки до розділу 1 ................................................................................. 38 РОЗДІЛ 2. АНАЛІЗ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ НА РОБОТУ ПРИСТРОЇВ РЕЛЕЙНОГО ЗАХИСТУ КАБЕЛЬНИХ МЕРЕЖ 6-10 КВ ПРИ ОДНОФАЗНОМУ КОРОТКОМУ ЗАМИКАННІ ......................................................................................................... 40 2.1 Порівняльний аналіз мінімального рівня вищих гармонік в імітаційних моделях ................................................................................................................ 40 2.2 Аналіз максимального рівня вищих гармонік в струмі однофазного короткого замикання в мережах 6-10 кВ ......................................................... 46 2.3 Аналіз факторів, що впливають на нестабільність рівня вищих гармонік .............................................................................................................................. 47 2.3.1 Оцінка загальних факторів, що впливають на нестабільність вищих гармонік............................................................................................................ 47 2.3.2 Розрахунок коливань загального рівня вищих гармонік в струмі однофазного короткого замикання кабельних мереж 6-10 кВ ................... 51 2.3.3 Аналітична оцінка нестабільності рівня вищих гармонік в струмі однофазного короткого замикання ............................................................... 53 6 2.4 Моделі кабельних мереж для дослідження вищих гармонійних складових у струмах ОКЗ при перехідних процесах ..................................... 58 2.4.1 Моделі кабельних міських та промислових мереж електропостачання для дослідження перехідних процесів при ОКЗ ........ 58 2.4.2 Аналітичний метод визначення параметрів кабельних ліній 6-10 кВ для дослідження перехідних процесів .......................................................... 60 2.4.3 Аналіз співвідношень миттєвих значень перехідних струмів у пошкоджених та непошкоджених приєднаннях при ОКЗ в кабельних мережах 6-10 кВ, що впливають на селективність і стійкість пристроїв релейного захисту ........................................................................................... 62 2.4.4 Аналіз частотного спектра в пошкоджених і непошкоджених кабельних лініях напругою 6-10 кВ при виникненні ОКЗ ......................... 65 2.5 Аналіз впливу режиму заземлення нейтралі на виникнення перехідних процесів при ОКЗ ............................................................................................... 67 2.6 Залежність зміни робочого діапазону частот від загальної ємності мережі в момент виникнення ОКЗ ................................................................... 69 2.6.1 Аналіз діапазону зміни частот, основних складових струму перехідного процесу при ОКЗ ....................................................................... 69 2.6.2 Аналіз впливу фільтрації високочастотних складових на втрати в сигналі перехідного струму ........................................................................... 72 2.7 Аналіз розпізнавання дугових переривчастих коротких замикань на землю в кабельних мережах 6-10 кВ з урахуванням заземлення нейтралі .. 76 2.7.1 Область застосування розпізнавання дугових переривчастих замикань на землю в кабельних мережах 6-10 кВ ....................................... 76 2.7.2 Прямий спосіб контролю дугових переривчастих замикань на землю в компенсованих і некомпенсованих кабельних мережах 6-10 кВ ........... 78 2.7.3 Непрямий спосіб контролю дугових переривчастих замикань на землю в компенсованих і некомпенсованих кабельних мережах 6-10 кВ 79 7 2.7.4 Аналіз методики непрямого способу розпізнавання дугових переривчастих замикань на землю в компенсованих і некомпенсованих кабельних мережах 6-10 кВ ........................................................................... 80 2.7.5 Аналіз непрямого способу розпізнавання дугових переривчастих замикань на землю в компенсованих і некомпенсованих кабельних мережах 6-10 кВ, шляхом контролю рівня ВГ в перехідному струмі нульової послідовності ................................................................................... 83 2.8 Висновки до розділу 2 ................................................................................. 85 РОЗДІЛ 3. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РЕЛЕЙНОГО ЗАХИСТУ КАБЕЛЬНИХ МЕРЕЖ НА НАПРУГУ 6-10 КВ З УРАХУВАННЯМ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ СПОЖИВАЧА І МЕРЕЖІ ............... 87 3.1 Підвищення ефективності релейного захисту кабельних мереж на напругу 6-10 кВ з врахуванням проведених досліджень ............................... 87 3.2 Висновки до розділу 3 ................................................................................. 96 ВИСНОВКИ ........................................................................................................... 97 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ............................................................. 99 8 ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ АЦП – аналогово-цифровий перетворювач ВГ – вищі гармоніки ВП – вентильні перетворювачі ДРГ – дугогасячий реактор КЗ – коротке замикання КЛ – кабельна лінія ЛЕП – лінія електропередач ЛН – лінійне навантаження ОКЗ – однофазне коротке замикання РЗ – релейний захист РП – розподільний пункт СЗНП – струмовий захист нульової послідовності НЗПП – направлений захист на основі перехідних процесів СНЗНП – струмовий направлений захист нульової послідовності ТН – трансформатор напруги ТП – трансформаторна підстанція ТСНП – трансформатори струму нульової послідовності ФНЧ – фільтр низьких частот ЦЖ – центр живлення 9 ВСТУП Актуальність дослідження. Впровадження сучасних технологій і вдосконалення існуючого промислового виробництва, зростання електроспоживання населенням, підвищення екологічних вимог призводять до щорічного зростання електроспоживання на 2-5% у областях України [1]. Це збільшує протяжність ЛЕП і розподілу електричної енергії, і зокрема, кабельних ліній (КЛ), яким відводиться значна роль у системах електропостачання промислових підприємств, міст і сільського господарства: на великих підприємствах та великих містах вони стали практично єдиним способом передачі та розподілу електроенергії. КЛ відносяться до дорогих, основних та відповідальних елементам систем електропостачання [2]. Більшість об'єктів таких галузей промисловості як хімічна, нафтохімічна, металургійна, споживачі багатьох організацій, служб житлово-комунального господарства за вимогами до забезпечення електричною енергією відносяться до споживачів першої категорії [3]. При збереженні споживачів другої категорії і зменшенні третьої з'явилися об'єкти, що вимагають три незалежні вводи (джерела живлення) при двох і більше резервних генеруючих потужностях. Це збільшує кабельні потоки. Тому підвищення надійності силових КЛ – одна з найважливіших завдань забезпечення надійного електропостачання споживачів [3]. Кабельні лінії 6-10 кВ займають друге місце за довжиною після мереж 0,4 кВ [4]. Безліч діючих кабельних ліній виконано на основі паперово-просоченої ізоляції. На нових проєктованих об'єктах кабелі з паперово-просоченою ізоляцією виводяться з експлуатації або не використовуються [3]. В даний час використовуються кабелі із зшитого поліетилену вітчизняного та закордонного виробництва, але відсоток застарілих і непридатних до експлуатації кабельних ліній з паперовою ізоляцією надто високий (85%), тому проблема захисту залишається на сьогоднішній день актуальною [5]. 10 Кабельні лінії на напругу 6-10 кВ необхідно захищати, оскільки вони є з’єднувальною ланкою між лініями високої та низької напруги [3, 5]. Однак невизначеність типу заземлення і в результаті можливості виникнення безлічі деструктивних наслідків, ускладнює захист даного технічного виробу. Зокрема, виникнення аварійного режиму, що супроводжується різними наслідками, а саме можливість виникнення перенапруг високої кратності (3 і більше) або їх відсутність призведе до різних режимів роботи [3]. У даній роботі розглядається найпоширеніше замикання в кабельних мережах 6-10 кВ, а саме однофазне коротке замикання (ОКЗ) [6]. Тривалий досвід експлуатації систем електропостачання показує, що у зв’язку з їхньою специфікою більшість аварій на лініях електропередачі становлять однофазні КЗ, які можуть бути миттєвими (через переміжну дугу) та стійкими. Миттєві короткі замикання є самоусуваючими. У випадку стійких однофазних КЗ варто визначити місце КЗ і проконтролювати усунення пошкодження. Стійке КЗ можна не відключати, якщо даний процес дозволений технологічним процесом і регламентуючими документами [3, 6, 7]. Однак замикання через переміжну дугу необхідно відключати незалежно від технологічного процесу і документів, які дозволяють роботу з однофазним КЗ. Однофазне КЗ через переміжну дугу призводить до термічного впливу на місце пробою ізоляції та до перенапруги на непошкоджених фазах, а в окремих випадках до пошкодження трансформаторів напруги [6, 7]. Метою роботи є підвищення ефективності функціонування пристроїв релейного захисту в кабельних мережах 6-10 кВ. Згідно до мети були поставлені для вирішення наступні завдання: 1. Зробити аналіз факторів, що впливають на пристрої релейного захисту в кабельних мережах 6-10 кВ. 2. За допомогою комп'ютерного моделювання провести дослідження факторів, що впливають на функціонування пристроїв релейного захисту в кабельних мережах 6-10 кВ. 11 3. Розробити рекомендації з підвищення ефективності релейного захисту в кабельних мережах 6-10 кВ. Предметом дослідження є перехідні процеси в системах електропостачання. Об'єктом дослідження є пристрої релейного захисту кабельних ліній 6-10 кВ. Методи дослідження. При вирішенні поставлених завдань використовувалися методи статистичної обробки інформації, методи емпіричного дослідження та моделювання. Наукова новизна в роботі: - встановлено залежність нестабільності рівня ВГ з основними параметрами системи за допомогою імітаційного моделювання у програмі MATLAB-SIMULINK. Проведено аналітичний розрахунок нестабільності рівня ВГ у кабельних мережах 6-10 кВ. Дані отримані шляхом комп’ютерного моделювання за допомогою імітаційної моделі та аналітичним способом мають достатню точність і відповідають допустимим критеріям; - запропоновано непрямий спосіб підвищення ефективності релейного захисту, шляхом покращення чутливості та селективності без дослідження і розробки нових технічних пристроїв захисту. Апробація роботи. Основні аспекти наукового дослідження магістерської роботи були обговорені на студентській науково-практичній конференції ЧДТУ, яка відбувалася 18-20 квітня 2023 р. 12 РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ МЕТОДІВ І ЗАСОБІВ КОНТРОЛЮ ТА ЗАХИСТУ ВІД КОРОТКИХ ЗАМИКАНЬ КАБЕЛЬНИХ ЛІНІЙ НА НАПРУГУ 6-10 КВ 1.1 Аналіз можливих причин появи КЗ в кабельних лініях електропередач Безпека і надійність систем електропостачання виконаних кабельними лініями 6-10 кВ, визначає релейний захист. У великих містах і в великих промислових підприємствах, передача електричної енергії здійснюється по кабельних лініях. Велика частина кабельних ліній виконана з паперовою ізоляцією (до 85%), але в даний час в Україні при проектуванні і модернізації застосовуються кабельні лінії із зшитого поліетилену. Термін експлуатації для кабелів з паперовою ізоляцією становить 30 років. В даний час в експлуатації знаходиться безліч кабельних ліній, що відпрацювали свій термін служби. Ізоляція вичерпала свій термін служби може призвести до короткого замикання, однофазного або багатофазного [8, 9]. Причин виникнення пошкоджень кабельних ліній можуть бути: - попередні механічні пошкодження – 43%; - безпосередні механічні пошкодження будівельними та іншими організаціями – 16%; - дефекти в сполучних муфтах і кінцевих з’єднаннях під час монтажу – 10%; - пошкодження кабелю і муфт в результаті осідання ґрунту – 8%; - корозія металевих оболонок кабелів – 7%; - дефекти виготовлення кабелю на заводі – 5%; - порушення при прокладанні кабелю – 3%; - старіння ізоляції через тривалу експлуатацію або перевантаження – 1%; 13 - інші невстановлені причини – 7%. Виходячи із приведеної вище статистики видно, що основні пошкодження отримуються в результаті неправильної експлуатації кабельних ліній [4, 5]. Але як було наведено у вступі роботи, в даний час 85% кабелів експлуатуються із паперовою ізоляцією, велика частина яких перевищила свій термін служби. Головним фактором виникнення пошкоджень кабелів з паперовою ізоляцій є висихання і старіння паперу просоченого маслом, для кабелів із зшитого поліетилену це триінги (рисунок 1.1), які розвиваються під час експлуатації або при неправильному монтажі кабельних муфт [5]. Рис. 1.1. Розвиток триінга в кабелі із зшитого поліетилену В результаті неправильного монтажу або недотримання умов технологічного процесу при виробництві кабелю зі зшитого поліетилену виникають триінги. Триінги – це деревовидні утворення, які виникають в результаті наявності вологи в ізоляції кабелю і впливу електричного поля. Такі руйнування ізоляції ведуть до її поступового руйнування і пробою, що в свою чергу призводить до виникнення короткого замикання на землю. Існують два різновиди триінгів: триінги типу «віяло» або як ще називають типу «кущ» та триінги типу «бант». Триінги типу «кущ» 14 утворюються від початку ізоляції, де існує неоднорідність між ізоляцією і напівпровідним шаром. Триінги типу «бант» утворюються в результаті наявності в ізоляції мікропор та тріщин. Найнебезпечніший вид триінга – це триінг типу «кущ». Триінг типу «бант» збільшується повільніше ніж інший тип триінга і з часом може взагалі перестати рости. Наприклад дослідження, кабельної лінії «на напругу 11 кВ» в Норвегії прокладеної через протоку Тромсесунд, яка експлуатувалася більше 10 років, у ній було виявлено понад десятка триінгів типу «бант» і не одного включення типу «кущ». Виходячи з цього можна говорити про те, що триінги типу «кущ» необхідно виявляти своєчасно, в той час як з триінгами типу «бант» кабельна лінія може пропрацювати тривалий час. В результаті аналізу постає актуальне питання про необхідність забезпечення споживача безперебійним електропостачанням, для чого потрібна постійна і своєчасна діагностика (моніторинг) або надійний і сучасний релейний захист або сукупність діагностики та релейного захисту [8, 9]. 1.2 Методи і способи контролю кабельних ліній Контроль ізоляції може тільки дати дані для прогнозування розвитку пробоїв ізоляції, що призводять до порушення електропостачання споживача. По суті контроль не може запобігти короткому замиканню, він може тільки попередити про наступаючу проблеми, тому це питання актуальне з точки зору доцільності застосування контролю кабельних ліній. Для контролю КЛ розроблено багато технічних рішень та методів [8] – вимірювання опору ізоляції; – вимірювання діелектричних втрат; – вимірювання часткових розрядів; – вимірювання ємності КЛ; 15 – вимірювання вологості ізоляції; – тепловізійний метод; – рентгенівський метод; – вимірювання і аналіз зворотної напруги; – метод рефлектомії. Коротко розглянемо кожен метод окремо, щоб мати уявлення про їх особливості та ефективність використання. Вимірювання опору ізоляції - це метод заснований на вимірюванні опору ізоляції між фазами, (фазами щодо землі для ліній 6-35 кВ). Всі вимірювання виконуються Мегомметром і можуть проводиться безпосередньо за місцем розміщення кабелю за наявністю мінімальної кількості людей [8, 9]. Вимірювання діелектричних втрат проводиться шляхом пропускання підвищеної напруги через кабельну лінію. В результаті пропускання вимірюється кут діелектричних втрат tgδ, який характеризує діелектричні втрати в КЛ, тобто чим більше tgδ, тим більші діелектричні втрати. Для проведення таких випробувань необхідно пристрій із можливістю реєстрації tgδ та контролем прикладеної напруги з перетворювачем напруги. Даний метод вимірювання вимагає спеціального інструментального обладнання. Вимірювання часткових розрядів – це метод заснований на реєстрації коротких імпульсних сигналів, що виникають при виникненні часткових розрядів. Часткові розряди шунтують ізоляцію кабельної лінії і поступово руйнують ізоляцію кабельної лінії. Виникнення часткових розрядів виникає через недосконалість ізоляції в результаті старіння або браку (неякісного виготовлення) заводу-виробника і наявності газових або повітряних утворень з водяною основою. Структурна схема вимірювань часткових розрядів в КЛ представлена на рисунку 1.2. Основними вузлами схеми вимірювань є: комп'ютерний аналізатор часткових розрядів в КЛ і високовольтний адаптер. Комп'ютерний аналізатор дефектів і часткових розрядів в КЛ виконаний у вигляді сукупності вимірювального блоку і персонального комп'ютера (рис. 16 1.2) або у вигляді спеціалізованого вимірювального приладу. Високовольтний адаптер служить для гальванічної розв’язки комп'ютерного аналізатора і джерела напруги. Так, короткі імпульси напруги, що поширюються в КЛ, безперешкодно надходить на вхід рефлектометра TDR або на вихід часткових розрядів, але не потрапляють в низькочастотне (50 або менше герц) джерело напруги. У той же час напруга (1…1,2)*Uроб від джерела безперешкодно поступає на КЛ. Вхідною напругою може бути напруга мережі промислової частоти або від іншого джерела наднизької частоти [8, 9]. Рис. 1.2. Структурна схема вимірювання часткових розрядів 17 Вимірювання ємності кабельних ліній проводиться за принципом «жила-жила», «жила-земля», оскільки ємність кабелю подібна ємності конденсатора, де роль прокладок виконують поверхню струмопровідної частини кабелю, а діелектриком слугує ізоляційний матеріал жил кабелю. Рис. 1.3. Принципова схема визначення робочої ємності кабелю (1- джерело змінної напруги; 2-кабель) Для визначення ємності кабелю необхідно мати спеціальне обладнання. Вимірювання вологості ізоляції, а саме коефіцієнта абсорбції, проводиться в методі, описаному вище (опір ізоляції). Вимірювання проводиться шляхом відношення опору виміряного через 60 сек. До опору, виміряного через 15 сек. після початку вимірювання. Тепловізійний метод контролю необхідний для оцінки відведення тепла при великих струмових навантаженнях, оскільки при поганому відводі тепла відбувається руйнування ізоляції, що призводить до незворотних руйнувань ізоляції. Для даного методу необхідно спеціальне обладнання (телевізійна камера, тепловізор) і навчений персонал. Рентгенівський метод – цей метод заснований на рентгенографії кабелю, який успішно застосовується в медицині. Даний метод застосовується для визначення причин виникнення коротких замикань і оплавлення жил кабелю, оскільки можна отримати повну картину того, що відбувається в кабельній продукції. Для проведення контрольних 18 випробувань кабельних ліній необхідно спеціальне обладнання і навчений персонал. Метод зворотної напруги заснований на пропусканні постійної напруги малої величини (1-2кВ) і вимірювання часу струму зарядження відновленої напруги після короткочасного розрядження. Даний метод є неруйнівним методом і при його проведенні проводиться аналіз: величини зворотної напруги; час досягнення максимальної величини зворотної напруги; швидкість зростання зворотної напруги. Для контролю ізоляції кабелю даним методом необхідно спеціальне устаткування і навчений персонал для отримання необхідних характеристик і аналізу отриманих даних. Метод рефлектомії заснований на зондуванні кабелю імпульсною напругою. На кабель подаються зондувальні імпульси і реєструються відбиті від місця пошкодження імпульси. Визначення відбувається виходячи з відстані до пошкодження та по тимчасовій затримці відбитого імпульсу щодо зондуючого. З генератора імпульсів зондувальні імпульси подаються в лінію, а відбиті імпульси надходять з лінії в приймач, в якому проводяться необхідні перетворення над ними. З виходу приймача перетворені сигнали надходять на графічний індикатор. Всі блоки імпульсного рефлектометра функціонують за сигналами блоку управління. Для проведення даного методу контролю кабелю необхідне спеціальне обладнання і добре навчений персонал. 1.3 Методи і засоби захисту кабельних ліній Релейний захист – це основний багаторівневий захист КЛ від коротких замикань. Оскільки багато експлуатованих кабельних ліній відпрацювали свій термін експлуатації, при виборі алгоритмів захисту необхідно враховувати даний фактор. Захисти поділяються на захист від багатофазних і від однофазних замикань (ОКЗ). В даному пункті ми розглянемо захист від 19 ОКЗ, даний вид замикання є дуже небезпечним, але в той же час допускається не відключати даний вид замикання, а налаштовувати захист на сигнал. Так само дуже важко в результаті малого усталеного струму на землю, дотримуватися селективності та чутливості релейного захисту. В результаті складності виявлення ОКЗ і можливості не відключати замикання при виборі захисту необхідно враховувати безліч факторів: заземлення нейтралі, протяжність лінії, вплив короткого замикання на споживача з урахуванням його особливостей тощо. Кожен фактор вибору не змінює основних вимог до релейного захисту, але впливає на забезпечення даних вимог [8, 9]. Перший фактор – це співвідношення між власними ємнісними струмами приєднань і сумарним ємнісним струмом всієї електрично зв'язаної мережі. Другий фактор – це заземлення нейтралі. У мережах 6-10 кВ їх можна розділити на дві групи: ізольована і компенсована. В Україні компенсування нейтралі здійснюється: • заземленням через дугогасячий реактор з шунтувальним резистором; • заземлення через резистор (низькоомним або високоомним). Згідно п.3.2.106 останньої редакції ПУЕ, «... робота електричних мереж напругою 6-35 кВ може передбачатися як з ізольованою нейтраллю, так і з нейтраллю, заземленою через дугогасящий реактор або резистор». У моїй роботі я розглядаю виключно КЛ напругою 6-10 кВ, у яких застосовується ізольована нейтраль [3]. Ізольована нейтраль – це такий вид заземлення, при якому нейтральна точка не приєднується до заземлювального пристрою. ПУЕ обмежує застосування режиму ізольованого заземлення нейтралі при великих ємнісних струмах замикання на землю: - більше 30 А при напрузі 3…6 кВ; - більше 20 А при напрузі 10 кВ; - більше 15 А при напрузі 15…20 кВ; 20 - більше 10 А у мережах напругою 6-20 кВ, що мають залізобетонні та металеві опори на повітряних ЛЕП, а також у всіх мережах напругою 35 кВ; - більше 5 А в схемах генераторної напруги 6-20 кВ блоків «Генератор-трансформатор». Як зазначено в іноземних джерелах: «Ізольована нейтраль є однією із базових проблем, які впливають на технічні та економічні рішення енергосистем» [2]. Ізольована нейтраль в основному застосовується в мережах промислового і міського електропостачання з малим ємнісним струмом. У поєднанні з якісним обладнанням енергосистеми, ефективного захисту від внутрішніх перенапруг і селективною роботою релейного захисту на сигнал допускається робота на сигнал без відключення ОКЗ [9]. Захист від ОКЗ не завжди доречно застосовувати з дією на сигнал оскільки в певних випадках це може привести до значних пошкоджень об'єкта, що захищається, а також створити небезпеку ураження струмом обслуговуючого персоналу. При великих ємнісних струмах замикання на землю застосовується компенсована нейтраль (заземлення через дугогасячий реактор). Ці мережі також відомі як резонансні заземлення, або відповідно до винаходу котушки Петерсена, оскільки цей винахід і є основа дугогасного реактора. Дугогасяча котушка була винайдена В. Петерсен в 1916 році в результаті свого дослідження явищ замикання на землю [10]. Приблизно 10% мереж 6…10 кВ працюють із заземленням нейтралі через реактор [11]. На можливості використання типів захистів впливає наявність в кабельних лініях трансформаторів струму нульової послідовності (ТСНП), при наявності яких відповідно з ПУЕ необхідно застосовувати стаціонарний захист від ОКЗ [3]. На відміну від мереж промислового електропостачання в мережах міського електропостачання, в основному немає кабельних ліній, тому установка стаціонарних пристроїв захисту від ОКЗ не передбачено. На великих розподільних пунктах для контролю ізоляції застосовується 21 трансформатори напруг, які мають вторинну обмотку, що з'єднана за схемою розімкнутого трикутника для отримання напруги нульової послідовності 3U0. Тому при виборі захисту необхідно враховувати наявність трансформаторів струму та напруги на об'єкті, оскільки відсутність даних технічних виробів у певному випадку може не дозволити необхідної ефективності релейного захисту та якісно захистити споживача. Вплив на вибір захисту кабельних ЛЕП надає переваги ізольованої нейтралі. При ОКЗ струм замикання на землю дуже малий і в такому режимі можна не відключати ОКЗ, але слід зазначити, що в даному випадку розглядається стійке замикання. У мережах 6…10 кВ в залежності від заземленої нейтралі можливо виникнення двох видів ОКЗ: стійке та нестійке. Нестійке КЗ поділяється на два типи: самоусуваючі («клювок») та тривале дугове або переривчасте. Згідно з теоріями J. Slepian, J. Peters та Белякова М.М., в мережах із ізольованою і компенсованою нейтраллю при виникненні дугового переривчастого замикання виникають перенапруги, що перевищують у 3 і більше раз номінальну напругу мережі [11]. Перенапруги виникають в результаті накопичення додаткового заряду на фазах мережі, що супроводжується зростанням напруги на непошкоджених фазах при повторному запалюванні дуги короткого замикання. Накопичення додаткового заряду на ємностях фаз мережі можливе тільки при короткому інтервалі часу між повторним запалюванням дуги короткого замикання. Максимальні кратності напруг обчислюються за виразом K U пер = max . (1.1) Uф.т Відповідно до теорії J. Peters час між пробоями діелектричного проміжку дорівнює половині періоду робочої частоти Т=50/2=10 мс [11]. Максимальні кратності перенапруг, знову ж відповідно до теорії J. Peters, у чотири і більше разів перевищують номінальні, а відповідно до теорій J. 22 Slepian та Белякова М.М. перенапруги менші і не перевищують значень 3,2- 3,6. Хоча теорії J. Slepian і Белякова М.М. вказують на те, що кратність перенапруг менша, але навіть такі перенапруги створюють негативний руйнівний вплив у слабких місцях непошкоджених фаз ізоляції кабельних ліній і має суттєвий вплив на ізоляцію електричних машин [11]. В результаті дії перенапруг може статися пробій ізоляції, який у свою чергу створить термічний вплив на діелектрик кабелю і виникне небезпека ураження електричним струмом персоналу. На виробництвах із підвищеною пожежонебезпекою виникнення відкритої дуги в результаті однофазного короткого замикання неприпустимо з міркувань техніки безпеки. Варто відзначити дані досліджень, хвильових і перехідних процесів в мережах 6…10 кВ Дрезденського технічного університету (Netzanalizator), де доведено, що середньоквадратичне значення струму підвищується в 10 і більше разів [11]. Отже, робота з однофазним коротким замиканням не завжди доречна. Вона залежить від безлічі факторів виду короткого замикання і наслідків КЗ, так само необхідно пам'ятати про споживачів, які не можуть працювати по техніці безпеки з ОКЗ (шахтні, кар'єрні мережі, торфорозробки, мережі електрогенераторів і потужних електродвигунів тощо). При виборі алгоритмів захистів необхідно враховувати особливості технологічного процесу об’єкту, який захищається [11]. Розглянемо існуючі види захистів від ОКЗ, що застосовуються при експлуатації енергетичних об'єктів. Наведу відомі існуючі види захистів: струмовий захист нульової послідовності, направлений струмовий захист нульової послідовності, захист на основі вмісту вищих гармонік, захист з накладанням струму іншої частоти на робочий струм [11]. Ненаправлений струмовий захист заснований на аналізі вмісту в струмі, струмів нульової послідовності, внаслідок порівняння величини вмісту з верхньою допустимою межею. Для відсіювання струмів нульової послідовності застосовується трансформатор струму нульової послідовності (рисунок 1.4). 23 Рис. 1.4. Трансформатор струму нульової послідовності ТЗЛУ-70-1 Даний захист використовується для захисту кабельних ліній від однофазних коротких замикань. Цей тип захисту може застосовуватися для захисту простих конфігурацій електропостачання споживачів, оскільки при наявності декількох електроприймачів він може працювати неселективно. Різні види заземлення нейтралі впливають на селективну роботу даного захисту. При ізольованій нейтралі струм пошкодження дуже малий і виявити його дуже складно, тому побудувати селективний захист дуже складно. При заземленні через дугогасячий реактор як показано на рисунку 1.5, захист на різних фідерах може спрацьовувати неселективно, оскільки струм нульової послідовності у пошкодженому і непошкодженому фідері збігається за напрямком. Даний захист отримав широке поширення в мережах 6…10 кВ, що використовують ізольовану нейтраль або високоомне заземлення нейтралі. Для виконання даного захисту можуть використовуватися електромеханічні реле струму (РТ-40, РТ-140, ЕТД-551), реле на мікроелектронній базі (РСТ-11, РСТ-12, РСТ-40, РТЗ-51), а також функції вище перелічених реле можуть бути реалізовані в мікропроцесорних пристроях у вигляді алгоритмів програм [8, 9]. 24 Рис. 1.5. Однолінійна схема мережі 6 кВ з організацією селективної роботи захисту від однофазних коротких замикань Умови застосовності для всіх виконань ненаправленого струмового захисту нульової послідовності (забезпечення необхідної селективності і чутливості) для мереж з ізольованою нейтраллю можна представити у вигляді: І ІС 1 = ≤ , (1.2) С* ІМ∑ 1+ Квід. ⋅Кпер. ⋅Кч.мін. де ІС = 3 ⋅ω ⋅С0 ⋅Uф.ном – власний ємнісний струм захищуваного приєднання; С0 – ємність фази на землю захищуваного приєднання; ІМ∑ – сумарний ємнісний струм електрично зв'язаної мережі; 25 Квід. – коефіцієнт віднастройки; Кпер. – коефіцієнт, що враховує зовнішні впливи при перехідних режимах через переміжну дугу; Кч.мін. – мінімально допустимий коефіцієнт чутливості. Якщо нейтраль заземлена через високоомний резистор, умови застосовності з урахуванням опору резистора: RN ≈ X 1 ∑ = ⋅ω ⋅C ∑ , (1.3) C 3 0 мають вигляд І І 1 * = С ≤ . С (1.4) І 2 М∑ (К 1+ від. ⋅Кпер. ⋅Кч.мін. ) 2 Виходячи з формул (1.2) і (1.4) можна зробити висновок, що при постійних коефіцієнтах Квід Кч.мін умови вибору ненаправленого струмового захисту нульової послідовності визначаються тільки відносним значенням власного ємнісного струму захищуваного приєднання ІС* та коефіцієнтом Кпер. . У відповідності з рекомендованими методиками розрахунків для визначення уставок ненаправлених струмових захистів нульової послідовності на базі електромеханічних реле рекомендується приймати Кпер = 4...5 [12] або Кпер = 3...5 [13]. Для мікроелектронних реле приймають Кпер = 3...5 відповідно з [12] «Розрахунки релейного захисту та автоматики розподільних мереж» [13] або Квід = 2...3 відповідно до досліджень Корогодського, В.А. «Релейний захист електродвигунів напругою вище 1 кВ» [3]. Але досвід експлуатації і фізико-математичні дослідження у вигляді математичного моделювання показали, що для 26 електромеханічних реле і частини мікроелектронних реле (РТЗ-51) коефіцієнти можуть бути зменшені до Кпер =1,5...2. Рекомендації для вибору значень для мікропроцесорного релейного захисту носять рекомендаційний характер і не мають точного обґрунтованого значення. Наприклад Кпер для ненаправленого струмового захисту SPAC 800 виконаного на мікропроцесорній базі рекомендується приймати 1…1,5 але при цьому в рекомендації вказано, що даний коефіцієнт необхідно уточнювати у фірми-виробника. У методиці, яка описана в [9] «Вибір уставок спрацьовування захистів асинхронних електродвигунів напругою вище 1 кВ» рекомендується приймати Кпер =1,5...2 при цьому автор посилається на виробника з необхідністю уточнення коефіцієнта у виробника. У методиці «Методичні вказівки по вибору характеристик і уставок захисту електрообладнання з використанням мікропроцесорних терміналів серії SEPAM виробництва фірми Шнайдер-Електрік» [14] для ненаправлених струмових захистів SEPAM, виконаних на мікропроцесорній базі рекомендується приймати Кпер =1...1,5 . При цьому слід зазначити, що не в одній з представлених вище методик не наводиться обґрунтування вибору зазначених значень для ненаправленого струмового захисту. Так само слід зазначити, що в методиках не вказано значення коефіцієнта для кабельних мереж із компенсованою нейтраллю (виконаної через резистор або дугогасячий реактор). Відсутність обґрунтованого вибору значення коефіцієнта Кпер при розрахунку уставок є одним з основних факторів неселективної роботи захисту при зовнішніх однофазних коротких замикань. Середнє значення Кпер у відповідності з даними для електромеханічних реле дорівнює 2, а для електростатичних реле дорівнює 3. Відповідно з представленими вище даними і підставивши в формулу (1.2) отримуємо, що якщо власний ємнісний струм захищуваного приєднання 27 не перевищує 20% від ємнісного струму мережі, тому можливе використання мікропроцесорного ненаправленого струмового захисту. Описані вище умови виконуються в мережах з ізольованою нейтраллю на головних знижувальних підстанціях у 70 % випадків, на теплоелектроцентралях – 90%, на промислових трансформаторних підстанціях у 100 %. Виходячи з наведених вище недоліків і виразів (1.2) і (1.3) слід зазначити, що при співвідношенні власного ємнісного струму приєднання до власного ємкісного струму мережі не повинно перевищувати 20 %. Якщо ця умова не виконується, то необхідно застосовувати струмовий направлений захист нульової послідовності. Також істотний вплив на проблему організації селективної і чутливої роботи ненаправленого струмового захисту нульової послідовності надає застосування компенсованої нейтралі, а саме заземлення через реактор. Оскільки в результаті компенсації струм однофазного замикання стає дуже малий, тому організувати селективну роботу захисту дуже складно. Неселективна робота так само виникає в результаті наявності безлічі приєднань, оскільки можливе протікання струмів нульової послідовності в непошкоджених приєднаннях. Як описано в іноземних джерелах: «Для зменшення перенапруг при експлуатації системи і для зниження струму ОКЗ застосовуються заземлення через високоомний резистор або резонансне заземлення нейтралі» [15]. Але вирішити цю проблему можна застосуванням резистивного заземлення нейтралі та заземленням через реактор з шунтуючим резистором (рис. 1.5). У мережі з резистивним заземленням нейтралі даний захист набув широкого застосування оскільки вирішуються недоліки заземлення через реактор з ізольованою нейтраллю. Направлений струмовий захист нульової послідовності – цей захист застосовується при складній конфігурації мережі при наявності 2 і більше 28 приєднаних електроприймачів. Для обраного методу необхідна множина багатьох параметрів мережі для виявлення замикання на землю. В результаті реле напрямку потужності – це класичне рішення даного виду захисту [16, 17]. Головна відмінність від ненаправленого струмового захисту дане рішення полягає в наявності підключеного датчика (реле) напрямку струму нульової послідовності. Перші прилади і сучасні прилади захисту випускаються промисловістю на напівпровідникових елементах ЗЗП- 1 і ЗЗН. Принцип роботи та алгоритми дії покладено в основу комплектних мікроелектронних та мікропроцесорних пристроїв релейного захисту. Наприклад, у складі комплекту мікроелектронного пристрою типу ЯРЭ 2201 передбачено блок МО110, принцип роботи якого і сфера застосування аналогічна реле ЗЗП-1. Направлені струмові захисти нульової послідовності, а саме алгоритми дії входять до складу великих блоків релейного захисту і автоматики. Розглянемо захист ЗЗП-1 і принцип дії виконаної на напівпровідникових елементах. На рисунку 1.6 представлена схема захисту ЗЗП-1. Захист складається з вимірювального трансформатора струму нульової послідовності TLA, підсилювача змінного струму на транзисторах VT-1, VT-2 і схеми порівняння фаз на транзисторах VT-3, VT-4 двох фізичних величин пропорційних струму нульової послідовності і напрузі нульової послідовності надходять від фільтра струму нульової послідовності, фільтра напруги нульової послідовності і реєструючого елемента ЕА. Розглянемо принцип роботи. Конденсатор С6 зрушує напругу по фазі на кут π/2 щодо струму нульової послідовності – це дозволяє змінювати струм спрацьовування захисту. Двохкаскадний підсилювач змінного струму виконаний на транзисторах VT1 і VT2. Він виділяє і підсилює складову промислової частоти вихідної напруги узгоджувального пристрою. Для цих цілей на виході підсилювача вімкнений резонансний контур C2-TL з частотою f0 = 50 Гц. Схема порівняння на транзисторах VT-3 і VT-4, необхідна для порівняння фаз двох синусоїдальних величин. Напруга Uб вторинної обмотки трансформатора TL прямопропорційна струму 3I0 29 нульової послідовності зміщеного по фазі щодо нього на кут π / 2, а напруга Uк автотрансформатора TLV, пропорційна напрузі нульової послідовності 3U0. Ця схема порівнює час збігу tс їх миттєвих значень за знаком з встановленим часом tу та реєструється елементом ЕА у момент спрацювання при tс ≥ tу. Єдиний недолік даної схеми посилена робота транзисторів, що негативно позначається при перехідних процесах під час короткого замикання. Рис. 1.6. Принципова схема захисту ЗЗП-1 Досвід експлуатації направлених струмових захистів, виконаних на базі ЗЗП-1, показав, що забезпечення необхідної селективності не надається можливим [18]. Виходячи з отриманих даних 200 експлуатованих пристроїв струмових направлених захистів нульової послідовності, виконаних на базі ЗЗП-1 (ЗЗП-1М), помилкові спрацьовування виникали в 50% випадків з усіх спрацьовувань. Часті спрацювання спостерігалися частіше при нестійких коротких замиканнях (замикання через переміжну дугу) ніж при стійких коротких замиканнях. Захист на базі реле ЗЗП-1 (ЗЗП-1М) і блок МО110 в складі комплексного блоку ЯРЭ-2201 реагують на напрям повної (ємнісної) 30 ϕ м.ч. = 90 , що оптимально для мережі з ізольованою нейтраллю. У мережах із заземленням через резистор або через реактор з шунтуючим резистором співвідношення між зрушенням фаз та напругою нульової послідовності і струмом нульової послідовності істотно відрізняється і рівний 900. Виходячи з цих даних можна зробити висновок, що застосування реле типу ЗЗП-1 і блоку МО110 не може забезпечити необхідної чутливості при внутрішніх ОКЗ. З 1998 р. на Луцькому електроапаратному заводі ПрАТ «ЕНКО» випускається реле ЗЗН, що альтернативне реле ЗЗП-1 [19]. Реле було розроблено для мереж із резистивним заземленням нейтралі, також в мережах із частковою компенсацією ємнісного струму, так само можливе застосування в мережах із ізольованою нейтраллю. Для підвищення чутливості та ефективності при зовнішніх однофазних коротких замиканнях через переміжну дугу, в пристрої в вхідних ланцюгах струму і напруги нульової послідовності застосовується смугові фільтри для виділення складової промислової частоти 50 Гц. Такий підхід знайшов застосування і в пристроях, виготовлених на мікропроцесорній базі, але достовірних даних про підвищення ефективності і чутливості струмового направленого захисту нульової послідовності підприємства-розробники не наводять. Захист у напрямку струму нульової послідовності так само реалізовані на мікропроцесорних пристроях релейного захисту типу SPAC, MICOM тощо. Для реалізації даного виду захистів існує алгоритм, який описує дії захисту. Сигнал з трансформаторів струму нульової послідовності надходить в аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) де відбувається його перетворення для обробки його процесором і виконання заданого алгоритму захисту. Струмовий направлений захист застосовується при ізольованій нейтралі, яка заземлена через реактор з шунтуючим резистором або 31 заземлена через резистор. При заземленні через дугогасячий реактор без шунтуючого резистора, як було описано вище, струм нульової послідовності в пошкодженій і не пошкодженої лінії може збігатися за напрямком, і захист буде спрацьовувати не селективно реле ЗЗП-1. Пристрій ЗЗН частково вирішує проблему, але при цьому технічні рішення, реалізовані в цьому пристрої і в пристроях, виконаних на мікропроцесорній базі не дає 100 % селективності і чутливості оскільки помилкові спрацювання і неспрацювання трапляються за даними УНВО «Енергопрогрес» в 20 % випадків від усіх спрацьовувань даних захистів. Виходячи з цього можна зробити висновок, що даний захист не є універсальним захистом від ОКЗ в мережах 6…10 кВ, тому необхідно розглядати технічне рішення застосування даного захисту в складі комплексного захисту від ОКЗ, або підвищення ефективності та чутливості, розробляючи нові технічні рішення. Струмові захисти, засновані на аналізі вищих гармонік (ВГ) застосовуються для виявлення струму нульової послідовності при виникненні однофазного короткого замикання. Складність застосування даних захистів обумовлена ВГ, які генеруються споживачами систем електропостачання. Даний захист застосовується на сигнал (захист типу УСЗ- 2/2) і на відключення. Система захисту будується на мікропроцесорних пристроях: SPAC, RECOM, ТОР. Розглянемо пристрій захисту, що працює на сигналізацію УСЗ-2/2 [19]. Рис. 1.7. Пристрій захисту УСЗ-2/2 32 Як видно з рисунку 1.7, схема складається із трансформатора струму нульової послідовності Т, згладжуючого LC-фільтра, конденсатора С5 призначеного для відбудови сигналу від частоти більше 2 кГц, резисторів R1- R5 необхідних для виставлення уставок пристрою, резисторів R7, R6 необхідних для регулювання чутливості пристрою. У зазначених вище пристроях, як правило, використовується діапазон частот від 150 до 650 Гц. З вірогідністю можна сказати, що розподіл вищих гармонік у діапазоні від 150 до 650 Гц в струмі нульової послідовності відповідають розподілу ємнісних струмів промислової частоти в мережах з ізольованою нейтраллю. Виходячи з викладеного вище, уставка захисту для неспрацювань при зовнішніх стійких однофазних замиканнях і максимальному вмісту ВГ в струмі нульової послідовності захищаємого приєднання повинна вибиратися виходячи з формули: I0С .з.і. ≥ Квід ⋅αмакс ⋅ IС .і., (1.5) де Квід – коефіцієнт відналаштування; IС .і. – власний ємнісний струм i-го приєднання; αмакс – максимально можливий рівень ВГ. При коротких замиканнях через переміжну дугу загальний рівень ВГ в струмі нульової послідовності захищаємого електроприймача різко зростає, для забезпечення необхідної селективності при зовнішніх замиканнях забезпечується блокуванням дії при переривчастому характері впливу вхідного струму. Наприклад, пристрій УСЗ-2/2 так само може працювати на відключення для виконання необхідної селективності відбудови від ОКЗ через переміжну дугу і пробивання ізоляції може бути відкладена до часу спрацьовування приблизно 20-30 мс і швидким самоповерненням вимірювальної частини пристрою [9]. Коефіцієнт чутливості захисту при стійких коротких замиканнях i приєднаннях розраховується за виразом 33 αмін ⋅ ( Iс∑ − IС .і. ) Кч.і = ≥ К , (1.6) I ч.мін 0С .з.і. де Iс∑ – сумарний ємнісний струм мережі; αмін – мінімальний рівень вищих гармонік у струмах; Кч.мін – мінімальний допустимий коефіцієнт чутливості захисту. З формул (1.5) та (1.6) виведемо умову можливості застосування захисту на основі ВГ I I = С .і. 1 1 С .і* ≤ = , (1.7) I α С∑ 1+ макс α ⋅Квід ⋅К 1+ Z ⋅Квід ⋅Кч.мін ч.мін мін де Z – параметр, що характеризує ступінь нестабільності загального рівня ВГ в контрольованій мережі. Мінімальний струм спрацьовування захисту на основі рівня ВГ визначається з умов αмін ⋅ IС∑ (1− IС .і*.макс. ) I0С .з.мін. ≤ , (1.8) Кч.мін де IС .і*.макс. – максимальний ємнісний струм захищається приєднання. Виходячи з формул (1.7) та (1.8) можна зробити висновок, що на умову можливості використання захисту впливають такі чинники як: вплив величини IС .і*.макс. , мінімальний вміст ВГ αмін і ступінь нестабільності вмісту ВГ в струмі ОКЗ Z. Дослідження вмісту мінімального рівня ВГ в струмах ОКЗ компенсованих кабельних мереж наводяться в роботах [20, 21]. У дослідженні [20] «Селективність сигналізації замикань на землю з 34 використанням ВГ» наводиться оцінка нестабільності вмісту ВГ в струмі ОКЗ компенсованих кабельних мереж. Дослідження показали, що даний параметр дорівнює Z = 2,5…3, автор також рекомендує приймати цей параметр з запасом для збереження необхідної селективності пристроїв Z = 4. Виходячи з наведених вище даних приймаємо Квід =1,5, Кч.мін =1,5, Z = 4. Розрахуємо умови застосування захисту на основі ВГ I 1 С .і = = 0,1. (1.9) 1+ 4 ⋅1,5 ⋅1,5 Дана умова виконується в відсотковому співвідношення від загального числа приєднань на підстанціях компенсованих мереж близько 77%, розподільчі пункти – 90%, трансформаторних підстанціях –100%. Такі високі показники не збігаються з практичними показниками селективності захистів на основі вимірювань ВГ, встановлених в ГПП, РП, ТП кабельних мереж 6-10 кВ. Наприклад за даними УНВО «Енергопрогрес» показники захисту УСЗ-2/2 селективності оцінюється у 2,2 із 5, а чутливість 3,1 з 5. Такі низькі показники селективності виникають в результаті не точної оцінки показників нестабільності ВГ в струмі ОКЗ захищаємих приєднань. На практиці нестабільність ВГ у струмах ОКЗ набагато вища ніж наводиться в рекомендаціях з розрахунку уставок захистів на основі ВГ. Необхідно розглянути питання визначення мінімального рівня ВГ в ОКЗ і ступінь нестабільності ВГ в струмі ОКЗ. Дане питання було розглянуто в початку 60-х років в роботах [18, 20]. В даний час нелінійне навантаження значно зросло, а мінімальний рівень ВГ і ступінь нестабільності ВГ в струмі значно змінився і вимагає додаткових досліджень для уточнень даних параметрів. Захист на основі вищих гармонік може виконуватися виходячи з напрямку струму нульової послідовності, тобто крім визначення вмісту 35 гармонік струму нульової послідовності захист визначає напрямок і тим самим підвищує чутливість та селективність при налаштуванні захисту в цілому. Перші направлені захисти на основі ВГ в струмі ОКЗ були розроблені у вигляді реле потужності, що реагують на одну з гармонік, що виникають в результаті ОКЗ в мережах 6-10 кВ. В результаті нестабільності частотного спектра при ОКЗ та інших факторах, що впливають на вміст ВГ в мережах 6-10 кВ такі пристрої за принципом своєї дії не можуть забезпечити необхідну стійкість функціонування. У [22] автор розробив пристрій для застосування в компенсованих мережах 6-35 кВ заснований на використанні дії пристрою захисту від ОКЗ не однієї гармонійної складової, а суми основних ВГ усталеного струму і напруги нульової послідовності. Принцип дії пристрою заснований на аналізі співвідношень ВГ в струмі і напруги нульової послідовності. Співвідношення визначаються за виразами 3і 3С du = ⋅ 0.ВГ .і 0.ВГ .і 0.і I dt С .і = 3С0.і ⋅αv ⋅v ⋅ω ⋅U1m ⋅cos(ωtαv +ϕv ); (1.10) 3і du0.ВГ .і 0.ВГ . j = −3(С0.і −С0. j ) ⋅ = −3 ⋅ (С ∑ −С0. j ) ⋅αv ⋅v ⋅ω ⋅U1m ⋅cos(ωtαv +ϕv ). (1.11) dt 0 Виходячи з формул можна сказати, що форми струму 3і0.ВГ .i і похідна напруги нульової послідовності du0.ВГ .і в непошкодженому приєднанні dt збігаються, а в пошкодженому не збігаються. Розглянуті співвідношення ВГ струмів і похідна напруги нульової послідовності не залежить від нестабільності вмісту і рівня ВГ, тобто захисту від ОКЗ за даним способом адаптивні до змін спектра ВГ в контрольованій мережі. Виходячи з вище викладеного, можна зробити висновок про можливість застосування направлених захистів на основі ВГ. Єдина умова використання – це забезпечення необхідної чутливості, а саме вмісту мінімального рівня ВГ в струмі ОКЗ. 36 Захист від однофазних коротких замикань на основі аналізу вищих гармонік може застосовуватися для усіх видів заземлень нейтралі мереж 6-10 кВ. Пристрій УСЗ-2/2 може виявити тільки стійке коротке замикання, що є його основним недоліком і даний пристрій рекомендується розміщувати поза приміщенням з робочим персоналом, але в даний час на пристроях захисту виконаних на мікропроцесорній базі реалізується захист направленого струмового захисту із аналізом форми струму та похідною напруги на утримання вищих гармонік струму нульової послідовності. До таких захистів можна віднести «SPAC», «ТОР», «Спектр» [19]. Таким чином, на основі аналізу параметри, які використовуються для налаштування пристроїв захисту від ОКЗ можна розділити на три групи: 1) пристрої, засновані на використанні складових струмів і напруги нульової послідовності усталеного режиму ОКЗ; 2) пристрої, засновані на використанні струмів і напруг нульової послідовності, що виникають при перехідних режимах ОКЗ; 3) комбіновані пристрої, засновані на використанні складових струму і напруги нульової послідовності як в перехідному так і в сталому режиму ОКЗ. Слід додати, що в Україні компенсація ємнісних струмів здійснюється дугогасячими реакторами. Безліч дугогасячих реакторів, що знаходяться в експлуатації мають застарілу конструкцію з ручним регулювання та підмагнічуванням без шунтуючого резистора. В результаті виникає проблема організації селективної роботи захистів і забезпечення необхідної чутливості при виникненні ОКЗ у компенсованих мережах 6-10 кВ. У таких мережах не може використовуватися простий струмовий захист і направлений струмовий захист. Простий струмовий захист не може використовуватися, тому що дугогасячий реактор компенсує струм однофазного короткого замикання (струм 3I0) в ушкодженому приєднанні практично до нуля. Направлений струмовий захист не може використовуватися, тому що струми 3I0 в пошкодженому і неушкоджених фідерах збігаються за напрямком. У 37 пошкодженому фідері пртікає індуктивний струм за величиною, що дорівнює власному ємнісному струму фідера у напрямку від шин, а в неушкоджених фідерах власні ємнісні струми протікають до шин. Якщо реалізовано заземлення нейтралі через дугогасячий реактор із шунтуючим низьковольтних резистором, можна реалізувати селективну роботу простих і направлених струмових захистів від однофазних коротких замикань. Застосування шунтуючого резистора так само вирішує проблему перенапруг при виникненні ОКЗ через переміжну дугу [8, 9]. Оскільки розглянуті мережі мають ізольовану або компенсовану нейтраль необхідно враховувати, що перехідний процес виникає при коротких замиканнях. При трифазному або міжфазному короткому замиканні релейний захист спрацьовує на відключення пошкодженого об'єкта. При однофазному короткому замиканні у місці пошкодження проходить струм, обумовлений не тільки ємністю пошкодженої фази щодо землі, але і ємностями пошкоджених фаз щодо землі. При нестійкому контакті в місці замикання виникає дугове однофазне замикання на землю при якому дуга може бути нестійкою, загорятися і запалюватися знову (переміжне дугове замикання). В результаті виникає безліч перехідних процесів, які з’являються один за одним перерозподіляючи заряди між ємностями фаз, що в свою чергу призводить до підвищення напруги на непошкоджених фазах з фазної на лінійну. Підвищення напруги призведе до старіння ізоляції або руйнування в кабелях з паперових ізоляцій в результаті виникнення часткових розрядів або до розвитку триінгів в кабелях із зшитого поліетилену. При ізольованій нейтралі ємність нульової послідовності може розряджатися тільки через трансформатори напруги із заземленою нейтраллю. Все це сприяє виникненню ферорезонансних процесів, які залежать від початкових умов, що впливають на перенапруги і частоту сигналів струму і напруги [11]. Перемежовуючі дугові замикання – це одна з основних причин пошкодження трансформаторів напруги. Наприклад, в трансформаторі НТМИ-10 повторне виникнення дуги раніше загасаючого 38 перехідного процесу, спричиняючи стрибок струму у 6…8 А. Якщо дуга загоряється раз в період і частіше, то ТН може пошкодиться менше ніж за 5 хвилин. Слід зазначити, що найбільш небезпечний для ТН режим виникає якщо запалювання дуги відбувається за одну півхвилю напруги однакової полярності (однополярна дуга). Крім всіх перерахованих негативних наслідків, однофазне КЗ через перемежовуючу дугу викликає появу вищих гармонік, які впливають на роботу споживачів електричної енергії. Виходячи з вище викладеного, можна зробити висновок, що робота з однофазним коротким замиканням не завжди доречна, оскільки вона може призводити до пошкодження обладнання та його руйнування. Однією з основних вимог – це надійність, тому захист повинен працювати на відключення однофазного короткого замикання. 1.4 Висновки до розділу 1 У розділі 1 розглянуто основні методи та засоби руйнівного і неруйнівного контролю ізоляції кабельних ліній. Аналіз показав, що всі методи (за винятком вимірювання опору) вимагають складного інструментального обстеження, спеціального навченого персоналу. Всі методи потребують виведення кабельної лінії з роботи для проведення відповідних заходів, що призводить до відключення електроспоживачів від живлення, тому попередження пошкоджень не є актуальним питанням, оскільки питання виникнення триінгів недостатньо вивчене. Встановлено, що стале коротке замикання не є небезпечним у деяких випадках, якщо робота з ним не обмежена технікою безпеки. Коротке замикання через переміжну дугу можна розділити на самоусуваюче і постійне. Самоусуваюче замикання може свідчити про початок руйнування ізоляції або неправильному монтажі муфт. Постійне (стійке) дугове 39 замикання несе крім небезпеки ураження електричним струмом обслуговуючого персоналу, термічну руйнівну дію в місці виникнення і в результаті горіння дуги веде до перенапруг на непошкоджених фазах. Тобто проблема розпізнавання захистом типу замикання залишається актуальною. Захист від ОКЗ (крім захистів на основі ВГ) залежить від відношення ємності захищаємого приєднання до ємності мережі, що призводить до обмеження використання захистів. Вид заземлення впливає на відлаштування захистів. У компенсованих мережах (дугогасячий реактор) як було розглянуто у даному розділі неможливо застосувати простий захист від ОКЗ (виняток захист на основі ВГ), оскільки не дотримується умова необхідної селективності і чутливості. Отже, зміна виду нейтралі або доробка дугогасячих реакторів є актуальним завданням. Захист на основі ВГ обмежуються двома параметрами: 1) мінімальний рівень ВГ в струмі ОКЗ; 2) ступінь нестабільності ВГ в струмі ОКЗ. Виходячи із досліджень, проведених у даному розділі, пропонується застосувати багатофункціональний захист, а саме застосування як мінімум двох видів захистів для забезпечення необхідної селективності і чутливості. Також необхідно розглядати вплив заземлення нейтралі на виникнення виду ОКЗ і можливість зменшення руйнівних впливів ОКЗ шляхом зміни заземлення нейтралі. 40 РОЗДІЛ 2 АНАЛІЗ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ НА РОБОТУ ПРИСТРОЇВ РЕЛЕЙНОГО ЗАХИСТУ КАБЕЛЬНИХ МЕРЕЖ 6-10 КВ ПРИ ОДНОФАЗНОМУ КОРОТКОМУ ЗАМИКАННІ 2.1 Порівняльний аналіз мінімального рівня вищих гармонік в імітаційних моделях У роботах [20-22] для оцінки мінімального рівня ВГ використовуються схеми заміщення, представлені на рисунку 2.1. Рис. 2.1. Розрахункові схеми заміщення в мережах 6-10 кВ для оцінки мінімального рівня ВГ У схемі заміщення (рис. 2.1, а) С = 3С0Σ – сумарна ємність трьох фаз мережі на землю, е – еквівалентна ЕРС джерела живлення; L – сумарна індуктивність силових трансформаторів (джерела живлення); Lμ – сумарна індуктивність гілок намагнічування підключених трансформаторів навантаження всіх приєднань, Rн – сумарний опір навантаження трансформаторів. Як видно зі схеми заміщення (рис. 2.1, а) не враховується ряд факторів, що впливають на рівень ВГ в струмі ОКЗ: опір ліній, що пов'язують РП з силовим трансформатором; опір обмоток трансформаторів навантаження; міжфазні ємності мережі; опір системи тощо. 41 Для розрахунку i-ї гармоніки використовується схема заміщення (рис. 2.1, б). Слід зазначити, що схема заміщення (рис. 2.1, б) також не враховує множини факторів, які наведено вище. У першому розділі було встановлено, що залишилися до цих пір не вирішені питання дослідження за вмістом вищих гармонік в струмі ОКЗ, які проводилися ще в 60-х роках 20 століття. Попередній фактор, а також відсутність рекомендацій щодо вибору заземлення нейтралі приводить до некоректної роботи релейного захисту в мережах 6-10 кВ. Виходячи з вищесказаного необхідно досліджувати процеси, що проходять при виникненні ОКЗ з використанням сучасних систем комп’ютерного моделювання (MATLAB програмний пакет SIMULINK). Програмне середовище моделювання MATLAB з пакетом SIMULINK дає можливість багатофакторного моделювання та дає можливість зробити висновок щодо коректної оцінки факторів, які впливають на роботу релейного захисту. У програмному пакеті SIMULINK закладені типові елементи схем заміщення, а також складні елементи мережі з урахуванням сучасних методів апроксимації [23]. Наприклад є прості і складні схеми заміщення трансформаторів, ліній передачі електроенергії, електричних машин тощо. Для імітаційного моделювання мною була обрана типова схема для оцінки рівня ВГ в струмі ОКЗ (рис. 2.2). Рис 2.2. Узагальнена схема компенсованої кабельної мережі ЦП, РП 6…10 кВ промислового підприємства (міської мережі) 42 Головна відмінність від схем заміщення в роботах [20-22] (рис. 2.2) – це множина факторів, що враховуються в роботі: опір системи; трансформатори різної потужності 6/0,4 кВ з різними номінальними параметрами; опір кабельних ліній (переріз та довжина); сумарна індуктивність всіх гілок трансформаторів навантаження; нелінійне навантаження трансформаторів; несиметрія струмів намагнічування по фазах тощо. Представлена вище схема була реалізована в програмному пакеті SIMULINK з урахуванням параметрів існуючих мереж (рисунок 2.3). Рис. 2.3. SIMULINK-модель для оцінки мінімального рівня ВГ в кабельній мережі 6…10 кВ На основі отриманих даних існуючих кабельних систем з різними I значеннями сумарного ємнісного струму IC∑ міських мереж, промислового електропостачання підприємств важкої та легкої металургії, целюлозно- паперової, нафтопереробної та інших галузей промисловості визначені співвідношення потужності живлячих трансформаторів і трансформаторів навантаження, частини трансформаторів навантаження різної потужності 6…10/0,4 кВ, середні значення і діапазони зміни опору джерела живлення, 43 довжини і еквівалентного перерізу кабельних ліній, що з'єднують ЦП з трансформаторними підстанціями. Значення отриманих основних параметрів для розрахункової схеми кабельної мережі 6-10 кВ на основі статистичної обробки даних отриманих в результаті імітаційного моделювання з використанням розробленої SIMULINK-моделі (рис 2.3) представлені в таблиці 2.1. Таблиця 2.1 Параметри схеми заміщення для оцінки мінімального рівня ВГ в струмі ОКЗ Частина від загальної потужності (3) S I , А I , Iжив.тр., l , км S = жив.Σ трансформаторів з Sн к CΣ кА МВА кл Sпр.Σ 630 1000 1600 2500 кВА кВА кВА кВА 20...100 5 ... 20 25...100 0,3...2,5 0,7 ... 1,5 25% 65% 6% 4% Достовірність отриманих даних з використанням розробленої імітаційної моделі, було отримано шляхом порівняння із даними реальної існуючої схеми. Отримані дані вказують на те, що похибка в даних мінімального рівня і середнього рівня ВГ в струмі ОКЗ становить декілька відсотків, що можна вважати задовільним для розрахунку параметрів релейного захисту. В результаті проведених досліджень кабельних мереж 6…10 кВ з використанням розробленої SIMULINK-моделі (рис 2.3) в програмному середовищі MATLAB-SIMULINK при зміні параметрів у відповідності з таблицею 2.1, можна зробити висновок, що мінімальний рівень ВГ досягається при фазній напрузі на шинах ЦЖ і зменшується зі збільшенням опору системи в результаті трифазного короткого замикання. Так само слід зазначити, що падіння напруги на шинах ЦЖ при великого навантаження, не як не впливає на мінімальний рівень ВГ в струмі ОКЗ при ОКЗ на шинах і поблизу шин. 44 У таблиці 2.2 і 2.3 представлені результати розрахунку отримані за допомогою імітаційної моделі, а саме вмісту ВГ (5 і 7 гармоніка) в струмі ОКЗ на шинах ЦЖ з урахуванням описаних вище несприятливих чинників. Таблиця 2.2 Отримані значення вмісту 5, 7, мінімального рівня ВГ в мережі 6 кВ при S = 1,5 Рівень ВГ в струмі ОКЗ ICΣ = 25 А ICΣ = 50 А ICΣ =100 А ICΣ = 250 А S жив.Σ = Sжив.Σ = S жив.Σ = S жив.Σ = 2025 МВА 31,540 МВА 5063 МВА 80100 МВА Iмін.5 , А 0,33-0,38 0,88-0,98 2,43-2,67 6,46-7,11 Iмін.7 , А 0,17-0,19 0,4-0,43 1,04-1,15 2,56-2,82 Iмін.ВГ , А 0,37-0,42 0,97-1,07 2,64-2,91 6,95-7,65 α = Iмін.ВГ мін I , % 1,48-1,68 1,37-1,51 2,64-2,91 2,78-3,06 CΣ Таблиця 2.3 Отримані значення вмісту 5, 7, мінімального рівня ВГ в мережі 6 кВ при S = 0,7 Рівень ВГ в струмі ОКЗ ICΣ = 25 А ICΣ = 50 А ICΣ =100 А ICΣ = 250 А S жив.Σ = S жив.Σ = S жив.Σ = S жив.Σ = 2025 МВА 31,540 МВА 5063 МВА 80100 МВА Iмін.5 , А 0,2-0,23 0,56-0,65 1,55-1,78 4,73-5,44 Iмін.7 , А 0,11-0,13 0,32-0,35 0,78-0,9 1,85-2,13 Iмін.ВГ , А 0,23-0,26 0,7-0,74 1,73-1,99 5,02-5,84 α Iмін.ВГ мін = I , % 0,92-1,04 1,4-1,48 1,73-1,99 2,01-2,34 CΣ З даних представлених у таблицях 2.2 и 2.3 мінімальній рівень ВГ в струмі ОКЗ у кабельних мережах 6-10 кВ має значення Iмін.ВГ = (0,922,8)%. 45 приблизно 1,9%. Для оцінки отриманих даних необхідно графічне порівняння даних. Виходячи з вище викладеного для проведення порівняльного аналізу отриманих даних до роботах [20, 22] і [21] та даних отриманих за допомогою комп’ютерного моделювання з використанням імітаційної моделі в програмі MICROSOFT EXCEL було побудовано залежності мінімального рівня ВГ від повної ємності мережі ICΣ (рис. 2.4 та 2.5) Рис. 2.4. Залежності Iмін.ВГ = f (ICΣ ) 1 - за результатами розрахунків на імітаційній моделі кабельних мереж 6-10 кВ; 2 - за даними, наведеними в роботі [22] Рис. 2.5. Залежності Iмін.ВГ = f (ICΣ ) 1 - за результатами розрахунків на імітаційній моделі кабельних мереж 6-10 кВ; 2 - за даними, наведеними в роботі [21] Виходячи з отриманих даних (рис 2.4, 2.5), видно, що отримані результати з використанням розробленої імітаційної моделі практично 46 Iмін.ВГ = 0,01⋅ ICΣ. Для захистів на основі ВГ коефіцієнт чутливості слід приймати 1,5…2,0 з врахуванням ICΣ.мін = 20 А отримаємо I Iмін.ВГ 0,01⋅ ICΣ.мін 0,01⋅20 с.з.мін. = = = = 0,1 А. (2.1) Кч.мін. Кч.мін. 2 У реальних мережах значення вмісту мінімального рівня ВГ від загального ємнісного струму мережі більше за це значення. За даними роботи «Струмовий захист ЗГНП-4.2 від замикань на землю в обмотці статора генератора, що працює на збірні шини» [18] мінімальний рівень ВГ в струмі ОКЗ становить близько 4%. Даний параметр в цій роботі є вищим оскільки для кожної схеми необхідно враховувати електроприймачі (джерела ВГ) трансформатори, генератори, електродвигуни тощо. 2.2 Аналіз максимального рівня вищих гармонік в струмі однофазного короткого замикання в мережах 6-10 кВ Використовуючи коефіцієнти несинуїдальності напруги КUН .макс = 0,8 із ДСТУ ЕN 50160:2014 і гранично допустимі коефіцієнти гармонійних складових КU .доп (5, 7, 11, 13 гармонік) визначаються за виразом v КU .доп =1,5 ⋅КU .норм . (2.2) v v Найбільший рівень ВГ в струмі ОКЗ 5,7,11,13 гармонік буде у тому випадку, якщо коефіцієнт несинуїдальності напруги буде визначатися тільки 47 КUН .макс ≤ 0,08 необхідно прийняти КU .доп ≈ 5 % , який менше значення вказаного в ДСТУ 5 ЕN 50160:2014 (таблиця 2.4). Таблиця 2.4 Значення нормально і гранично допустимого коефіцієнтів несинусоїдальності напруги Номер гармоніки i 5 7 11 13 К ,% Uv .доп 4 3 2 2 К ,% U v .норм 6 4,5 3 3 Виходячи з усього вищесказаного максимальний рівень ВГ в струмі ОКЗ буде дорівнювати αмакс = КІ % =100 (5 ⋅К 2 U .доп ) + (7 ⋅К 2 U .доп ) + (11⋅К 2 U .доп ) + (13 ⋅К 2 U .доп ) ≈ 65 %. (2.3) нс 5 7 11 13 На основі практичних вимірювань в кабельних мережах 6-10 кВ максимальний рівень ВГ може досягати 35% і більше відсотків. Виходячи з вищевикладеного можна відзначити, що отримані розрахунковим шляхом значення максимального рівня ВГ в струмі ОКЗ є допустимими. 2.3 Аналіз факторів, що впливають на нестабільність рівня вищих гармонік 2.3.1 Оцінка загальних факторів, що впливають на нестабільність вищих гармонік 48 Оцінка загальних факторів, що впливають на нестабільність ВГ. Ступінь нестабільності рівня ВГ в струмі ОЗ можна оцінити, використовуючи параметр Z наведений в [20] I Z v∑макс αмакс ⋅ ІСΣ α = = = макс . (2.4) Iv∑мін αмін ⋅ ІСΣ αмін де αмакс – максимальний рівень ВГ в струмі ОКЗ по відношенню до ємнісного струму мережі; αмін – мінімальний рівень ВГ в струмі ОКЗ по відношенню до ємнісного струму мережі. Фактори, що впливають на нестабільність рівня ВГ в струмі ОЗ кабельних мережах 6…10 кВ: 1) нелінійне навантаження (графіки навантажень); 2) коливання напруги мережі; 3) склад (характер) електроспоживачів. Ці три фактори мають найбільший вплив на нестабільність рівня ВГ. У таблиці 2.5 представлені основні електроприймачі (джерела ВГ) по галузям промисловості: СД – синхронні двигуни, АДВ – асинхронні електродвигуни високовольтні; АДН – асинхронні електродвигуни низьковольтні; ЕО – електричне освітлення; ЕТУ – електротермічні установки; ЕЗУ – електрозварювальні установки; ВП – нелінійні (вентильні) перетворювачі змінного струму в постійний. Таблиця 2.5 Склад навантаження по галузях промисловості Галузь Склад електроприймачів у відсотковому співвідношенні від промисловості загального навантаження,% СД АДН АДВ ЕО ЕТУ ЕЗУ ВП 49 Кольорова 10 27,5 5 1,5 10 - 46 металургія Хімічна 35 ± 7 29 ± 8 15 ± 6 2,4 3 1 12 промисловість Вуглевидобувна 4 67 7 15 - - 7 промисловість Чорна металургія 25 29,5 8 2,5 22 3 10 Автомобіле- 9 48 10 5 19 3 6 будування Машинобудування 8 52 5 5 13 14 3 Залізничний - 5 - 5 - - 90 транспорт На нестабільність рівня ВГ так само впливають добові графіки навантаження. На рисунку 2.6 представлені добові графіки навантаження для розглянутих галузей промисловості. Різкі зміни рівня ВГ слід спостерігати на підприємствах, що працюють по 5 денним графіком роботи з вихідними днями суботою, неділею (чорна металургія, автомобілебудування). Стабільний рівень ВГ можна спостерігати на виробництвах з безперервним технологічним процесом, коли потрібно цілодобова робота електроустановки (кольорова металургія, хімічна промисловість). При оцінці нестабільності рівня ВГ в струмі навантаження, споживаними ВП і ЕЗУ, ступінь включення в навантаження даних електроприймачів приймалася від 3 до 6 разів. Виходячи з технологічного процесу сталеплавильних печей враховувалося, що існує розвантаження і завантаження металу, коли піч не є джерелом ВГ. Даний фактор враховувався при оцінці нестабільності рівня ВГ. 50 Рис. 2.6. Добові графіки по галузям промисловості (а – кольорова металургія; б – хімічна промисловість; в – чорна металургія; г – автомобілебудування) Найбільшу нестабільність рівня ВГ в струмі ОЗ слід очікувати, на електротягових підстанціях залізничного транспорту, в результаті різко змінного нелінійного навантаження. Нестабільність рівня ВГ характерна для всіх кабельних живлячих мереж із різкозмінним та нелінійним навантаженням. До такого навантаження можна віднести випрямлячі, сталеплавильні печі тощо. В таких мережах застосування захисту на основі ВГ може викликати неселективну роботу [21]. 51 2.3.2 Розрахунок коливань загального рівня вищих гармонік в струмі однофазного короткого замикання кабельних мереж 6-10 кВ Типова схема, використана в моделі для розрахунку нестабільності рівня ВГ в струмі ОКЗ для різних галузей промисловості представлена на рис. 2.6. Рис. 2.6. Схема електропостачання кабельної мережі 6-10 кВ для розрахунку нестабільності рівня ВГ в струмі ОКЗ Як видно з рис. 2.6 для моделювання пунктів живлення промислових підприємств було обрано навантаження ВП, ЕЗУ, ЕТУ та додано лінійне навантаження (ЛН). Дані навантаження обрані виходячи із добових графіків навантаження і особливістю технологічного процесу виробництв. Для розрахунку максимального рівня ВГ в струмі ОКЗ були прийняті наступні припущення: 1) підприємство з урахуванням технологічного процесу і добового графіка навантаження працює в максимальному режимі; 2) основні джерела ВГ (ВП, ЕЗУ, ЕТУ) включені в навантаження і дають максимальний рівень ВГ; 3) напруга на шинах підстанції дорівнює 1,05∙Uном. Для розрахунку мінімального рівня ВГ в струмі ОКЗ були прийняті наступні припущення: 52 1) підприємство з урахуванням технологічного процесу і добового графіка навантаження працює в режимі мінімального навантаження; 2) джерела ВГ використовуються менше в міру зменшення загального навантаження; 3) ЕТУ повністю вимикається при навантаженні менше 0,5∙S; 4) мінімальний рівень ВГ що генерується від джерел ВП і ЕСУ в 5-6 разів менше; 5) напруга на шинах підстанції одно Uном. Параметри, які використовуються для розрахунків: Uном = 6 кВ; ІСΣ = 25 А; Sжив.тр = 31,5 МВА (63/2); Кзав = 0,7. У таблиці 2.6 наведені отримані дані розрахунку нестабільності рівня ВГ для гармонік в діапазоні до 650 Гц, що використовуються в захистах на урахуванням ВГ [13]. Таблиця 2.6 Розрахункові дані нестабільності значення i-ї гармоніки в струмі ОКЗ Вид Zv промисловості v=5 v=7 v=11 v=13 Z∑ Кольорова 3,36 2,77 1,25 0,85 2,01 металургія Хімічна 3,38 3,05 1,91 1,24 2,44 промисловість Чорна металургія 9,22 7,57 3,98 2,98 4,99 Автомобільна 11,1 8,61 4,9 2,59 5,87 промисловість Виходячи з таблиць 2.5 і 2.6 можна сказати, що висока нестабільність рівня ВГ в струмі ОКЗ спостерігається на підприємствах зі змінним режимом роботи. Слід зазначити, що отримані нестабільності рівня ВГ в струмі ОКЗ 53 вище рекомендованих для розрахунків уставок і для оцінки області застосування захистів на основі ВГ. Отримані дані для підприємств з постійним графіком роботи, нестабільності рівня ВГ в кабельних мережах 6-10 кВ, вищі значень відповідно рекомендованим. 2.3.3 Аналітична оцінка нестабільності рівня вищих гармонік в струмі однофазного короткого замикання Виходячи з наведених даних в пункті 2.3.2 встановлено, що на рівень нестабільності ВГ в струмі ОКЗ створює нелінійне навантаження. Для аналітичної оцінки ступеня нестабільності рівня ВГ в струмах ОКЗ кабельних мереж 6-10 кВ приймаємо, що в складі комплексного навантаження РП джерелами ВГ є силові трансформатори 6…10/0,4 кВ трансформаторних підстанцій і найбільше нелінійне навантаження (ВП), яке характерне для підприємств ряду галузей промисловості (таблиця 2.5). Максимальний і мінімальний рівень ВГ i-ї гармоніки в фазних стумах і напругах, що створюються джерелами можна визначити за формулою: K U = vмакс ≈ K (Т ) + K (ВП ) (Т ) (ВП ) Uvмакс U Uvмакс Uvмакс ≈ Кф ⋅ (KUvмакс + KUvмакс ). (2.5) ф.т K U = vмін ≈ K (Т ) + K (ВП ) (Т ) Uvмакс Uvмін Uvмін ≈ Кф ⋅ (KUvмін + K (ВП ) , (2.6) U Uvмін ) ф.т де K (Т ) (ВП ) (Т ) (ВП ) Uvмакс , KUvмакс , KUvмін , KUvмін - максимальний і мінімальний рівень i-ї гармоніки, що генеруються обраними електроприймачами; Кф - коефіцієнт, що враховує неспівпадіння гармонік генерованих різними джерелами по фазі. Виходячи з робіт [20-22] приймаємо Кф ≈ 0,7. 54 Якщо відомі максимальний і мінімальний рівень ВГ, коефіцієнт Z ступінь нестабільності рівня ВГ в струмі ОКЗ дорівнює 13 ∑(v ⋅K 2 α K Uvмакс ) Z = макс = Iн.макс = v=5 13 . (2.7) αмін K Iн.мін ∑(v ⋅KUмін ) v=5 В результаті моделювання було встановлено, що навантаження трансформаторів ТП і опір кабельних ліній, призводить до зменшення максимального та мінімального рівня ВГ в напругах, що не впливає на відношення αмакс αмін і отже дані фактори в аналітичному розрахунку можна не враховувати. Так само в розрахунках було прийнято, що всі трансформатори мають однакові характеристики, а відповідно і однаковий струм неробочого ходу І0 =1,52 %. Відносний рівень i-гармоніки напруги на шинах РП, що створюється струмом намагнічування можна визначити за виразом І ⋅α (Т ) (Т ) K (Т ) = v ⋅ 0 vмакс S ⋅ Σном Uvмакс 100 S (3) , (2.8) к (Т ) (Т ) K (Т ) v І ⋅α S = ⋅ 0 vмін ⋅ Σном Uvмін , (2.9) 100 S (3) к де S (Т ) Σном – сумарна потужність всіх трансформаторів на трансформаторних підстанціях, МВА; S (3) к – потужність трифазного короткого замикання на шинах РП, МВА; α (Т ) vмін – частина i-ї гармоніки в зарядному струмі трансформаторів. 55 Для нелінійного навантаження, в даному випадку (вентильні перетворювачі (ВП)), мінімальний і максимальний рівень генеруємих гармонік на шинах РП можна визначити за виразом: (Т ) (ВП ) (Т ) K (ВП ) Uvмакс = v К ⋅ S ⋅ S ⋅α (ВП ) ⋅ з *макс Σном vмакс (3) , (2.10) Sк (Т ) (ВП ) (Т ) K (ВП ) Uvмін = v ⋅α (ВП ) Кз ⋅ S*мін ⋅ SΣном vмін ⋅ (3) , (2.11) Sк де К (Т ) з – коефіцієнт завантаження трансформаторів; S (ВП ) (ВП ) *макс , S*мін – нелінійне навантаження (ВП) у відсотковому співвідношення від загального навантаження S (Т ) Σном . Для силових трансформаторів значення коефіцієнтів α (ВП ) vмакс , α (ВП ) vмін визначається виходячи з напруги на вводах і завантаженості. При К (Т ) з = 0,7, з урахуванням таблиці 2.5 та 2.6 для 5-ї і 7-ї гармоніки значення α (ВП ) 5макс = 0,137;α (ВП ) (ВП ) (ВП ) 7 макс = 0,051; α5мін = 0,079;α7 мін = 0,01. Для керованих і некерованих ВП значення коефіцієнтів дорівнюють α (ВП ) (ВП ) (ВП ) (ВП ) 5макс = 0,2; α7 макс = 0,14; α11макс = 0,02; α13макс = 0,01. З урахуванням кривих генерованих ВП гармонік наведених в [21], при кутах управління α ≤ 30 у кута комутації γ до 40 приймають значення коефіцієнтів α (ВП ) 5мін ≈ 0,12; α (ВП ) 7 мін = 0,04; α (ВП ) (ВП ) 11мін = 0,02; α13мін = 0,01. Виходячи з даних отриманих за формулами 2.10, 2.11 і 2.7 зробимо розрахунок за виразом 56 13 2 ∑ 2 (K ) v ⋅ І0 ⋅α (Т ) S (Т ) К (Т ) ⋅ S (ВП ) ⋅ S (Т ) (ВП ) α K ф vмакс ⋅ Σном + v ⋅α з *макс Σном 100 S (3) vмакс ⋅ (3) Z = макс = Iн.макс S = v=5 к к = α 13 2 мін K Iн.мін ∑(K )2 v ⋅ І0 ⋅α (Т ) (Т ) (Т ) (ВП ) (Т ) vмін ⋅ SΣном + v ⋅α (ВП ) ⋅ Кз ⋅ S*мін ⋅ SΣном ф (3) vмін (3) v=5 100 Sк Sк (2.12) 13 І ⋅α (Т ) S (Т ) 2 ∑ v ⋅ 0 vмакс ⋅ Σном (3) + v ⋅α (ВП ) ⋅ S (ВП ) v=5 100 S vмакс *макс = к . 13 (Т ) 2 ∑ v ⋅ І0 ⋅αvмін + v ⋅α (ВП ) ⋅ S (ВП ) 100 vмін *мін v=5 Представленим вище способом аналітичним способом можна враховувати всі електроприймачі які є навантаженням, тобто не тільки трансформатори і ВП, а ЕЗУ, ЕТУ тощо. Таким чином, враховуючи характер електроприймачів та особливості технологічного процесу можна підвищити точність аналітичної оцінки нестабільності рівня ВГ в струмі ОКЗ. За виразом (2.12) було проведено розрахунки для розглянутих вище галузей промисловості, у тому числі і для міських мереж з комунально- побутовим навантаженням. Всі результати розрахунків зведені в таблицю 2.7. Таблиця 2.7 Результати аналітичної оцінки нестабільності рівня ВГ в струмі ОКЗ для різних галузей промисловості (ВП ) Галузь І0 , % К , в.о S (ВП ) , в.о. S*мін , в.о. Z , в.о. з *макс 1 2 3 4 5 6 Кольорова металургія 2 0,7 0,46 0,46 2,01 Хімічна промисловість 2 0,7 0,12 0,12 1,95 Чорна металургія 2 0,7 0,1 0,04 4,04 Автомобільна промисловість 2 0,7 0,06 0,015 4,66 57 Продовж. табл. 2.7 1 2 3 4 5 6 Електротягові підстанції 2 0,7 0,9 0,09 17,57 Комунально- побутове 2 0,7 0,1 0 7,51 навантаження Порівнявши результати, отримані на імітаційних моделях таблиці 2.6 і отримані аналітичним шляхом дані 2.7, можна зробити висновок що дані відрізняються не більше ніж на 15-20%, що є прийнятним для наближених розрахунків. У таблиці 2.7 представлені результати аналітичних розрахунків для тягових підстанції і для комунально-побутового навантаження. Для тягових підстанцій з урахуванням технологічного процесу було прийнято припущення, що максимальне і мінімальне навантаження відрізняються в 10 разів. Представлені результати показують високу нестабільність рівня ВГ в струмі ОКЗ тягових підстанцій, обумовлених наявністю безліччю нелінійних джерел і особливостями технологічного процесу. Отже, для всіх галузей промисловості зі значною частиною навантаження у вигляді нелінійних споживачів, що наявне в загальному навантаженні, слід очікувати високу ступінь нестабільності рівня ВГ в струмі ОКЗ. Для комунально-побутового навантаження, було прийнято, що нелінійне навантаження, а саме частина ВП у складі загального навантаження складає 5% від загального навантаження. У максимальному режимі ВП становить 5% від загального навантаження, а в мінімальному відсутня (в нічний час). Слід зазначити, що при відсутності в загальному навантаженні ВП (нічний час), спостерігається досить висока нестабільність рівня ВГ в струмі ОКЗ. 58 2.4 Моделі кабельних мереж для дослідження вищих гармонійних складових у струмах ОКЗ при перехідних процесах У попередньому пункті 2.3 я розглянув коливання рівнів ВГ без врахування перехідних процесів, а саме в сталому режимі. Важливим фактором для захисту є розпізнавання виду ОКЗ і максимальна швидкодія з врахуванням необхідної селективності. Виходячи з вищенаведеного необхідно розглянути перехідний процес виникнення і розвитку ОКЗ. Для дослідження перехідних процесів при ОКЗ використовувалося програмне розширення програми «MATLAB-SIMULINK» [23]. Для розрахунку необхідних параметрів, використовуваних в імітаційній моделі, використовувалися аналітичні методи. 2.4.1 Моделі кабельних міських та промислових мереж електропостачання для дослідження перехідних процесів при ОКЗ Для обліку множини чинників, використовуючи функціональні можливості, при створенні моделі кабельної мережі 6-10 кВ була обрана програма MATLAB [23]. Для створення моделі була обрана типова схема міського та промислового електропостачання. На рисунках 2.7 і 2.8 представлені моделі кабельних мереж ЦП, РП міського і промислового електропостачання. Для повноти моделі і використання всіх факторів можна створити модель РП на основі ГРП ТЕЦ 6-10 кВ, з урахуванням всіх джерел, підключених до шин РП. Однак моделювання в математичному середовищі займає велику кількість часу і вимагає великих обчислювальних процедур, в результаті того, що на кожному кроці інтегрування відбувається обчислення алгебраїчних рівнянь великого порядку [23]. 59 Рис. 2.7. Типова схема моделі кабельної мережі 6-10 кВ промислового електропостачання та її схема заміщення Рис. 2.8. Типова схема моделі кабельної мережі 6-10 кВ міського електропостачання та схема її заміщення 60 У роботах [24] мова йде про те, що без втрат в точності результатів розрядної і зарядної складових перехідних струмів нульової послідовності в місці ОКЗ, в ушкодженому і неушкоджених приєднаннях та перехідної напруги нульової послідовності можна використовувати еквівалентну схему в якій враховані тільки пошкоджене і непошкоджене приєднання, а вся інша частина мережі представлена у вигляді спрощеної еквівалентної схеми заміщення. На рисунках 2.7 і 2.8 місце перетворення позначено пунктиром. Виходячи з вищевикладеного всі розрахунки частотних характеристик і залежностей перехідних процесів при ОКЗ, проводилися з урахуванням перетворення елементів схеми заміщення [23]. 2.4.2 Аналітичний метод визначення параметрів кабельних ліній 6- 10 кВ для дослідження перехідних процесів Для моделювання кабельних ліній в програмі MATALB- SIMULINK існує спеціалізований блок Distributed Parameters Line, в якому враховуються такі параметри як погонна індуктивність, активний опір і опір ємності прямої і нульової послідовності. У блоці Distributed Parameters Line не передбачена можливість побудови залежностей розподілених параметрів (індуктивність, активний опір) від частоти перехідного струму . Однак вивчено, що в перехідних характеристиках струму і напруги можна виділити дві основні частотні складові: зарядну і розрядну, що відповідає двом стадіях перехідного процесу в мережах 6-10 кВ. У дослідженнях [25] показано, що частоти розрядних складових в основному визначаються індуктивністю від шин РП до місця виникнення ОКЗ. Частота розрядної складової в основному залежить від індуктивності джерела живлення. З урахуванням вищесказаного необхідно задати початкові параметри для того, щоб максимально змоделювати розрядний перехідний процес. Для того щоб забезпечити цю вимогу в моделі кабельної лінії, 61 необхідно визначити індуктивність прямої і нульової послідовності через швидкість поширення електромагнітних хвиль у відповідних контурах L 1 1 = v2 , (2.13) 1 ⋅C1 L 1 0 = 2 , (2.14) v0 ⋅C0 де C1 =Cроб =C0 л + 3 ⋅Cмл; C0 =C0 л – ємність для складової прямої і нульової послідовності; v1 , v0 – швидкість поширення хвиль в прямій послідовності (канал «фаза-фаза») і нульової послідовності (канал «фаза-земля»). У дослідженні [16] для кабельних ліній 6-10 кВ вказується, що хвильовий опір для прямої і нульової послідовності приблизно дорівнює v1 ≈ v0 =150160 м/мкс. Складно враховувати залежність частотної складової від активного опору. Тому активний опір необхідно підбирати таким чином, щоб забезпечити час загасання коливального процесу розрядної і зарядної складової перехідного струму максимально наближено до часу загасання в існуючих кабельних мережах 6-10 кВ. У дослідженнях [16, 25] повне затухання зарядних коливань відбувається через 3-5 мс, розрядних через 0,1-1 мс. 62 2.4.3 Аналіз співвідношень миттєвих значень перехідних струмів у пошкоджених та непошкоджених приєднаннях при ОКЗ в кабельних мережах 6-10 кВ, що впливають на селективність і стійкість пристроїв релейного захисту Дослідження проводилися на моделях, які представлені на рисунках 2.7 і 2.8 у попередньому пункті. На моделі під час дослідження змінювалися такі параметри як: місце ОКЗ (на шинах і на самому віддаленому електроприймачі), спосіб заземлення нейтралі і параметри кабельних ліній. У всіх точках ОКЗ фіксувалися такі параметри як розрахункові осцилограми перехідного струму, перехідні струми в непошкоджених ділянках ланцюга і перехідні напруги нульової послідовності. В результаті моделювання за допомогою моделей, були отримані осцилограми за допомогою яких можна зробити висновок, що припущення, які ґрунтуються на дослідженнях зроблених ще в 60-х роках не можуть бути остаточними. У відповідність з дослідженнями було прийнято, що перехідний струм в місці ОКЗ розподіляється між неушкодженими приєднаннями пропорційно до їх ємностям фаз на землю. Відповідно, збіг за формою перехідних струмів нульової послідовності в ушкоджених і неушкоджених приєднаннях в кабельних мережах 6-10 кВ через великі значення амплітуд розрядних складових не завжди відповідає дійсності. Найбільший вплив розрядна складова впливає на перехідній струм нульової послідовності при наближенні до джерела живлення (точка К1) з урахуванням ємнісного струму мережі. Тобто при збільшенні опору (віддалені точки) вплив розрядної складової зменшується. Отримані осцилограми представлені на рисунках 2.9 і 2.10. На рисунку 2.9 представлені осцилограми мереж промислового електропостачання з номінальними параметрами ІСΣ = 5 А, Uном = 6 кВ, І z – струм в місці ОКЗ, Lкл3 = 300 км – довжина КЛ 3, Lкл4 = 30 км – довжина КЛ 4. 63 Рис. 2.9. Розрахункові осцилограми струму в місці пошкодження Iz, напруги нульової послідовності на шинах 3U0, струмів в непошкоджених лініях 3I0kl3 і 3I0kl4 (кабельні лінії К3 і К4) Рис. 2.10. Розрахункові осцилограми струму в місці пошкодження Iz, напруги нульової послідовності на шинах 3U0, струмів в непошкоджених лініях 3I0kl3 і 3I0kl4 (кабельні лінії К3 і К4) 64 На рисунку 2.10 представлені осцилограми мереж промислового електропостачання з номінальними параметрами ІСΣ = 30 А, Uном = 6 кВ, І z – струм в місці ОКЗ, Lкл3 = 500 км – довжина КЛ 3, Lкл4 =100 км – довжина КЛ 4. Як видно з рисунків 2.9 і 2.10 розрядні складові істотно впливають на форму і співвідношення струмів нульової послідовності на пошкоджених та непошкоджених ділянках мережі, навіть при віддаленому ОКЗ. Проаналізувавши отримані осцилограми, можна дійти висновку, що розрядна складова перехідного струму в непошкоджених лініях має багаточастотний характер. Однак в місці ОКЗ і на пошкодженій ділянці спостерігається малочастотна розрядна складова в струмі нульової послідовності. Розглянувши отримані форми перехідного струму 3I0 в пошкодженому і непошкодженому з'єднанні, можна зробити висновок, що побудувати направлений захист на основі повних струмів ОКЗ на всьому інтервалі часу існування перехідного процесу в загальному випадку неможливо. Для побудови направленого захисту нульової послідовності необхідно створити умову, щоб перехідний струм в місці ОКЗ розподілявся між неушкодженими ділянками пропорційно їх ємностей фаз на землю. Слід враховувати, що багаточастотний характер розрядних складових перехідного струму в непошкоджених ділянках, створює труднощі для використання направленого захисту на основі імпульсного принципу дії з фіксацією початкового моменту фазних співвідношень фазних величин в момент ОКЗ. З наведених осцилограм (рис. 2.9 і 2.10) випливає, що при малих довжинах захищаємих кабельних ліній фіксація початкових фазних співвідношень перших напівхвиль перехідного струму в момент ОКЗ, повинно здійснюватися в перші мікросекунди виникнення ОКЗ. Здійснити технічно фіксацію на перших мікросекундах виникнення ОКЗ неможливо, в результаті похибок ТСНП і фіксуючого пристрою. 65 2.4.4 Аналіз частотного спектра в пошкоджених і непошкоджених кабельних лініях напругою 6-10 кВ при виникненні ОКЗ Для створення умов застосовності, відналаштування, направленого захисту необхідно провести амплітудно-частотний аналіз струму нульової послідовності в момент виникнення ОКЗ в пошкоджених і непошкоджених кабельних лініях. Крім описаних вище умов необхідно створити умову для вимірювальної частини захисту струму і напруги, а також для фільтрації робочого діапазону частот. Для спектрограм перехідних струмів нульової послідовності непошкоджених ліній у момент виникнення ОКЗ характерна наявність декількох високочастотних піків, що підтверджують явно виражений багаточастотний характер розрядної складової (рисунок 2.11). Рис. 2.11. Спектрограма перехідних струмів непошкоджених кабельних лініях КЛ3 (а) і Кл4 (б) в момент виникнення ОКЗ в точці К1 промислового електропостачання з номінальними параметрами ІСΣ = 30 А, Uном = 6 кВ На основі аналізу з рисунка 2.11 в перехідному струмі нульової послідовності спостерігається багаточастотний характер розрядної складової і наявність в розрядному струмі пошкодженого приєднання, крім однієї переважної (основної) частотної складової, також і інших високочастотних складових. 66 Рис. 2.12. Спектрограма перехідних струмів пошкоджених кабельних ліній в момент виникнення ОКЗ промислового електропостачання (рис. 2.7) Uном = 6 кВ з номінальними параметрами: а) ІСΣ = 5 А в точці К4; б) ІСΣ = 5 А в точці К5; в) ІСΣ = 30 А в точці К4; г) ІСΣ = 30 А в точці К5 З отриманих даних (рисунок 2.12) можна зробити висновок, що при малих значеннях ємнісного струму мережі ІСΣ в результаті простої конфігурації, перехідний струм в місці ОКЗ, крім зарядної складової з найменшою частотою коливань має виражену одну частотну розрядну складову. При цьому слід зазначити що розрядна частотна складова може досягати десятків кілогерц (рисунок 2.12 (б)). При великих значеннях ємнісного струму мережі, в результаті складної конфігурації, має багаточастотну виражену розрядну складову, крім основної розрядної складової в перехідному струмі ОКЗ, можна бачити і інші розрядні складові мають в кілька разів меншу амплітуду ніж основна (рисунок 2.12 в- г). 67 З усього вище викладеного можна зробити висновок, що при збільшенні ємнісного струму мережі ІСΣ і віддалення від місця живлення (в нашому випадку від шин РП) місце виникнення ОКЗ, частотний спектр розрядної складової зменшується. Але слід враховувати, що, якщо розглянути модель W. Petersen або модель J.F. Peters, J. Slepian, існує безліч факторів, що впливають на частотний спектр ОКЗ. Такі фактори як тривалість горіння і умови гасіння дуги можуть мати випадковий характер і створювати безліч інших факторів випадкового характеру, які важко врахувати при моделюванні. 2.5 Аналіз впливу режиму заземлення нейтралі на виникнення перехідних процесів при ОКЗ В іноземній роботі зазначено: «Глухозаземлена нейтраль на відміну від ізольованої системи заземлення, має великий струм замикання на землю. Характеристики струму замикання на землю залежать від методу заземлення нейтралі» [26]. Однак ця умова характерна для сталого режиму, а в даній роботі розглядається перехідний режим в момент ОКЗ. Аналіз багатьох досліджень і наукових праць, присвячених дослідженню перехідних процесів при ОКЗ, вказує на те, що заземлення через високоомний резистор практично не впливає на фазні співвідношення перехідних струмів і напруг нульової послідовності. Для обґрунтування наведених вище припущень необхідно провести дослідження на моделі кабельних ліній 6-10 кВ (рисунок 2.7). Дослідження впливу заземлення нейтралі на перехідні процеси при ОКЗ є важливим завданням оскільки є фактором, що не має конкретної прив'язки. Аналіз впливу режиму заземлення нейтралі проводився шляхом порівняння отриманих осцилограм перехідного струму в місці ОКЗ. Порівняння проводилися для пошкоджених і непошкоджених приєднаннях, 68 шляхом порівняння перехідних параметрів мережі з ізольованою з аналогічним режимом заземлення нейтралі, що використовується в даній мережі (рис. 2.13 і 2.14). Рис. 2.13. Осцилограми перехідного струму в місці ОКЗ для мережі промислового електропостачання ( ІСΣ = 30 А, Uном = 6 кВ) з ізольованою нейтраллю (суцільна лінія) і з заземленою нейтраллю через резистор (штрих-пунктирна лінія) Рис. 2.14. Осцилограми перехідного струму в місці ОКЗ для мережі промислового електропостачання ( ІСΣ = 5 А, Uном = 6 кВ) з ізольованою нейтраллю (суцільна лінія) і з заземленою нейтраллю через резистор (штрих-пунктирна лінія) 69 Дослідження проводилося шляхом моделювання виникнення ОКЗ мережі промислового електропостачання в точці К1 (рисунок 2.7). Як видно з осцилограм представлених на рисунках 2.13 і 2.14 заземлення через високоомний резистор або комбіноване заземлення через резистор не мають істотного впливу на перехідний струм в місці ОКЗ і в пошкодженій ділянці мережі. Так само слід зазначити, що компенсована нейтраль не створює істотного впливу на перехідні струми і напруги нульової послідовності в непошкоджених ділянках мережі. Істотний вплив існує у випадку режиму заземлення нейтралі на напругу нульової послідовності при гасінні дуги в момент виникнення ОКЗ через переміжну дугу. Даний фактор необхідно враховувати при застосуванні направлених захистів нульової послідовності. 2.6 Залежність зміни робочого діапазону частот від загальної ємності мережі в момент виникнення ОКЗ 2.6.1 Аналіз діапазону зміни частот, основних складових струму перехідного процесу при ОКЗ Для аналітичної оцінки частот розрядної і зарядної складової скористаємося моделлю, представленої в дослідженнях [25]. В роботі [25], представлена модель двохчастотної схеми заміщення, що враховує безліч факторів ліній електропередач і вплив розрядної і зарядної складової. Модель розроблена на основі досліджень, проведених на фізичній моделі існуючої кабельної мережі 6-10 кВ. Схема заміщення фізичної моделі кабельної мережі 6-10 кВ представлена рисунку 2.15. 70 Рис. 2.15. Двохчастотна схема заміщення фізичної моделі кабельної мережі 6-10 кВ Для даної схеми заміщення по рисунку 2.15 частоти основної розрядної f р і зарядної f з складових визначаються за формулами f 1 р ≈ ⋅ k ⋅ω2 +ω2 c 1 2 ⋅ k 4 c ⋅ω1 +ω 4 2 + (2 ⋅ kc − 4) ⋅ω 2 2 1 ⋅ω2 , (2.15) 2 2 ⋅π f 1 ≈ ⋅ k 2 з c ⋅ω1 −ω 2 2 ⋅ kc ⋅ω 4 4 1 +ω2 + (2 ⋅ kc − 4) ⋅ω2 2 1 ⋅ω2 , (2.16) 2 2 ⋅π де ω2 1 1 = – кутова частота перехідного струму; (Lл + 3Lз )С0Σ ω2 1 2 = – кутова частота перехідного струму; Lі ⋅СробΣ k 1+ 2С c = 0Σ – коефіцієнт зміни ємності зарядних і розрядних СробΣ складових. Для кабелів на напругу 6-10 кВ відношення робочої ємності до початкової ємності мережі дорівнює СробΣ С0Σ =1,51,85. Як видно дане співвідношення змінюється в дуже малих межах, тому величини ω2 1 , ω2 2 , kc залежать від сумарної ємності мережі, індуктивності пошкодженої ділянки мережі від шин до місця ОКЗ та індуктивності джерела живлення Lі . 71 Індуктивність джерела живлення визначається за формулою через струм трифазного короткого замикання U L = ф.ном і , (2.17) ω ⋅ І (3) k де Uф.ном – фазна номінальна напруга; І (3) k – струм трифазного короткого замикання. На рисунку 2.16 побудовані залежності частот основний зарядної і розрядної складових перехідного струму і напруги нульової послідовності від сумарного ємнісного струму мережі ІСΣ . Залежність побудована при різних віддаленнях від місця ОКЗ. Номінальні параметри, використані для розрахунків: Uном = 6 кВ, І (3) k =10 кА. Пошкоджені лінії виконані кабелем ВБбШв 3х240. Рис. 2.16. Залежність частоти розрядних і зарядних складових від ємнісного струму мережі при різних відстанях від шин центру живлення: а) lз = 0,01 км; б) lз = 5 км З представлених залежностей на рисунку 2.16 можна зробити висновок, що частота розрядних коливань в залежності від факторів (зміна відстані місця ОКЗ тощо) може змінюватися в межах від сотень Гц до сотень кГц. 72 Частота зарядної складової змінюється в тих же межах, що і розрядна від сотень Гц до сотень кГц в залежності від факторів, які впливають на частоту. Забезпечення селективної і стійкої роботи направлених пристроїв захисту при ОКЗ в представленому вище діапазоні технічно неможливо, тому необхідно розглянути питання фільтрації верхнього робочої межі частот. На практиці необхідно придушення високочастотних складових розрядної складової струму нульової послідовності. 2.6.2 Аналіз впливу фільтрації високочастотних складових на втрати в сигналі перехідного струму Як зазначалося в пункті 2.6.1 для забезпечення селективної і стійкої роботи необхідна фільтрація високочастотних складових при перехідному процесі в момент виникнення ОКЗ. У цьому пункті роботи розглядається питання фільтрації сигналу перехідного струму в момент ОКЗ. Загальна оцінка при ОКЗ частотного спектра перехідного струму може бути отримана в діапазоні частот в якому зосереджена основна частина енергії сигналу. Зі спектрограм, наведених на рисунках 2.11 і 2.12 можна спостерігати, що частина енергії, яка пропорційна перехідним струмам при ОКЗ зосереджена у верхній частині спектру. Тому фільтрація енергії в високочастотному спектрі призведе до втрати вхідного корисного сигналу і до зменшення чутливості пристроїв захисту від ОКЗ на основі перехідних процесів. Умова, при якій ми отримуємо високочастотний пік в спектрі виникає при ОКЗ поблизу шин і мінімальній тривалості стрибка перехідного струму, тобто при гасінні дуги при першому переході через нуль по моделі дугового переривчастого ОКЗ [24]. Тому фільтрація при зазначених умовах створить максимальні втрати корисного вхідного сигналу. 73 Вплив фільтрації високочастотних складових було досліджено на моделі представленої на рисунку 2.7. Дослідження проводилося за різних значеннях ємнісного струму мережі, що дорівнює 5А і 30А. Необхідно оцінити який відсоток корисного сигналу, який буде втрачено в результаті фільтрації високочастотних складових струму нульової послідовності. Для оцінки втрат потужності корисного сигналу струму в момент ОКЗ в пошкодженому і непошкодженому приєднаннях було створено пропускання сигналу через фільтр низьких частот (ФНЧ) зі змінною частотою зрізу fc та можливістю задати верхню частоту робочого діапазону захисту. Втрати корисного сигналу оцінювалися відношенням tс .ф Е ∫ ( 2 3 ⋅ і0.ф ) dt Е* = ф = 0 t , (2.18) Е с 2 ∫(3 ⋅ і0 ) dt 0 де Е* – відносне значення енергії сигналу на виході ФНЧ; Е – енергія першого стрибка струму в момент ОКЗ; Еф – енергія стрибка перехідного струму на виході ФНЧ; tc.ф – тривалість стрибка перехідного струму на виході ФНЧ; tc – тривалість першого стрибка перехідного струму. На рисунку 2.17 представлені отримані дані оцінки високочастотної фільтрації стрибка струму в момент ОКЗ, а також залежність високочастотної фільтрації на відносне значення енергії сигналу. 74 Рис. 2.17. Залежність енергії стрибка перехідного струму на виході ФНЧ в момент ОКЗ від верхньої частоти робочого діапазону пристроїв захисту: а), б) –ОКЗ біля шин з ІСΣ = 5 А, в), г) – ОКЗ біля шин з ІСΣ = 30 А З залежностей, представлених на рисунках 2.17 можна зробити висновок, що високочастотна фільтрація призводить до зменшення енергії вхідного сигналу перехідного струму, особливо, це помітно в мережах з малим ємнісним струмом ІСΣ = 5 А. Наприклад, в мережах з малим ємнісним струмом мережі ІСΣ = 5 А обмеження верхньої частоти робочого діапазону захисту на основі перехідних процесів значенням fc = 3 кГц, призводить до зменшення енергії вхідного сигналу в 10 разів (рисунок 2.17, а). Так само слід зазначити зменшення енергії вхідного сигналу призводить до значної зміни амплітуди, а саме до її зменшення. На рисунку 2.18 представлена залежність зміни форми сигналу від верхньої частоти робочого діапазону захисту. 75 Рис. 2.18. Залежність форми і амплітуди перехідного струму при високочастотній фільтрації: 1) сигнал без фільтрації при ОКЗ на шинах ІСΣ = 5 А, 2) сигнал на виході ФНЧ з fc = 10 кГц, , 3) сигнал на виході ФНЧ з fc = 5 кГц, , 4) сигнал на виході ФНЧ з fc = 3 кГц Як видно з даних представлених на рисунках 2.17 і 2.18 зі збільшенням ємнісного струму мережі ІСΣ і зміщенням частотного спектра в область більш низьких частот вплив фільтрації на чутливість захисту по первинному струмі зменшується (рисунок 2.17, в, г). Слід зазначити, що зменшення енергії вхідного сигналу і зміна його амплітуди та форми в результаті фільтрації високочастотних складових має враховуватися при обґрунтуванні робочого діапазону частот і вимог до чутливості направленого захисту від ОКЗ при перехідних процесах. Якщо розглянути дані представлені на рисунку 2.17 необхідно відзначити, що при ОКЗ на шинах ЦЖ в мережах з малими значеннями ІСΣ при обмеженні спектру частот до 5 кГц зосереджено близько 10 % енергії стрибка перехідного струму. При збільшенні ІСΣ до десятків ампер, енергія зосереджена в зазначеній області зростає але все одно не досягає 50 %. 76 Отримані в дані роботі та інших дослідженнях мають схожі параметри лише в тому випадку, коли даний фактор розглядається з використанням сучасних систем моделювання. 2.7 Аналіз розпізнавання дугових переривчастих коротких замикань на землю в кабельних мережах 6-10 кВ з урахуванням заземлення нейтралі 2.7.1 Область застосування розпізнавання дугових переривчастих замикань на землю в кабельних мережах 6-10 кВ Виходячи з аналізу проведених у попередніх розділах, короткі замикання через переміжну дугу в мережах 6-10 кВ, супроводжуються багаторазовими перенапругами і призведуть до виходу з ладу електроспоживачів, тому даний вид короткого замикання необхідно відключати. Завдання розпізнавання виду короткого замикання є актуальним та не повністю вирішеним. Таким чином, необхідно враховувати також автоматичне розпізнавання виду короткого замикання і ступеня небезпеки для мережі, що захищається. Дане завдання особливо актуальне для мереж з ізольованою нейтраллю, оскільки в даних мережах висока ймовірність дугового переривчастого замикання, і як наслідок виникнення небезпечних перенапруг. У компенсованих мережах при налаштуванні ДГР (близько до резонансної), повторні запалювання дуги в момент ОКЗ можливі тільки після практично повне зменшення додатково заряду з ємності фаз на землю, тобто після загасання дуги (середній час стікання становить 200 мс). Виходячи з вищесказаного і на основі досліджень, викладених в працях [25] перенапруги при повторних запалюваннях дуги з урахуванням налаштування ДГР не 77 Кп =U макс Uф.ном ≈ 2,22,4 не являють особливої небезпеки для мережі, оскільки обладнання розраховане на перенапруги порядку Кп ≈ 35. У реальних мережах забезпечити сприятливе резонансне налаштування ДГР вдається не завжди. В іноземних джерелах зазначається, що раніше в установках використовувався старий реактор з ручною системою компенсації. У цих системах умова налаштування змінюється зі зміною розподільної мережі [27]. Виходячи зі зазначеного можна зробити висновок, що забезпечити 100% налаштування практично неможливо. Наприклад, при відхилені налаштування компенсації більше ніж на 15 %, гасіння дуги ОКЗ супроводжується процесом наростання напруги на пошкодженій фазі, що у свою чергу створює сприятливі умови для виникнення багаторазових пробоїв ізоляції через відносно невеликі інтервали часу. В результаті багатократного пробою ізоляції виникають високі кратності перенапруг при гасінні дуги. Тому в реальних мережах з урахуванням умов експлуатації, необхідно контролювати виникнення небезпечних ОКЗ. Слід зазначити, що в мережах з високоомним заземленням нейтралі і з заземлення через ДГР з шунтуючим резистором, перенапруги при повторних запалюваннях дуги не перевищують кратність Кп =U макс Uф.ном ≈ 2,22,4 . У плані обмеження дугових переривчастих замикань, заземлення через високоомний резистор і ДГР зі шунтуючим резистором є більш ефективним ніж компенсація ємнісних струмів. Для високоомного заземлення нейтралі вирішується проблема перенапруг. Деякі науковці-дослідники запропонували використовувати інкрементну напругу нульової послідовності для підвищення чутливості розпізнавання короткого замикання [28]. Однак даний підхід не є ефективним внаслідок вирішення проблеми перенапруг. 78 Як було сказано вище при вирішенні проблеми перенапруг за допомогою зміни заземлення нейтралі немає необхідності в контролі виникнення небезпечних дугових коротких замикань в мережах 6-10 кВ. 2.7.2 Прямий спосіб контролю дугових переривчастих замикань на землю в компенсованих і некомпенсованих кабельних мережах 6-10 кВ Основним критерієм небезпеки перенапруг є їхня кратність, тобто перевищення номінальної напруги. Розрахункове значення кратності перенапруг в непошкодженому приєднанні при різних режимах роботи становить Кп ≈ 2,42,5. Тому верхня межа вимірювань і розпізнавання небезпечного ОКЗ буде: – для мережі 6 кВ ► U 2,5 ⋅1,05 ⋅6,0 ⋅ 2 пер.макс ≥ =13 кВ; 2 – для мережі 10 кВ ► U 2,5 ⋅1,05 ⋅10,0 ⋅ 2 пер.макс ≥ = 21 кВ. 2 Недоліком прямого способу є необхідність підведення всіх напруг з усіх ділянок ланцюга (окремо), що призведе до ускладнення конфігурації мережі і схеми захисту. Так само необхідно створити орган, який контролюватиме всі ділянки ланцюга на предмет виникнення небезпечних ОКЗ. 79 2.7.3 Непрямий спосіб контролю дугових переривчастих замикань на землю в компенсованих і некомпенсованих кабельних мережах 6-10 кВ Встановлено, що при збільшенні часу між повторним запалюванням дуги кратність перенапруг Кп падає. Виходячи з вищесказаного необхідно встановити граничну залежність часу між повторним запалюванням дуги ∆t в момент ОКЗ і небезпечною кратністю перенапруг Кп ≈ 2,7. Для цього необхідно провести моделювання дугового переривчастого замикання вищеописаним способом на існуючих (типових) схемах кабельних мереж з урахуванням ємнісного струму мережі як основоположного чинника, що впливає на розрядні і зарядні стадії дугового процесу. Отримані з допомогою імітаційних моделей (рисунок 2.7 і 2.8) дослідження з ізольованою нейтраллю, показали, що з різними значеннями ємнісного струму мережі ІСΣ , максимальні кратності перенапруг не перевищують допустимих при повторних запалюваннях дуги в момент ОКЗ при ∆t ≥ 90100 мс. Залежність представлена на рисунку 2.19. Рис. 2.19. Залежність кратності максимальних перенапруг від інтервалу між повторними запалювання дуги в момент ОКЗ: 1) для мережі 6 кВ з ІСΣ =10 А , 2) для мережі 6 кВ з ІСΣ = 30 А . 80 Виходячи з даних представлених на рисунку 2.19, для кабельних мереж 6-10 кВ, що працюють з ізольованою нейтраллю непрямою ознакою виникнення небезпечного дугового переривчастого ОКЗ є час між повторним запалюванням дуги менш ніж ∆t =100 мс. 2.7.4 Аналіз методики непрямого способу розпізнавання дугових переривчастих замикань на землю в компенсованих і некомпенсованих кабельних мережах 6-10 кВ Як було розглянуто у попередніх пунктах даного розділу, відновлення напруги після гасіння дуги має відмінність у залежності від типу заземлення нейтралі. Приклад відновлення напруги з ізольованою і компенсованою нейтраллю представлений на рисунку 2.20. Рис. 2.20. Форма кривої відновлення напруги на пошкодженій фазі після гасіння дуги при ОКЗ в кабельній мережі 6 кВ з ІСΣ =10 А : 1) ізольована нейтраль; 2) заземлення через ДГР; 3) заземлення через ДГР при перекомпенсації (25%) Виходячи з осцилограм, представлених на рис. 2.20, можна відзначити, що при перекомпенсації (крива 3) відновлюєма напруга на пошкодженій фазі 81 ∆t ≈ 2535 мс, що значно вище ніж при ізольованій нейтралі і значно менше ніж при резонансного або близькою до нього налаштування ДГР. Особливістю відновлюючої напруги при перекомпенсації є виникнення після першого піку (крива 3), ще 2-3 піків, які перевищують перший. Слід зазначити що виникнення повторного пробою - це випадковий хаотичний процес з безліччю незалежних факторів. Як правило, повторний пробій виникає на 1-му піку відновлюємої напруги, хоча фізично пробій може статися і на 2-му і на 3-му піку відновлюємої напруги. Дослідження та аналіз на імітаційних моделях (рисунок 2.7 і 2.8) показує, що повторні пробої ізоляції виникають на 2-му і 3-му піку відновлюємої напруги. Залежність кратності перенапруг від часу запалювання між повторними пробоями ізоляції представлена в таблиці 2.8. Таблиця 2.8 Залежність кратності перенапруг від часу запалювання між повторними пробоями ізоляції і ступенями розладнаності в КЛ 6-10 кВ Значення ∆tмакс і Кп.макс при розладнаності компенсації v ,% Перекомпенсація Резонанс Недокомпенсація -25 -20 -15 -10 -5 0 +5 +10 +15 +20 +25 ∆tмакс , мс 50 70 110 150 200 > 200 190 90 50 50 50 Кп.макс , 3 2,9 2,7 2,5 2,3 2,3 2,3 2,3 2,4 2,5 2,7 в.о ∆tмін , мс 25 30 50 70 200 > 200 190 70 50 30 30 ∆tмін , в.о 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,4 де ∆tмакс – час між повторними пробоями ізоляції супроводжується максимальними перенапругами, мс; 82 Кп.макс – максимальна кратність перенапруг, що відповідає ∆tмакс ; ∆tмін – час після гасіння дуги відповідний першому піку відновлюємої напруги кратної або перевищуючу номінальну, мс; Кп.мін – кратність перенапруг, що відповідає ∆tмін . Виходячи з даних в таблиці 2.8 можна зробити висновок, що небезпечні перенапруги можуть виникнути при розладнаності компенсації вище 15%. При однаковій розладнаності перенапруги в режимі перекомпенсації в рази більше ніж в режимі недокомпенсації. У відповідності з «Правила технічної експлуатації електричних станцій і мереж» допускається тривала робота мережі з перекомпенсацією і короткочасна з недокомпенсацією. В результаті вищесказаного для розгляду доцільно вибрати режим перекомпенсації. На рисунку 2.21 побудована залежність кратності перенапруг від інтервалів часу між повторними пробоями ізоляції для розглянутого режиму перекомпенсації до -25%. Рис. 2.21. Залежність кратності перенапруг Кп.макс від інтервалів часу між повторними пробоями ізоляції ∆tмакс для режиму перекомпенсації З даних отриманих шляхом моделювання (таблиця 2.8) при розладнаності компенсації менше 15% (0 виключаємо), небезпечні напруги можуть виникати на інтервалах часу між повторними пробоями 83 ∆t ≈ 5090 мс. 2.7.5 Аналіз непрямого способу розпізнавання дугових переривчастих замикань на землю в компенсованих і некомпенсованих кабельних мережах 6-10 кВ, шляхом контролю рівня ВГ в перехідному струмі нульової послідовності Розглянувши різні наукові роботи та дослідження було обрано найоптимальніший для вивчення спосіб розпізнавання ОКЗ. У попередніх розділах було розраховано аналітичним способом рівень вищих гармонік у струмі ОКЗ, що складає 65 % від ІСΣ . Необхідно відмітити, які проведені дослідження в реальних КЛ показали, що граничний рівень ВГ у струмі ОКЗ складає 30-40 % від ІСΣ . Аналіз досліджень проведених на моделях кабельних мереж 6-10кВ (рисунок 2.7 і 2.8) показав, що в момент ОКЗ загальний рівень ВГ значно перевищує граничний рівень ВГ. Отже (пункт 2.7.3) загальний рівень ВГ в струмі ОКЗ в основному залежить від ∆t (проміжки часу між повторними пробоями ізоляції). Залежність вмісту вищих гармонійних складових у струмі ОКЗ від інтервалів між повторними пробоями ізоляції представлена в таблиці 2.9. 84 Таблиця 2.9 Залежність середньоквадратичного вмісту ВГ складових в струмі ОКЗ від інтервалів між повторними пробоями ізоляції ІСΣ = 5 А ∆t , мс 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ІВГ ІСΣ , в.о. 18,90 10,47 5,19 4,62 2,25 1,90 1,53 1,31 1,06 1 ІСΣ = 30А ∆t , мс 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ІВГ ІСΣ , в.о. 11,40 5,96 3,02 2,61 1,47 1,02 0,96 0,79 0,62 0,6 Для більш детального вивчення побудована функція за даними представленим в таблиці 2.9, залежності середньоквадратичного вмісту вищих гармонійних складових в струмі ОКЗ від інтервалів між повторними пробоями ізоляції І * ВГ = ІВГ ІСΣ = f (∆t). Рис. 2.22. Залежність середньоквадратичного вмісту ВГ в струмі ОКЗ від інтервалів між повторними пробоями ізоляції: 1) ІСΣ =10А, 2) ІСΣ = 30А Виходячи з графічного відображення залежності представленої на рисунку 2.22 можна бачити що при великих значеннях між повторними пробоями ізоляції ∆t ІСΣ . Слід 85 зазначити, що в струмі нульової послідовності непошкоджених приєднань відношення ІВГ ІСВласн наближено дорівнює ІВГ ІСΣ у місці ОКЗ. Отже, для визначення виду короткого замикання (стійке або нестійке) необхідно контролювати загальний рівень ВГ в струмі ОКЗ 3I0 ділянки мережі, що захищається. 2.8 Висновки до розділу 2 У розділі 2 було проведено дослідження перехідних процесів при ОКЗ з врахуванням впливу різних параметрів. Проведено оцінку достовірності та точності результатів моделювання в програмі MATLAB-SIMULINK на імітаційних моделях кабельних ліній 6-10 кВ з дослідженнями, проведеними в існуючих кабельних мережах. Проведено імітаційне моделювання нестабільності рівня ВГ та встановлено залежність даного параметра з основними параметрами системи. Проведено аналітичний розрахунок нестабільності рівня ВГ у кабельних мережах 6-10 кВ. Дані отримані шляхом комп’ютерного моделювання за допомогою імітаційної моделі та аналітичним способом мають достатню точність і відповідають допустимим критеріям. Змодельовано перехідні процеси при ОКЗ в кабельних мережах 6-10 кВ. В результаті моделювання отримані осцилограми перехідного струму і напруги нульової послідовності, на основі яких зроблено частотний спектральний аналіз даних параметрів. На основі отриманих результатів сформовано первинні вимоги до релейного захисту для забезпечення необхідної чутливості і селективності. Проведено оцінку впливу заземлення нейтралі на перехідні процеси в момент виникнення ОКЗ. В результаті комп’ютерного моделювання встановлено, що заземлення нейтралі не впливає на перехідний процес при ОКЗ, а є фактором, що згладжує негативні наслідки ОКЗ. 86 Досліджено проблему зміни частоти при перехідних процесах в момент ОКЗ з урахуванням ємнісного струму і довжини кабельних ліній мережі. Встановлено, що необхідно обмежити діапазон частот в межах 2-3 кГц. Запропоновано встановлення фільтрів низької частоти. В результаті дослідження впливу ФНЧ встановлено, що даний технічний пристрій зменшує діапазон частот з мінімальними втратами енергії вхідного сигналу, що призводить до покращення роботи релейного захисту. Розглянуто проблему розпізнавання виду ОКЗ в кабельних мережах 6- 10 кВ. В результаті проведено дослідження на імітаційних моделях. Комп’ютерне дослідження показало, що прямий спосіб розпізнавання є занадто складним і не може розглядатися як рішення даної проблеми. Однак непрямий спосіб контролю є допустимим і можливим та не вимагає внесення додаткових елементів в систему мережі, а також в систему захисту. Непрямий спосіб на основі контролю ВГ в струмі ОКЗ є перспективним і необхідним засобом для розпізнавання виду ОКЗ. Таким чином, для ефективного захисту електроспоживачів необхідно розробити вимоги для забезпечення основних вимог, висунутих до релейного захисту та розділити умови використання захистів з урахуванням факторів розглянутих в цьому розділі. 87 РОЗДІЛ 3. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РЕЛЕЙНОГО ЗАХИСТУ КАБЕЛЬНИХ МЕРЕЖ НА НАПРУГУ 6-10 КВ З УРАХУВАННЯМ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОСОБЛИВОСТЕЙ СПОЖИВАЧА І МЕРЕЖІ 3.1 Підвищення ефективності релейного захисту кабельних мереж на напругу 6-10 кВ з врахуванням проведених досліджень У кабельних мережах на напругу 6-10кВ існує безліч проблем. Одна з таких проблем однофазні короткі замикання. Для захисту необхідно використовувати багатофункціональниї захист.Багатофункціональний захист повинен включати кілька ступенів захисту і вміти не тільки відключати пошкоджене з'єднання, але і спрацьовувати на сигнал. У деяких аварійних ситуаціях, допускається не відключати ОКЗ, а силами оперативного персоналу усунути дане замикання. Робота в такому аварійному режимі допускається тільки при дотриманні технологічного процесу, що допускає роботу з ОКЗ. Виходячи з вищеприведеного першим критерієм, який необхідно включити в комплексний захист – це здатність розпізнавати коротке замикання і включити наведений алгоритм (рисунок 3.1) в первинну обробку сигналу. В результаті дослідження проведеного у другому розділі (п. 2.7) необхідно використовувати непрямий спосіб розпізнавання ОКЗ. Непрямий спосіб, який можливо реалізувати – це аналіз рівня ВГ в перехідному струмі нульової послідовності в момент виникнення ОКЗ. Даний параметр повинен включатися у захист для кабельних мереж 6-10 кВ з ізольованою нейтраллю. У компенсованих мережах із заземленням нейтралі через резистор, розпізнавання ОКЗ не має сенсу, оскільки небезпечні перенапруги відсутні. Однак в компенсованих мережах із заземленою нейтраллю через ДГР можливе разлаштування компенсації, що призводить до небезпечних 88 перенапруг і багаторазовим пробоям ізоляції, тому функція розпізнавання ОКЗ необхідна. Як було досліджено в пункті 2.7 для розпізнавання виду ОКЗ необхідно контролювати вміст ВГ в перехідному струмі в момент ОКЗ тому необхідна наявність ТСНП. Рис. 3.1. Алгоритм первинної обробки сигналу короткого замикання в момент виникнення ОКЗ Після розпізнавання виду ОКЗ необхідно відключити або спрацювати на сигнал. Релейний захист повинен бути універсальним і при цьому забезпечувати селективність, чутливість і вимоги, ПУЕ [3, 6, 7] та іншими нормативними документами. Виходячи з вищенаведеного необхідно розмежувати умови використання захистів і можливі комбінації для підвищення ефективності. Як описано в розділі 1 існує безліч захистів від ОКЗ в кабельних мережах 6-10 кВ. Такий фактор, як наявність або відсутність трансформатора напруги впливає на відновлення захисту для РП, ТП, ЦП. У деяких окремих 89 випадках, наприклад, при складній конфігурації мережі, трансформатор напруги необхідний, оскільки це потрібно для забезпечення безперервної дії релейного захисту. Найпоширенішим захистом є струмовий захист нульової послідовності (СЗНП). Обмеження щодо застосування захисту розглянуті у розділі 1. Даний захист є необхідним для застосування в мережах з ізольованою нейтраллю, де відсутні трансформатори напруги. СЗНП буде першою сходинкою, яку необхідно реалізувати в комплексі захисту кабельних мереж 6-10 кВ. Забезпечити реалізацію необхідної селективності СЗНП не завжди можливо, тому необхідно застосування струмового направленого захисту нульової послідовності (ССЗНП). Це відбувається в результаті складної конфігурації мережі, даний підхід був розглянутий у розділі 1. ССЗНП застосовується при стійких ОКЗ у кабельних мережах 6-10 кВ з ізольованою нейтраллю та з високоомним заземленням нейтралі. ССЗНП є першою сходинкою в мережах зі складною конфігурацією, але обмежується застосуванням на об'єкті трансформатора напруги. Необхідно відмітити, що даний захист не може забезпечувати необхідну чутливість при ОКЗ через переміжну дугу. Для підвищення чутливості захисту при складній конфігурації мережі необхідно використовувати ССЗНП на основі ВГ, як другу сходинку. Для виключення зайвих спрацьовувань необхідно контролювати загальний рівень ВГ в кабельних мережах 6-10 кВ в напругу нульової послідовності. Принцип дії даного захисту буде заснований на контролі фазних співвідношень ВГ струму і напруги нульової послідовності в захищаємій кабельній лінії. Як було досліджено в пошкодженому приєднанні гармоніки первинного струму і напруги не співпадають, а в непошкодженому збігаються [8, 9]. Для підвищення чутливості захистів на об'єктах де не передбачена установка трансформаторів напруги, необхідно включати додатково СЗНП на основі ВГ в струмі нульової послідовності в момент ОКЗ. Для зменшення помилкових спрацьовувань захисту необхідно контролювати загальний 90 рівень ВГ в струмі нульової послідовності, а саме необхідно блокувати дію захисту при зовнішніх ОКЗ за допомогою блоку розпізнавання виду ОКЗ. Застосування даного захисту описано в розділі 2 обмежена нестабільним рівнем ВГ на ЦЖ промислових підприємств з різкозмінним графіком навантаження і наявністю нелінійних приймачів електроенергії. Для збільшення швидкодії необхідно включати на об'єктах промислових підприємств направлений захист на основі перехідних процесів (НЗПП). Принцип дії НЗПП заснований на безперервному контролі фазних співвідношень між перехідним струмом і похідною напруги нульової послідовності. Оптимальним робочим спектром частот був обраний діапазон 2-3 кГц для мінімальних втрат енергії вхідного сигналу (п. 2.6.2). Даний захист створює безперервний контроль на всьому інтервалі часу перехідного процесу і може розпізнавати як зовнішні так і внутрішні ОКЗ. Для захисту від помилкових спрацьовувань в момент комутаційних перемикань мережі, що захищається необхідний алгоритм розпізнавання виникнення напруги нульової послідовності. Даний захист має обмеження щодо застосування в результаті необхідності використання трансформатора напруги. Всі захисти, які описані вище мають певні недоліки, але використання одного захисту не є доцільним. Таким чином, необхідно використовувати два і більше ступенів захисту для забезпечення необхідної чутливості. Для великих виробництв характерна наявність не тільки трансформаторів струму на ЦЖ але і трансформаторів напруги. Наявність трансформаторів напруги дає можливість підвищити ефективність захисту і його селективність. Як було описано в п. 1.2.2 на великих виробництвах з великою кількістю відгалужень ліній з компенсованою нейтраллю ненаправлений захист нульової послідовності не забезпечує необхідну чутливість і селективність. Однак даний тип захисту можна застосовувати на виробництвах з ізольованою нейтраллю в складі комплексного захисту від ОКЗ. У промислових і міських мережах з ізольованою нейтраллю слід застосовувати комплексний захист із урахуванням таких факторів: кількість 91 приєднань, характер навантаження, протяжність ліній. При великій кількості приєднань необхідно застосування направленого струмового захисту нульової послідовності або направленого захисту на основі ВГ. Характер навантаження впливає на застосування захистів на основі ВГ, оскільки при високій нестабільності рівня ВГ технічно складно відлаштувати захист і виконати основні вимоги, які пред'являються до релейного захисту. Застосування направленого струмового захисту на основі ВГ так само обмежує наявність трансформатора струму нульової послідовності (ТСНП) на об'єкті. Різна довжина кабельних ліній обумовлює необхідність застосування низькочастотних фільтрів для обмеження верхньої межі високочастотних коливань при перехідному процесі в момент ОКЗ. В результаті застосування ФНЧ можливо відлаштувати направлений захист на основі перехідних процесів в момент ОКЗ. Захист на основі перехідних процесів не забезпечить необхідну чутливість при малих довжинах кабельних ліній (п. 2.4.2). Виходячи з усього вищевикладеного для ізольованої нейтралі необхідно мати функцію розпізнавання виду ОКЗ, при небезпечному ОКЗ необхідно щоб напрямок сигналу на ненаправлений і дублюючий ненаправлений струмовий захист зроблений на основі ВГ (2 ступінь), спрацьовував після подачі первинного сигналу на першу ступінь в разі її неспрацьовування через інтервал часу необхідний для спрацьовування першого ступеня. Дана конфігурація можлива на РП міського і промислового типу для захисту кожного приєднання окремо, відсутність великої кількості нелінійних електроприймачів і ТСНП. Структурна схема описаного вище комплексного захисту представлено на рисунку 3.2. Якщо РП з ізольованою нейтраллю має велику кількість (2 і більше) ліній, що відходять і не має ТСНП, в цьому випадку вирішити питання можна шляхом додавання в схему датчика, що фіксує наявність пошкодження у двох і більше лініях струму нульової послідовності і блокуючого на першій ступені та звертаючись до другої ступені (рисунок 3.3). 92 Рис. 3.2. Структурна схема РП з ізольованою нейтраллю без трансформатора струму нульової послідовності для захисту одиничного відходячого кабелю Рис. 3.3. Структурна схема РП з ізольованою нейтраллю без трансформатора струму нульової послідовності для захисту двох і більше відходячих кабелів На рисунках 3.2 і 3.3, представлені структурні схеми комплексних захистів для РП без ТСНП. На РП і ЦЖ з ізольованою нейтраллю і наявністю ТСНП застосовуються направлені захисти на основі струмів нульової послідовності на основі ВГ, а також на основі перехідних процесів в момент виникнення ОКЗ. Першою ступеню, як і в мережах без ТСНП буде блок розпізнавання виду ОКЗ. Після виникнення ОКЗ першою ступінню на відключення захисту буде направлений захист на основі струмів нульової послідовності. Захист на 93 основі струмів нульової послідовності не є універсальним, як було описано в п. 1.2.2, тому необхідно дублюючий захист для дотримань умов селективності і чутливості, а також блоку фіксування напрямку потужності в момент ОКЗ у всіх приєднаннях. Друга ступінь буде спрямовано захист на основі ВГ або захист на основі перехідних процесів. Варто зазначити, що вибір для другого ступеня захисту складається на основі аналізу таких факторів, як характер навантаження і довжина захищаємих кабельних ліній. На РП і ЦЖ, які живлять виробництва з різкозмінним навантаженням застосування захистів на основі ВГ обмежуються нестабільністю загального рівня ВГ. На таких виробництвах, описаних в п. 2.3, необхідно застосовувати направлені захисти на основі перехідних процесів в момент ОКЗ. В окремих випадках, коли РП і ЦЖ живлять різкозмінне навантаження і є захищаємі кабелі малої довжини для підвищення ефективності можливе включення додаткового ненаправленого захисту нульової послідовності. Як видно з п. 2.4.3 направлений захист на основі перехідних процесів не захищає кабелі невеликої довжини. На рисунках 3.3 і 3.4 представлені структурні схеми захистів для мереж із ізольованою нейтраллю та з наявністю ТСНП на РП і ЦЖ. Рис. 3.4. Структурна схема комплексного захисту для РП та ЦЖ з ізольованою нейтраллю без різкозмінного навантаження 94 На рисунку 3.4 видно, що необхідно включення в мережу затримки по часу, щоб дати можливість спрацювання першого ступеня, оскільки перша ступінь тільки в окремих випадках не зможе спрацювати із достатньою селективністю і чутливістю (п. 1.2.2). Рис. 3.5. Структурна схема комплексного захисту для РП та ЦЖ з ізольованою нейтраллю з різкозмінним навантаженням Слід зазначити що на рисунку 3.5, на другому ступені необхідний орган, який фіксуватиме сигнал на відключення і спрацювання з витримкою часу. Витримка часу необхідна для спрацьовування першого ступеня захисту. Замикання ОКЗ через переміжну дугу необхідно розмежувати з комутаційними процесами усередині мережі для цього і необхідний блок розпізнавання виду ОКЗ. Другий ступінь необхідна для відключення ОКЗ через переміжну дугу оскільки як описано в п. 1.2.2 захисту на основі струмів і напруг нульової послідовності не забезпечують необхідної чутливості і селективності. Для підвищення ефективності вводиться другий ступінь захисту на основі ВГ і перехідних процесів в момент ОКЗ. У компенсованих кабельних мережах 6-10 кВ існує кілька варіантів виконання нейтралі. При виконанні нейтралі компенсованої кабельної мережі через високоомний резистор або через ДГР з шунтуючим резистором 95 вирішується проблема небезпечних перенапруг тому використання блоку розпізнавання ОКЗ не є доцільним (пп. 1.2.2, 2.5), захист повинен розпізнавати внутрішні ОКЗ. Тобто структурні схеми захисту на рисунках 3.2-3.5 можливі для застосування на зазначених вище видах заземлення нейтралі з урахуванням виключення блоку розпізнавання ОКЗ. Заземлення нейтралі через резистор або ДГР з шунтуючим резистором є частковим вирішенням проблеми перенапруг в мережах 6-10 кВ і тому дослідження виникнення ОКЗ через переміжну дугу в даній роботі не розглядається. У мережах із заземленням нейтралі через резистор як видно з п. 2.7 при відлаштуваннях компенсації більше 15 % виникають сильні перенапруги. Тому заземлення нейтралі через ДГР без шунтуючого резистора не вирішує проблему перенапруг і тому в таких мережах необхідний захист з блоком розпізнавання виду ОКЗ. У таких мережах необхідно використовувати структурні схеми, представлені на рисунках 3.2-3.5 з урахуванням факторів, описаних для мереж з ізольованою нейтраллю. На рисунку 3.5 другим ступенем захисту є захист на основі перехідних процесів та на основі імпульсного органу спрацьовування, який фіксує початкові фазні співвідношення у пошкоджених і непошкоджених приєднаннях у момент ОКЗ. Єдиним недоліком даного захисту є неможливість захистити кабелі малої довжини в результаті технічної недосконалості існуючих систем [29]. Як було описано в п. 2.6 діапазон в момент виникнення ОКЗ може досягати сотень кГц. Для забезпечення необхідної чутливості і селективності необхідно обмежувати верхній діапазон частот. Особливо необхідно обмежувати верхній діапазон частот для захистів на основі перехідних процесів, оскільки тільки тоді можливо відлаштувати захист для дотримання основних вимог, висунутих до релейного захисту. В результаті дослідження в п. 2.6 було доведено що застосування фільтрів ФНЧ з обмеженням верхнього діапазону частот 2-3 кГц, забезпечує достатню потужність вхідного сигналу. 96 3.2 Висновки до розділу 3 У розділі 3 були проаналізовані і запропоновані методи підвищення ефективності релейного захисту з урахуванням досліджень наведених у розділі 2. Першочерговим завданням є розпізнавання небезпечного внутрішнього однофазного замикання через переміжну дугу і його подальше відключення. Для розпізнавання виду ОКЗ і його подальшого відключення запропоновано першим в комплексний захист включити орган розпізнавання виду ОКЗ. Орган розпізнавання виду ОКЗ необхідний на всіх видах нейтралі, за винятком заземлення нейтралі через високоомний резистор. Після розпізнавання виду ОКЗ та у випадку внутрішнього ОКЗ через переміжну дугу, сигнал подається на відключення. У випадку простої конфігурації мережі для РП, ЦЖ запропоновано застосовувати ненаправлений захист, оскільки на невеликих об'єктах розподілу не передбачено використання трансформаторів напруги нульової послідовності. 97 ВИСНОВКИ 1. Проаналізовано та розглянуто причини, типи виникнення коротких замикань у кабельних лініях напругою 6-10 кВ. Встановлено небезпеку коротких замикань з урахуванням технологічних процесів, фактори, що впливають на функціонування пристроїв релейного захисту в мережах кабельних ліній 6-10 кВ. Розглянуто питання впливу діагностичних методів на попередження місцевих пошкоджень кабельних ліній в мережах 6-10 кВ. 2. За допомогою розроблених імітаційних моделей кабельних ліній 6-10 кВ у програмі MATLAB-SIMULINK, проведено дослідження впливу перехідних процесів при ОКЗ з врахуванням різних параметрів. 3. Встановлено залежність нестабільності рівня ВГ з основними параметрами системи за допомогою розроблених імітаційних моделей кабельних ліній 6-10 кВ. Проведено аналітичний розрахунок нестабільності рівня ВГ у кабельних мережах 6-10 кВ. Дані отримані шляхом комп’ютерного моделювання за допомогою імітаційної моделі та аналітичним способом мають достатню точність і відповідають допустимим критеріям. 4. В результаті комп’ютерного моделювання перехідних процесів при ОКЗ в кабельних мережах 6-10 кВ, отримано осцилограми перехідних струмів і напруг нульової послідовності та проведено їх частотний спектральний аналіз. На основі отриманих результатів сформовано вимоги до функціонування пристроїв релейного захисту для забезпечення необхідної чутливості і селективності. 5. Проведено оцінку впливу заземлення нейтралі на перехідні процеси в момент виникнення ОКЗ. В результаті комп’ютерного моделювання встановлено, що заземлення нейтралі не впливає на перехідний процес при ОКЗ, а є фактором, що згладжує негативні наслідки ОКЗ. 6. Досліджено проблему зміни частоти при перехідних процесах в момент ОКЗ з урахуванням ємнісного струму і довжини кабельних ліній 98 мережі. На основі аналізу отриманих результатів, запропоновано покращити роботу релейного захисту обмеженням діапазону частот в межах 2-3 кГц, шляхом застосуванням фільтрів низької частоти, які зменшують діапазон частот з мінімальними втратами енергії вхідного сигналу. 7. Розроблено рекомендації та структурні схеми, які з урахуванням досліджень у другому розділі, повинні підвищити чутливість і селективність пристроїв релейного захисту. Встановлено, що чутливість підвищиться за рахунок додавання другого дублюючого захисту. Додавання даного захисту зменшить кількість помилкових спрацьовувань першого ступеня релейного захисту. Всі рекомендації представлені у третьому розділі мають загальний рекомендаційний характер з можливістю доповнення та включення додаткових ступенів і алгоритмів, направлених на підвищення основних вимог, що пред'являються до релейного захисту. 8. Запропоновано непрямий спосіб підвищення ефективності функціонування пристроїв релейного захисту шляхом покращення чутливості і селективності без дослідження і розробки нових технічних пристроїв захисту. 99 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Енергетична стратегія України на період до 2035 року. Режим доступу: http://mpe.kmu.gov.ua/minugol/control/uk/doccatalog/list?currDir=50358 2. Комітет статистики Євросоюзу: формат представлення статистичних даних. Режим доступу: http://epp.eurostat.ec.europa.eu. 3. Правила улаштування електроустановок. ПУЕ 5-тє вид., перероб. та доповнене. – Х.: , 2017. – 736 с. 4. Сегеда М. С. Електричні мережі та системи. Підручник // Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2009. – 488 с. 5. Електропостачання промислових підприємств : Підручник для студентів електромеханічних спеціальностей / В.І. Мілих, Т.П. Павленко. – Харків : ФОП Панов А. М., 2016. – 272 с. 6. ДСТУ ІЕС 60909 Струми короткого замикання у трифазних системах змінного струму. Ч. 0. Обчислення сили струму (ІЕС 60909- 0:2001, IDТ). Видання офіційне. Київ: Держспоживстандарт України, 2009. 51 с. 7. ДСТУ IEC/TR 60909-4:2008. Струми короткого замикання в трифазних системах змінного струму. Частина 4. Приклади обчислення сили струму короткого замикання. 8. Панченко С.В. Релейний захист і автоматика: Навч. посібник / С.В. Панченко, В. С. Блиндюк, В. М. Баженов та ін.; за ред. В. М. Баженова. – Харків: УкрДУЗТ, 2020. – Ч. 1. – 250 с. 9. Кідиба В.П. Релейний захист електроенергетичних систем: Підручник. / В.П. Кідиба – Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2013. – 533 с. 10. Wenhong L., Tingqiang G., Xueguang Q. Gonghua W. Ground Fault Line Selection with Improved Residual Flow Incremental Method. TELKOMNIKA: Indonesian Journal of Electrical Engineering. 2013, pp. 4683-4690. 100 11. Seker, S.; Akinci, T.C.; Taskin, S. Spectral and statistical analysis for ferroresonance phenomenon in electric power systems. Electr. Eng. 2012, 94, pp. 117–124. 12. Vernescu V., Goia M.L., Golovanov N. Some Unusual Solutions for European Networks. Problems of the Regional Energetics, 2012 pp.19-27. 13. Перехідні процеси в системах електропостачання: підручник для ВНЗ / Г.Г. Півняк, І.В. Жежеленко, Ю.А. Папаїка, Л.І. Несен, за ред. Г.Г. Півняка ; М-во освіти і науки України, Нац. гірн. ун-т. – 5-те вид., доопрац. та допов. – Дніпро : НГУ, 2016. – 600 с. 14. Сайт компанії Шнайдер Електрік. Режим доступу: https://www.se.com/ua 15. Abdallah R. Al-Zyoud, A. Alwadie, A. Elmitwally, Abdallah Basheer. Effect of Neutral Grounding Methods on the Earth Fault Characteristics. PIERS Proceedings, Prague, Czech Republic, July 6–9, 2015, pp. 1144- 1151. 16. Huang, W.T.; Yao, K.C.; Wu, C.C. Using the direct search method for optimal dispatch of distributed generation in a medium-voltage microgrid. Energies 2014, 7, pp.8355–8373. 17. Vernescu V., Goia M.L., Golovanov N. Some Unusual Solutions for European Networks. Problems of the Regional Energetics, 2012 pp.19-27. 18. Ryabtsev V.G, Feklistov A.S., Evseev K.V., Improved Reliability Memory’s Module Structure for Critical Application Systems, Journal of Engineering Research and Applications, Vol. 6, Issue 1, (Part - 6) January 2016, pp.65-68. 19. Сайт ПрАТ «ЕНКО» Режим доступу: http://www.enko.pat.ua/ 20. Кискачі В.М., Назаров Ю.Г. Визначення пошкодженого приєднання при замикання на землю в кабельних мережах. - Електричні станції, 1965 № 7, с.60 64. 21. ДСТУ 3681-98 Сумісність технічних засобів електромагнітна. Стійкість до дії грозових розрядів. Технічні вимоги та методи випробувань 101 22. Сирота І.М., Кісленко С.М., Михайлов О.М. Режимі нейтралі електричних мереж. - Київ: Наукова Думка, 1985. 23. MATLAB. The Language of Technical Computing. Using MATLAB. The Math Works, Inc. USA, 2000. 24. Shirkovets, А. Transient Processes at Single Phase-to-Ground Faults in Combined Grounded Networks / А. Shirkovets, А. Vasilyeva, А. Telegin, L. Sarin // Electric Power Quality and Supply Reliability : Proceedings of PQ2012 8th International Conference, Tartu, Estonia, June 11-13, 2012. — Tallinn : Tallinn University of Technology, 2012. - P. 215-221. 25. Шуляк В.Г. Дослідження релейних захистів від однофазних замикання на землю в мережах із ізольовані нейтралью // Дис. … канд. техн. наук. - Новочеркаськ, Новочеркаськ. політехн. ін-т, 1968. 26. Azari M., Ojaghi M., Mazlumi K., An Enhanced Adaptive Algorithm to Mitigate Mis-coordination Problem of the Third Zone of Distance Relays. Journal of Applied Research and Technology, Volume 13, Issue 1,Feb. 2015, рр. 87-96. 27. Ricardo G., Francisco R. B., Emilio R., Carlos A. P. A Novel Ground Fault Non-Directional Selective Protection Method for Ungrounded Distribution Networks, Energies 2015, 8, рр. 1291-1316. 28. Ou, T.C. Ground fault current analysis with a direct building algorithm for microgrid distribution. Int. J. Electr. Power Energy Syst. 2013, 53, pp. 867–875. 29. Папуша В.Л. Метод вимірювання діелектричних характеристик ізоляції кабелів / В.Л. Папуша, І.Б. Семко / Збірник тез доповідей студентської науково-практичної конференції ЧДТУ: 18–20 квіт. 2023 р. [Електронний ресурс] / [упоряд.: Єгорова О. В., Захарова О. В., Кисельов В. Б. та ін.]; М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси : ЧДТУ, 2023.– С. 210.