Первая полуволна-волна, пятая гармоника или активная составляющая: выбор правильного алгоритма для поиска замыканий на землю
Когда вы подбираете селектор линии замыкания на землю для распределительной сети, вы, вероятно, заметили, что большинство поставщиков указывают в своих таблицах данных одни и те же три алгоритма: первую полуволну-волну, пятую гармонику и активную составляющую. В этих документах редко проясняется, что эти методы не могут быть свободно заменены. Каждый из них надежно работает в определенных условиях эксплуатации, но терпит неудачу в других. Выбор неправильного алгоритма может означать разницу между постоянным выявлением неисправностей и повторной отправкой полевых бригад к неправильному питателю.
Наиболее важным фактором является способ заземления нейтрали вашей системы. В распределительных сетях по всему миру используются самые разные схемы заземления. Страны Северной Европы и Германия в значительной степени полагаются на резонансное заземление, также известное как катушка Петерсена. Еще в 1950-х годах Франция начала устанавливать фиксированные ограничительные резисторы сопротивлением примерно 40 Ом на нейтрали сельских трансформаторов. В сетях среднего-напряжения в Северной Америке обычно используется заземление с низким-сопротивлением, тогда как в Китае преобладают топологии с незаземленным и резонансным-заземлением. Каждая настройка заземления определяет характер тока повреждения, который должен обнаружить ваш детектор.
Переходный подход: первая половина-волны
Когда однофазное замыкание- происходит вблизи пика фазного напряжения, емкость поврежденной фазы разряжается через точку повреждения, а исправные фазы начинают заряжаться. Это генерирует переходный ток нулевой-последовательности. Его первая половина-периода имеет полярность, противоположную токам, наблюдаемым на неповрежденных фидерах -, и это именно то, что обнаруживает алгоритм первой полу-волны.
Самым большим преимуществом этого метода является скорость. Он может сигнализировать о неисправности за долю цикла, прежде чем переходные сигналы затухнут. Его ограничение зависит от ключевого предположения: повреждение должно произойти вблизи пика напряжения. Если неисправность возникает вблизи перехода напряжения через ноль, переходный сигнал становится слишком слабым для надежного сравнения полярностей, и алгоритм может ошибочно определить, какой фидер неисправен. Имитационные испытания показывают, что по мере увеличения переходного сопротивления амплитуда первой полуволны-на неисправном фидере падает, тогда как амплитуды на исправных фидерах увеличиваются. Со временем разница полярностей полностью исчезает.
Несбалансированная емкость системы усугубляет падение производительности-.
В реальных развертываниях первая полуволна-лучше всего подходит для сетей с большим количеством воздушных линий. В таких системах обычно возникают металлические повреждения или повреждения с низким- сопротивлением, возникающие под случайными углами напряжения. Он не идеален для сетей с большим количеством кабелей-или объектов, где часто случаются сбои с высоким-сопротивлением.
Устойчивая-рабочая лошадка штата: пятая гармоника
Резонансно-заземленные сети создают уникальную проблему. Катушка Петерсена настроена на компенсацию основного-частотно-емкостного тока короткого замыкания -, от которого зависит большинство инструментов выбора линии. Но импеданс катушки на пятой гармонике в пять раз превышает ее значение на основной частоте, а емкостное реактивное сопротивление линии падает до одной-пятой. Это означает, что катушка едва компенсирует токи пятой-гармоники, сохраняя знакомые амплитудные и фазовые соотношения между фидерами.
Вот почему обнаружение пятой гармоники стало стандартным выбором для резонансно--заземленных систем. Ток пятой -нулевой-последовательности гармоники на поврежденном фидере равен сумме вкладов всех исправных фидеров и течет в обратном направлении, создавая четкий ориентир для выбора неисправности.
Его основной недостаток – низкая мощность сигнала. Доля пятой гармоники обычно составляет менее 10% тока основной гармоники и уменьшается с увеличением переходного сопротивления. Гармонический шум также вводится нелинейными нагрузками, которые используют одни и те же фидеры с повреждением. Опыт показывает, что если фидер имеет несбалансированную емкость, показания пятой гармоники как неисправного, так и исправного фидера оказываются слишком близкими друг к другу для надежной идентификации неисправности. Этот подход хорошо работает при наличии сплошных разломов или разломов с низким-сопротивлением, однако неточности увеличиваются при разломах с высоким-сопротивлением.
Резистивный сигнал: активный компонент
Алгоритм активного компонента работает по другому принципу. Вместо отслеживания емкостных или гармонических токов он изолирует часть тока нулевой-последовательности, которая совпадает по фазе с напряжением нулевой-последовательности - активной или резистивной составляющей. В системах с -заземленным сопротивлением или установках, сочетающих катушку Петерсена и нейтральный резистор, этот активный компонент появляется только на поврежденном фидере. Исправные фидеры пропускают чисто емкостный реактивный ток.
Эта логика проста, и этот метод позволяет избежать проблемы емкостного подавления тока, которая возникает в резонансных-заземленных сетях без нейтрального резистора. Однако есть одна загвоздка: активный сигнал мал. В поврежденном фидере на него обычно приходится лишь около 10% реактивного тока. При высоком переходном сопротивлении напряжение нулевой-последовательности может упасть ниже 50 % фазного напряжения. Активная составляющая сжимается настолько, что погрешности измерения трансформаторов тока и напряжения становятся сравнимы с самим сигналом. Этот алгоритм хорошо работает, когда нейтраль имеет выделенный резистивный путь к земле -, например, резистор, установленный параллельно или последовательно с катушкой. Резистор усиливает активный сигнал и обеспечивает надежные и однозначные показания.
Схема практического принятия решений
Не существует универсального «лучшего» алгоритма. Правильный выбор зависит от электрических характеристик вашей сети.
- Если ваша сеть незаземлена и неисправности в основном имеют низкое-сопротивление: первая полуволна-обеспечивает быстрый отклик и простую реализацию.
- Если в вашей сети используется катушка Петерсена без нейтрального резистора: пятая гармоника является естественным подходящим вариантом, поскольку она обходит основную-частотную компенсацию катушки.
- Если ваша нейтраль включает в себя заземляющий резистор (либо в качестве первичной схемы заземления, либо в паре с катушкой): активный компонент напрямую использует этот резистор для наиболее надежной селективности. Особенно хорошо он проявляется при разломах среднего-сопротивления, которые составляют большую часть реальных-полевых событий в мире.
Все больше производителей оборудования теперь предлагают устройства обнаружения неисправностей, которые одновременно используют два или более алгоритма. Они объединяют результаты, используя логику взвешенного слияния или голосования. Это практическое инженерное решение, учитывая, что ни один алгоритм не работает оптимально при каждом сценарии неисправности.
При оценке локатора неисправностей спросите своего поставщика, какой алгоритм имеет наибольший вес в конфигурации по умолчанию, и объясните причины этого. Если их ответ не соответствует вашей конкретной топологии заземления, профилю устойчивости к повреждениям и соотношению-кабеля к-накладным расходам, скорее всего, устройство не откалибровано для вашей сети.
