СТРОИТЕЛЬСТВО. Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства
DOI.org/10.5281/zenodo.1408246
УДК 621.316
А.М. Ершов, А.В. Хлопова, А.И. Сидоров
ЕРШОВ АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ – к.т.н., доцент, e-mail: a.m.ershov@mail.ru
ХЛОПОВА АННА ВЛАДИМИРОВНА – ассистент, e-mail: annienergo@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-8048-6148
Кафедра «Электрические станции, сети и системы электроснабжения»
СИДОРОВ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ – д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности», e-mail: bgd-susu@mail.ru
Южно-Уральский государственный университет (Национальный исследовательский университет)
Проспект Ленина, 76, Челябинск, 454080
Моделирование системы обеспечения электробезопасности
при обрыве одной из фаз
Аннотация: Обрывы проводов воздушных линий электропередачи напряжением 10 кВ вызывают снижение качества получаемой потребителями электрической энергии, создают пожароопасные ситуации в зоне повреждения воздушной линии, увеличивают вероятность попадания человека под высокое напряжение, что в большинстве случаев приводит к летальному исходу. В настоящее время в практике эксплуатации электрических сетей отсутствуют устройства своевременного отключения электрической сети при наличии в ней обрыва провода воздушной линии 10 кВ. Для построения защиты, обеспечивающей электробезопасность при обрыве провода, в качестве информационного параметра используют напряжения обратной и нулевой последовательностей, а само устройство защиты устанавливают либо в конце воздушной линии 10 кВ, либо на стороне низшего напряжения понижающего трансформатора 10/0,4 кВ. Для выбора информационного параметра, получения его количественных характеристик и определения места установки защиты проведены исследования напряжений с использованием компьютерного моделирования в программной среде MATLAB и физического моделирования в лабораторных условиях. В статье приводятся результаты исследований напряжений обратной и нулевой последовательности в различных точках электрической сети напряжением 10/0,38 кВ с трансформатором со схемой соединения обмоток «треугольник–звезда с нулем» при обрыве фазного провода воздушной линии напряжением 10 кВ. Показано, что напряжение обратной последовательности более полно характеризует обрыв фазного провода воздушной линии напряжением 10 кВ, чем напряжение нулевой последовательности, причем информация о напряжении обратной последовательности может быть получена как на стороне высшего, так и на стороне низшего напряжения понижающего трансформатора 10/0,4 кВ. Обосновывается установка устройства защиты на стороне низшего напряжения понижающего трансформатора 10/0,4 кВ. Определено значение уставки устройства защиты по напряжению обратной последовательноcти. Проводится сопоставление результатов исследования с результатами, полученными ранее при исследовании напряжений в электрической сети с трансформатором со схемой соединения обмоток «звезда–звезда с нулем».
Ключевые слова: воздушная линия 10 кВ, обрыв провода, устройство защиты, напряжение обратной последовательности, напряжение нулевой последовательности, электробезопасность.
Еrshov A., Khlopova A., Sidorov A.
ALEKSANDR ERSHOV, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, e-mail: a.m.ershov@mail.ru
ANNA KHLOPOVA, Department Assistant, e-mail: annienergo@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-8048-6148
Department of Electric Stations, Networks and Power Supply Systems
ALEKSANDR SIDOROV, Doctor of Engineering Sciences, Professor, Head of Life Safety Department, e-mail: bgd-susu@mail.ru
South Ural State University
National Research University
76, Lenin Av., Chelyabinsk, Russia, 454080
Modelling of the electrical safety system
in case of a phase failure
Abstract: Faulty wires of the overhead power lines at the voltage 10 kV result in reduced quality of the electric power supplied to consumers, fire hazards in the area of the damaged overhead line, and increased risks of electrocution for people which, in most cases, is fatal. At present, the operating electricity networks have no devices of prompt blackouts when there are downed 10 kV power-lines. To create a protection providing electrical safety when wire is faulty, it is negative and zero sequence voltages that are used as information parameters, whereas the device itself is installed either at the end of the overhead 10 kV power lines or on the side of the low voltage of the 10/0.4 kV step-down transformer. To select the information parameter, to obtain its quantitative characteristics, and to determine the location of the protection device, laboratory studies were undertaken on voltages with the use of the computer simulation in the MATLAB software environment and physical modelling. The paper presents the results of the studies of negative and zero sequence voltages at various points in the 10/0.38 kV electric network and a transformer with the winding connection ‘delta-star with zero’ when the 10 kV overhead line is downed. It has been demonstrated that the negative sequence voltage more fully characterises the phase wire breakage of the overhead 10 kV voltage line than the zero-sequence voltage; the information about the negative sequence voltage can be obtained both at the side of a high and a low voltage of the step-down transformer with 10/0.4 kV. The installation of the protection device on the low voltage side of the 10/0.4 kV step-down transformer has been substantiated. Underlined is the importance of the installation of the negative sequence voltage protection device. Compared are the results of the research with those obtained earlier when investigating the voltages in a 10/0.38 kV electric network and the transformer with winding connection ‘star-star with zero’.
Key words: overhead 10kV line, phase failure, protection device, negative sequence voltage, zero sequence voltage.
