Влияние нелинейности компенсирующего дросселя на величину тока утечки

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.3:622

Донецкий национальный технический университет, г.Донецк, Украина

Влияние нелинейности компенсирующего дросселя на величину тока утечки

Сорочка Л.А., студент; Белинская И.И.,

ассистент.; Чорноус Е.В., ассистент.

Целью данной статьи является исследование влияния нелинейности компенсирующего дросселя на величину тока утечки.

В настоящее время одним из основных средств по обеспечению безопасной эксплуатации электрооборудования являются устройства контроля изоляции и защитного отключения, содержащие дроссель для автоматической компенсации емкостной составляющей тока утечки на землю. Индуктивность такого дросселя регулируется в зависимости от длины кабельной сети путем подмагничивания постоянным током. Как и любой нелинейный элемент, дроссель со стальным сердечником является источником высших гармоник тока, которые могут не только снизить его компенсирующие свойства, но и усугубить тяжесть поражения человека, случайно оказавшегося под напряжением шахтной сети.

Предварительные исследования [2] указывают на то, что наиболее значимой из составляющих тока дросселя является третья гармоника, которая через фильтр нулевой последовательности и далее через емкости “фаза кабеля - земля“, замыкается на землю. Часть этой составляющей проходит через тело человека, сопротивление которого параллельно суммарной емкости сети. Для оценки её влияния на тяжесть поражения человека необходимо определить долевое значение третьей гармоники в составе тока утечки. дроссель ток утечка однофазный

Полученные в [3] математические модели участковой сети в режиме однофазной утечки, позволили получить функциональные зависимости, тока дросселя I_Д и тока утечки I_h от индуктивности дросселя L/L₀ и емкости сети С:

I_Д = f(L/L₀, C); (1)

I_h = f(L/L₀, C). (2)

Графическое представление зависимостей (1, 2) приведено на рис. 1 и рис. 2.

Рисунок 1. Зависимости тока дросселя от величины его индуктивности и емкости сети.

Рисунок 2. Зависимости тока утечки от индуктивности дросселя и емкости сети.

Вместе с тем, моделирование компенсирующего дросселя [2] позволило установить зависимость его тока I_Д и мдс управляющего подмагничивания F₀ от значения его индуктивности L/L₀:

I_Д = f(F₀); (3)

L/L_мах,= f(F₀); (4)

Графическое представление зависимостей (3 и 4) приведено на рис. 3.

Выполненный гармонический анализ тока дросселя позволил определить часть третьей I⁽³⁾_Д (а также пятой и седьмой) гармоник в составе тока дросселя в зависимости от величины подмагничивания:

I⁽³⁾_Д/I_Д= f(F₀).(5)

Основные результаты гармонического анализа приведены на рис. 4. Как и ожидалось, среди высших гармоник в составе токе преобладает третья, которая по действующему значению достигает 16% по отношению к результирующему току дросселя.

Рисунок 3. Зависимости эквивалентной индуктивности L/L_макс и действующего значения тока дросселя I_Д от величины управляющей намагни-чивающей силы F₀.

Рисунок 4. Зависимости высших гармонических составляющих тока дросселя I⁽ⁿ⁾/I_Д от значения управляющей намагничивающей силы F₀. (n = 3, 5, 7)

По отношению к высшим гармоникам дроссель можно рассматривать как генератор тока. А часть третьей гармоники, замыкающейся через тело человека, найдём по формуле:

.(6)

Таким образом, приведенные функциональные зависимости (1 - 6) позволяют количественно оценить долевую часть третьей, наиболее выраженной высшей гармонической составляющей в составе тока утечки. Основные результаты этого анализа приведены на рис. 5.

Рисунок 5 - Основные гармонические составляющие (действующие значения) тока через тело человека. 1 - первая гармоника; 2 - третья гармоника; 3 - результирующий ток через тело человека. Условия численного эксперимента: С = 1 мкФ/фазу; насыщение дросселя максимально; его добротность Q = 25; доля третьей гармоники в составе его тока - 15 %

Таким образом, результаты выполненного исследования можно считать аналитическим доказательством возможности применения нелинейного компенсирующего дросселя для решения задачи автоматической компенсации емкостной составляющей тока утечки. Существенное (не менее чем в 2 раза) уменьшение тока утечки перекрывает “добавку“, вносимую третьей гармоникой и составляющую от 2 до 5 %.

Из зависимости видно, что при максимальной емкости сети ток через тело человека составляет от 28 до 32 мА, причем, долевая часть третьей гармоники в его составе достигает 10 %.

Таким образом, существенное уменьшение тока утечки перекрывает “добавку“, вносимую третьей гармоникой, а влияние нелинейности компенсирующего дросселя на величину тока утечки незначительно.

Литература

Дзюбан В.С. Взрывозащищенные аппараты низкого напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1993.

Белинская И.И. Моделирование управляемой магнитной цепи / И.И. Белинская, Е.В. Чорноус // Электротехнические и электромеханические системы: Материалы Всеукраин. студен. науч.-техн. конф., г. Севастополь, 2-5 апреля 2007 г.-- Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2007.-- С. 38-39.

Ковалев А.П., Чорноус В.П., Чорноус Е.В. Математическое моделирование процессов в сети 660 В с изолированной нейтралью при компенсации токов утечки на землю // Электричество № 2/2004 С. 18-24.

Размещено на Allbest.ru