Казахской академии транспорта

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
130
УДК 621.316.925 
Ефимова  Ольга  Николаевна – доцент  (г.  Алматы,  Алматинский  университет 
энергетики и связи) 
Овчинникова  Ольга  Владимировна – магистрант  (г.  Алматы,  Алматинский 
университет энергетики и связи) 
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДОВ ЗАЩИТ КАБЕЛЬНЫХ 
ЛИНИЙ 
В  настоящее  время  подавляющее  большинство  распределительных  электрических 
кабельных  сетей 6-10 кВ  городов  и  промышленных  предприятий  Казахстана  имеют 
большие емкостные токи замыкания на землю. 
Сейчас  предложен  и  применяется  новый  режим  заземления  нейтрали - 
комбинированное  заземление  нейтрали,  заключающийся  в  том,  что  параллельно 
дугогасящему  реактору  подключается  резистор,  создающий  дополнительную  активную 
составляющую  тока,  равную 10-20% от  суммарного  емкостного  тока  однофазного 
замыкания сети. При этом имеет место эффект снижения перенапряжений возможных при 
отклонении настройки компенсации емкостного тока от резонансной. 
Выяснение  реальной  картины  физических  процессов,  происходящих  в  сетях  с 
комбинированным  заземлением  нейтрали  при  замыкании  на  землю,  в  общем  случае, 
возможно  при  физическом  или  математическом  моделировании,  а  также  путем 
проведения математических испытаний в смоделированных электрических сетях. 
По  мере  развития  вычислительной  техники  преимущества  и  недостатки 
перечисленных  способов  получения  данных  постепенно  менялись.  До  сравнительно 
недавнего времени, физическое моделирование и натурные испытания были единственно 
возможными  методами  исследования.  Основной  недостаток  этих  методов  заключается  в 
трудности реализации.  
Таким  образом,  представляется  практичным  проведение  на  начальном  этапе 
исследований с применением методов математического моделирования с использованием 
возможностей  современной  вычислительной  техники  для  анализа  изменения 
электрических  величин,  используемых  в  защите  от  замыканий  на  землю,  в  результате 
перехода на комбинированное заземление нейтрали. Очевидно, что для этого необходимо 
разработать  соответствующую  модель  электрической  сети  с  выбранным  режимом 
заземления  нейтрали  с  возможностью  моделирования  в  ней  дугового  перемежающегося 
замыкания. 
Следующим этапом исследований является анализ полученных экспериментальных 
данных  и  спектрального  состава  электрических  величин  нулевой  последовательности, 
используемых  в  защите  от  замыканий  на  землю  при  дуговых  перемежающихся 
замыканиях для исследования и проработки предлагаемых вариантов выполнения защиты. 
Поскольку  один  из  вариантов  выполнения  защиты,  рассматриваемых  в  работе 
основан  на  выделении  активной  составляющей,  то  существенное  влияние  на 
функционировании  защиты  могут  оказывать  погрешности  трансформаторов  тока  и 
напряжения нулевой последовательности, особенно фазовые погрешности. 
Для  количественной  оценки  влияния  погрешностей  трансформаторов  их  модели 
введены  в  модель  сети.  Особенность  работы  трансформаторов  тока  и  трансформаторов 
напряжения  в  данном  случае,  заключается  в  том,  что  первичный  ток  нулевой 
последовательности  и  напряжение  нулевой  последовательности  несинусоидальны  и  их 
спектры  занимают  широкую  полосу  частот.  В  качестве  прототипов  для  моделирования 
были  приняты  кабельный  трансформатор  тока  нулевой  последовательности  типа  ТЗЛМ-

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
131
1УЗ  и  фильтр  тока  нулевой  последовательности,  составленный  из  трех  однофазных 
трансформаторов напряжения 3НОЛ.06-10. 
Моделирование  трансформаторов  было  приведено  на  основе  представления  их 
схемой  замещения.  Расчет  магнитной  системы  и  остальных  элементов  производился  на 
основе заводских конструктивных данных [1-5]. Модели реализованы на базе программы 
Matlab.  
Одними из главных требований, предъявляемых к любой математической модели, 
является простота ее реализации. 
Представим  модель  трехфазной  схемой  замещения,  состоящей  из  источника 
питания,  в  виде  симметричной  системой  электродвижущих  сил  е
А
, e
В
,  е
С
,  и  двух 
отходящих  от  шин  линий.  Заранее  условимся  считать  одну  из  линий  с  емкостью  C
1
 
выделенной  защищаемой  линией,  а  второй  линией  с  емкостью  равной 1 – С
1
  будем 
моделировать  оставшийся  участок  электрической  сети.  Введем  условные  обозначения  и 
обозначим  элементы  сети,  относящиеся  к  первой  линии,  индексом 1, а  элементы 
принадлежащие  второй  линии  обозначим  индексом 2. Место  установки  защиты  на 
защищаемом присоединении показано сечением 1-1. 
Примем, что емкость выделенного присоединения составляет 20% от емкости всей 
сети.  Для  нашего  примера  емкость  выделенного  присоединения  выраженная  в 
относительных  единицах  равна  C
1*
 = 0,2 от  суммарной  емкости  сети,  а  емкость  второй 
линии включающей остальные элементы сети, и обозначенной.за 1-С
1
, равна 0,8.  
 
Рисунок 1 – Схема трехфазной сети с комбинированным заземлением нейтрали с 
сосредоточенными параметрами 
Определение параметров линий емкости фазы электроустановки. 
мкФ
U
I
C
Ф
C
,
10
193
.
9
314
3
10000
3
50
3
6
−
Π
Σ
ΣΦ
⋅
=
⋅
=
=
ω
                                       (1) 
где, Uф - фазное  напряжение,  В; I
EC
 – полный  емкостной  ток  сети,  А: 
ΣΦ
Π
Σ
=
C
U
I
Ф
C
ω
3
; ώ
P
 – коэффициент затухания = 314. 
  Определим фазные емкости для линий обозначенных за С
1*
 и 1 – С
1*
: 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
132
мкФ
C
C
6
6
1
10
839
.
1
10
193
.
9
2
.
0
2
.
0
−
−
ΣΦ
Φ
⋅
=
⋅
⋅
=
⋅
=
                                       (2) 
мкФ
C
C
6
6
2
10
354
.
7
10
193
.
9
8
.
0
8
.
0
−
−
ΣΦ
Φ
⋅
=
⋅
⋅
=
⋅
=
                                     (3) 
  Согласно экспериментальным данным, с достаточно высокой точностью значение 
междуфазных емкостей линий можно принять равным 
Φ
ΜΦ
÷
=
C
C
3
.
0
25
.
0
: 
мкФ
C
C
Ф
6
6
1
1
10
598
.
4
10
839
.
1
25
,
0
25
.
0
−
−
ΜΦ
⋅
=
⋅
⋅
=
⋅
=
                                     (4) 
мкФ
C
C
Ф
6
6
2
2
10
838
,
1
10
345
,
7
25
,
0
25
.
0
−
−
ΜΦ
⋅
=
⋅
⋅
=
⋅
=
                                  (5) 
  Расчет  продольных  индуктивностей  и  активных  сопротивлений  фаз  для  линии  с 
собственной емкостью 0,8С
ЕФ
: 
(
)
Гн
C
L
Ф
P
6
6
2
2
2
2
10
827
,
3
10
345
,
7
30000
2
1
1
−
−
⋅
=
⋅
⋅
⋅
⋅
=
=
π
ω
                                    (6) 
Ом
L
R
P
16
.
2
10
827
.
3
2
30000
2
5
.
1
2
6
2
2
=
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
⋅
=
−
π
δ
                                 (7) 
  Для выделенной линии с собственной емкостью 0,2С
ЕФ
: 
(
)
Гн
C
L
Ф
P
6
6
2
1
2
1
10
531
,
1
10
839
,
1
30000
2
1
1
−
−
⋅
=
⋅
⋅
⋅
⋅
=
=
π
ω
                             (8) 
Ом
L
R
P
65
,
8
10
531
,
1
2
30000
2
5
.
1
2
6
1
1
1
=
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
⋅
=
−
π
δ
                             (9) 
где ώ
Р
 – резонансная частота собственного контура; δ
Р
 – коэффициент затухания. 
Индуктивности и активное сопротивление источников питания равны: 
(
)
Гн
C
L
Д
ИСТ
4
2
6
2
.
10
021
,
1
3000
2
10
193
,
9
3
1
3
1
−
−
ΣΦ
Φ
⋅
=
⋅
⋅
⋅
⋅
=
⋅
=
π
ω
                     (10) 
Ом
L
R
ИСТ
Ф
Д
ИСТ
Ф
849
,
0
10
021
,
1
2
4159
2
4
.
.
=
⋅
⋅
⋅
=
⋅
=
−
δ
                             (11) 
где  ώ
Д
 – резонансная  частота;  δ
Д
 – коэффициент  затухания  процесса  дозаряда 
емкостей неповрежденных фаз. 
  Проводимость изоляции фазы для линии 1: 
Ом
G
4
6
1
10
772
.
5
10
839
.
1
314
03
.
0
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
−
                                              (12) 
  Проводимость изоляции фазы для линии 2: 
Ом
G
4
6
2
10
443
,
1
10
354
,
7
314
03
.
0
⋅
=
⋅
⋅
⋅
=
−
                                               (13) 
  На  работу  защиты,  безусловно,  будут  оказывать  влияние  угловые  погрешности 
трансформаторов  тока  и  напряжения  нулевой  последовательности.  Для  оценки  этого 
влияния  расчетные  эксперименты  на  модели  проводятся  без  учета  погрешностей 
трансформатора тока и напряжения нулевой последовательности и с их учетом. 
  При  проведении  экспериментов  с  включением  в  модель  трансформаторов  тока  и 
напряжения нулевой последовательности из-за влияния их погрешностей (см. рисунок 2 и 
3)  значение  формируемого  сигнала  изменяется.  На  неповрежденной  линии  может 
изменяться и знак выходного сигнала. 
Выходной  сигнал  на  поврежденной  линии  при  учете  влияния  погрешностей 
трансформаторов  тока  и  напряжения  нулевой  последовательности  устойчиво  сохраняет 
знак и намного больше абсолютной величины сигнала на неповрежденной линии, поэтому 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
133
в  качестве  признака  поврежденной  линии  практически  возможно  использовать  фактор 
превышения  сигналом  заданной  установки.  Для  повышения  надежности  защиты  знак 
сигнала,  который  стабилен  в  поврежденной  линии,  можно  использовать  как 
дополнительный повреждающий признак. 
 
а) устойчивое замыкание; б) перемежающее замыкание (n = 1; U
ПР
 = 0,9Uфm).  
--------- при использовании фильтра низких частот;                при использовании полосовых 
фильтров. 
Рисунок 2 – Сигнал, пропорциональный активной составляющей тока в зависимости от 
расстройки компенсации без учета погрешностей трансформаторов тока и напряжения нулевой 
последовательности при β = 0,2; d
N
 = 0,15; d
C
 = 0,5. 
 
а) устойчивое замыкание; б) перемежающее замыкание (n = 1; U
ПР
 = 0,9Uфm).  
--------- при использовании фильтра низких частот;                  при использовании полосовых 
фильтров. 
Рисунок 3 – Сигнал, пропорциональный активной составляющей тока в зависимости от 
расстройки компенсации с учетом погрешностей трансформаторов тока и напряжения нулевой 
последовательности при β = 0,2; d
N
 = 0,15; d
C
 = 0,5. 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
134
Основой для проведения исследований является, описанная выше математическая 
модель. В ней предусмотрена возможность изменения параметров по заданной программе, 
реализующей алгоритм по методу статистических испытаний.  
Для  определения  необходимого  объема  выборки  с  целью  получения 
доверительного  интервала  заданного  размера,  предлагается  использовать  определение 
оценки вероятности ошибки относительной величины ε согласно выражению: 
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
Φ
≈
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−
pq
n
p
n
m
P
ε
ε
p
                                                           (14) 
где  Р – истинная  вероятность  события; m/n – относительная  частота  появления 
события;       Ф(α) – интеграл вероятности; р – вероятность истинного значения событий; q 
– доверительный уровень. 
  Определим необходимый объем выборки при вероятности события равной р = 0,98 
и вероятности возникновения ошибки, не превышающей ε = 0,01 с заданной вероятностью 
β = Ф(α). Определяя из этих выражений 
pq
n
ε
α
=
, находим необходимый объем выборки: 
pq
n
2
2
ε
α
=
.  По  таблицам  интеграла  вероятностей [6-7] при  заданной  вероятности  β = 0,99 
значение α = 2,6. Принимая во внимание, что q = 1 – p, объем выборки должен быть не 
менее:  
1325
98
.
0
02
.
0
01
.
0
6
.
2
2
2
=
⋅
=
n
                                                           (15) 
Определим  выборочное  математическое  ожидание 
X
m
~
,  дисперсию 
X
D
~
, 
среднеквадратичное отклонение 
X
σ
~
, асимметрию 
X
a~
 и эксцесс 
X
e~
по формулам [8-10]: 
∑
−
=
n
n
i
X
x
n
m
1
1
~
                                                                     (16) 
(
)
2
1
~
1
1
~
∑
=
−
−
=
n
i
X
i
X
m
x
n
D
                                                          (17) 
X
X
D
~
~ =
σ
                                                                       (18) 
(
)
(
)
3
1
3
~
~
1
1
~
∑
=
−
−
=
n
i
X
i
X
X
m
x
n
a
σ
                                                           (19) 
(
)
(
)
3
~
~
1
1
~
4
1
4
−
−
−
=
∑
=
n
i
X
i
X
X
m
x
n
e
σ
                                                      (20) 
Рассчитанные  выборочные  параметры  выборки  по  вышеприведенным  формулам 
для исследуемой выборки значений сведены в таблицу 1. 
Таблица 1 – Выборочные параметры распределения исследуемой выборки среднего 
значения  произведения  напряжения  и  тока  нулевой  последовательности  для 
неповрежденной линии, полученные в сети с комбинированным заземлением нейтрали 
Объем выборки, n 
100 
Число степеней свободы, f 
99 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
135
Минимальное значение, Xmin 
-0,11 
Максимальное значение, Хmax 0,049 
Число интервалов, k 
10 
Ширина интервала, h 
0,0159 
Выборочные параметры распределения: 
Математическое ожидание, 
X
m
~
 
-0,02 
Среднеквадратичное отклонение, 
X
σ
~
 
0,021 
Дисперсия, 
X
D
~
 
0,0004 
Асимметрия, 
X
a~
 
-0,215 
Эксцесс, 
X
e~
 
0,728 
В  сети  с  комбинированным  заземлением  нейтрали  подключение  параллельно 
дугогасящему ректору добавочного резистора приводит фактически только к увеличению 
коэффициента  демпфирования  сети d и  к  изменению  распределения  активной 
составляющей  тока  по  элементам  сети.  Это  важное  обстоятельство  при  проведении 
статистических испытаний было учтено, так как расчеты выполнялись на математической 
модели  сети,  исходная  схема  которой  соответствует  режиму  комбинированного 
заземления нейтрали. Поэтому получаемые при статистических испытаниях результаты в 
виде  вероятности  неправильных  действий  защиты  являются  только  лишь  оценочными. 
Основной вывод, который можно сделать по этим результатам, заключается в следующем. 
Если  полученная  вероятность  неправильных  действий  защиты  достаточно  мала,  то  это 
означает,  что  варианты  выполнения  защиты,  предложенные  первоначально  на  основе 
рассмотрения  ограниченного  числа  случаев  перемежающегося  замыкания  в  целом 
являются вполне работоспособными. 
Выводы:
 
1.  Защита, использующая повышенную активную составляющую тока замыкания, 
может  быть  выполнена  на  основе  формирования  среднего  значения  произведения 
мгновенных  значений  тока  и  напряжения  нулевой  последовательности  в  полосе  частот, 
охватывающей промышленную частоту. 
2.  Из-за  влияния  погрешностей  трансформаторов  тока  и  напряжения  нулевой 
последовательности  признак  различия  направлений  активной  составляющей  тока  в 
поврежденной  и  неповрежденных  линиях  нарушается,  но  большое  отличие  абсолютных 
величин  среднего  значения  произведения  мгновенных  значений  тока  и  напряжения 
нулевой последовательности сохраняется. 
3.  Исследование,  выполненное  по  предложенному  варианту  защиты  с  учетом 
случайного  характера  факторов,  влияющих  на  электрические  величины  при 
перемежающихся  дуговых  замыканиях  показало,  что  ожидаемая  вероятность 
неправильных действий защиты невелика и лежит для разных вариантов в пределах от 0 
до 3,13%. 
ЛИТЕРАТУРА 
1.  Сирота  И.М.  Трансформаторы  и  фильтры  напряжения  и  тока  нулевой 
последовательности. – Киев: Наукова думка, 1983. – 268 с. 
2.  Руководство  по  эксплуатации  1СЯ.750.009.  Трансформаторы  напряжения  серии 
3.НОЛ.06 – ОАО «Свердловский трансформаторный завод», 2006 – 17 с. 
3.  Измерительные 
трансформаторы 6-35кВ. 
Каталог / Группа 
компаний 
«Трансформэлектро» - ООО «Электрощит К», 2008. – 61 с. 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
136
4.  Розенблат  М.А.  Магнитные  элементы  автоматики  и  вычислительной  техники. – М.: 
Наука, 1974. – 768 с. 
5.  Кифер И.И. Испытание ферромагнитных материалов. – Л.: Госэнергоиздат, 1962. - 54 с. 
6.  Иоффе  А.Я.,  Куприн  В.Т.  Краткий  справочник  по  вероятностным  и  статистическим 
расчетам. – Л.: Типография ЛВИКА имени А.Ф. Можайского, 1969. – 95 с. 
7.  Афифи А.,  Эйзен  С. Статистический анализ:  Подход с использованием ЭВМ / Пер. с 
англ. – М.: Мир, 1982. – 488 с. 
8.  Айвязан  С.А.  Прикладная  статистика:  основы  моделирования  и  первичная  обработка 
данных. – М.: Финансы и статистика, 1983. – 471 с. 
9.  Бикеп  П.,  Доксам  К.  Математическая  статистика / Пер.  с  англ. – М.:  Финансы  и 
статистика, 1983. – 278 с. 
10. Ежов А.И. Вычисление рядов распределений. – М.: Статистика, 1973. – 158 с. 
 
 
УДК 621.394 (075) 
Жакупов Канат Амантаевич – магистрант (г. Алматы, КазАТК) 
ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ NGN
 В КАЗАХСТАНЕ
 
АО  «Казахтелеком»  занимает  лидирующее  положение  на  телекоммуникационном 
рынке  республики,  имеет  развитую  сеть  центров  по  предоставлению  широкого  спектра 
услуг связи: традиционная телефония и телеграф, передача данных и доступ в Интернет, 
интеллектуальные и спутниковые сети [1]. 
Клиентами компании являются свыше 2,7 млн. физических и юридических лиц. В 
качестве  международного  оператора  АО  «Казахтелеком»  осуществляет  тесное 
сотрудничество  со 154 операторами  дальнего  зарубежья  и 23 операторами  стран  СНГ  и 
Балтии.  АО  «Казахтелеком»  сегодня – это  бизнес  ориентированная  компания, 
стабильность  и  высокая  репутация  которой  ежегодно  подтверждается  аудиторами 
«большой четверки». 
Компания  проводит  активную  работу  по  модернизации  национальной 
информационной  нфраструктуры,  обеспечивает  внедрение  новых  технологий  и 
становление  регионального  рынка  телекоммуникационных  услуг,  создание  единого 
информационного  пространства  и  усиление  позиции  Казахстана  на    международном 
рынке  телекоммуникаций.  Одновременно  с  бизнес-проектами  компания  решает 
социальные задачи по телефонизации сельских населенных пунктов и подключению школ 
к сети Интернет. 
Несмотря  на  стремительное  развитие  мобильной  связи  и  широкие  возможности 
сети  Интернет,  традиционным  средством  коммуникации  все  же  остается  стационарная 
телефонная  связь.  Ее  наличие  является  необходимым  условием  успешной  работы 
предприятий и организаций, существенно повышает комфортность повседневной бытовой 
жизни  людей.  Недостаток  технической  базы,  на  которой  работало  АО  «Казахтелеком»: 
морально  устаревшее  аналоговое  оборудование,  невозможность  расширения  каналов 
связи – привели  к  снижению  качества  предоставляемых  услуг  и  жалобам  со  стороны 
абонентов.  
Кроме того, используемые оборудование и технологии не позволяли предоставлять 
новые услуги. Перед АО «Казахтелеком» встала задача выбора такого решения, которое 
должно  было  учесть  перспективы  развития  телефонной  сети  и  в  технологическом,  и  в 
техническом,  и  в  территориальном  плане.  Это  позволило  бы  компании  сохранить 
абонентскую  базу,  а  также  предложить  на  рынок  новые  услуги  связи  и  усилить  свои 
конкурентные преимущества. 

жүктеу/скачать 8,59 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: