СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ
С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
Цель работы: разработка последовательности действий для определения параметров электрической сети среднего класса напряжения с изолированной нейтралью (без дугогасящего реактора).
Приборы и оборудование: вольтметры контроля изоляции, асимметрирующий конденсатор необходимой емкости.
Принцип действия.
Способ основан на измерении напряжений фаз относительно земли вольтметрами контроля изоляции с последующим расчетом искомых параметров.
Рассмотрим схему замещения сети (рис. 1), где Еа, Ев, Ес – фазные ЭДС, C, g – емкостная и активная проводимости фазы соответственно.
Для данной схемы можно записать системы уравнений по законам Ома и Кирхгофа:
где 
- суммарная проводимость фазы,
- проводимость асимметрирующего конденсатора, включенного в фазу В и предназначенного для создания несимметрии сети определенной величины, не превышающей 30% от фазного напряжения в течение одного часа. Данная несимметрия необходима для определения (расчета) параметров сети. Выбор емкости конденсатора производится по табл. 1 с использованием формулы (*) (ПРИЛОЖЕНИЕ 1).
По первому закону Кирхгофа можно записать
Далее
Раскрыв скобки и удалив симметричные составляющие (в случае нулевой естественной несимметрии), имеем:
или
(*)
Полученный результат показывает, что вектор напряжения на нейтрали 
в сети с идеальной изоляцией (когда составляющая 
равна нулю) сонаправлен с вектором фазной ЭДС 
(рис. 2а). В реальной сети вектор будет опережать вектор (рис. 2б) (векторные диаграммы на рис. 2 соответствуют включению конденсатора Co в фазу В). Зная параметры (длину и направление) вектора , можно определить параметры сети, а именно емкостную и активную проводимости сети, и как следствие емкостные и активные токи при однофазном замыкании на землю (ОЗЗ).
Рис. 2а Рис. 2б
Параметры вектора можно определить, используя показания вольтметров контроля изоляции, являющихся принадлежностью любой сети 6-35 кВ. Рассмотрим векторную диаграмму фазных напряжений сети (рис. 3) для произвольного вектора . Диаграмма помещена в декартову систему координат 
, в которой 
- ось действительных значений (+1), 
- ось мнимых значений (+j). Задача сводится к нахождению координат точки N (напряжение смещения нейтрали).
Для этого составим уравнения окружностей с центрами в точках Еа, Eb и Ec и радиусами 
.
Рис. 3
Решая данную систему уравнений, находим координаты вектора по известным фазным напряжениям.
По найденным координатам легко найти амплитуду и угол .
Для определения параметров сети необходимо решить уравнение (*), связывающее вектор ЭДС фазы, в которую включен асимметрирующий конденсатор Co, и уже найденный вектор напряжения на нейтрали сети .
где оператор 
, амплитуда и фаза относительно ЭДС фазы В которого равны
(**)
(**)
По найденным фазам определяются активная и емкостная 
проводимость сети, и, следовательно, активная и емкостная составляющая тока ОЗЗ (
и 
):
Тангенс-дельта изоляции сети 
.
Измерение параметров сети разберем на примере низковольтной модели сети «НТБЭ».
Исходные данные:
· «предполагаемая» емкость сети – 15 мкФ
· асимметрирующий конденсатор Co емкостью 1,603 мкФ
1. Опыт № 1 – измерение фазных напряжений до включения асимметрирующего конденсатора Co с целью определения вектора напряжения естественной несимметрии 
.
Определяем координаты вектора по выражениям
Модуль и угол :
относительно фазы А. Вектор отстает от фазы А на 49 градусов.
Степень естественной несимметрии в данной сети равна
.
2. Опыт №2 – измерение фазных напряжений после включения асимметрирующего конденсатора Co с целью определения вектора напряжения суммарной несимметрии 
.
Координаты вектора
Модуль и угол :
относительно минус EА (рис. 4)
Рис. 4 Вектора естественной и суммарной несимметрии
(не в масштабе)
3. Найдем координаты вектора искусственной несимметрии 
, который равен векторной разности суммарной и естественной несимметрии.
Модуль и угол :
относительно минус EА.
Далее находим параметры сети, используя зависимость между ЭДС фазы В и напряжением искусственной несимметрии (*, **):
Упростив формулы в виде
,
находим емкостную и активную проводимости сети
Тангенс-дельта изоляции сети определяется как
Токи ОЗЗ в низковольтной модели сети
Проведение серии опытов увеличивает точность определения токов ОЗЗ. Для примера ниже показаны результаты пяти измерений на низковольтной модели сети с «предполагаемой» емкостью 12 мкФ, Co=1,603 мкФ. Измерения проведены 11.06.2010 в период времени с 10.40 по 12.00 интервалами 20 минут. Измерялись фазные напряжения до и после включения Co. Рассчитывались параметры вектора искусственной несимметрии, а затем и средние величины активной проводимости (3g) и емкости (3C) сети, отклонение и дисперсия. Результаты измерений приведены в ПРИЛОЖЕНИЯХ 2, 3. Они показывают, что для определения только емкостного тока ОЗЗ достаточно одной серии измерений (до и после включения Co). Однако для определения активного тока ОЗЗ, когда крайне важен угол сдвига фаз 
, необходима серия опытов для увеличения точности расчетов (отклонение активного тока от его средней величины много больше отклонения емкостного тока от его средней величины, см. ПРИЛ. 2, 3)
Таким образом, данный способ определения параметров сети обладает следующими преимуществами:
· достаточная точность вследствие использования величин фазных напряжений для определения напряжения на нейтрали сети. Точность повышается при увеличении емкости асимметрирующего конденсатора Co за счет уменьшения влияния естественной несимметрии сети.
· для проведения замеров из дополнительного оборудования требуется только внешний асимметрирующий конденсатор Co определенной емкости.
· позволяет определить и активную, и емкостную составляющую тока ОЗЗ.
Из недостатков способа можно выделить невозможность учета высших гармонических составляющих, влияющих на реально протекающий ток ОЗЗ.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
№1 | №2 | №3 | №4 | №5 | ПРИЛОЖЕНИЕ | 2 | ||||||||||
C=мкФ | 12 | C=мкФ | 12 | C=мкФ | 12 | C=мкФ | 12 | C=мкФ | 12 | |||||||
Co=мкФ | 1,603 | Co=мкФ | 1,603 | Co=мкФ | 1,603 | Co=мкФ | 1,603 | Co=мкФ | 1,603 | |||||||
время | 10,4 | 11 | 11,2 | 11,4 | 12 | |||||||||||
без Co | с Co | без Co | с Co | без Co | с Co | без Co | с Co | без Co | с Co | |||||||
Ua | 241 | 256,5 | 240,7 | 256 | 240,9 | 256,6 | 240,7 | 256,8 | 238,6 | 254,2 | ||||||
Ub | 241,2 | 212 | 241,2 | 211,3 | 241,3 | 211,7 | 240,7 | 211,3 | 238,9 | 209,7 | ||||||
Uc | 242,9 | 259,5 | 242,5 | 258,2 | 242,6 | 259,3 | 242,5 | 259,3 | 241,2 | 257,3 | ||||||
x | 0,70049 | -13,256 | 0,7666 | -13,616 | 0,70008 | -13,492 | 0,60075 | -13,753 | 0,96753 | -13,2126 | ||||||
y | -0,9829 | -26,642 | -0,7517 | -26,285 | -0,7516 | -26,685 | -1,0405 | -26,894 | -1,3306 | -26,6931 | ||||||
mod UN | 1,20698 | 29,7579 | 1,0737 | 29,602 | 1,02717 | 29,902 | 1,20149 | 30,206 | 1,64517 | 29,7841 | ||||||
arg UN | 65,4761 | 3,54788 | 75,562 | 2,6146 | 72,9656 | 3,1785 | 60 | 2,915 | 66,0227 | 3,66537 | ||||||
Eф | 241,7 | 242,667 | 241,47 | 241,83 | 241,6 | 242,53 | 241,3 | 242,47 | 239,567 | 240,4 | ||||||
нес% | 0,49937 | 12,2629 | 0,4447 | 12,241 | 0,42515 | 12,329 | 0,49792 | 12,458 | 0,68673 | 12,3894 | ||||||
x иск | -13,956 | -14,383 | -14,192 | -14,354 | -14,1802 | |||||||||||
y иск | -25,66 | -25,533 | -25,933 | -25,853 | -25,3625 | |||||||||||
mod Unиск | 29,2094 | 29,305 | 29,563 | 29,571 | 29,0574 | |||||||||||
arg UN иск | 61,4584 | 60,607 | 61,31 | 60,96 | 60,7905 | |||||||||||
arg W(D) отн. ЕВ | 1,45838 | 0,6072 | 1,31 | 0,9604 | 0,79047 | |||||||||||
mod W(D) | 0,12037 | 0,1212 | 0,1219 | 0,122 | 0,12087 | |||||||||||
дисперсия | отклонение | |||||||||||||||
3C | мкФ | 11,7101 | 11,625 | 11,545 | 11,539 | 11,6578 | средн. 3С | 11,61524 | 0,0054 | 0,0736 | ||||||
1 | ||||||||||||||||
3g | мкСм | 106,481 | 44,041 | 94,451 | 69,21 | 57,4794 | средн. 3g | 74,33239 | 666,54 | 25,817 | ||||||
tgδ | 0,02894 | 0,0121 | 0,026 | 0,0191 | 0,01569 | средн. tgδ | 0,020366 | |||||||||
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
