Dispositivos para localização de falhas em linhas elétricas aéreas

Nas redes elétricas, os dispositivos para determinação dos locais de falha são difundidos, principalmente em linhas aéreas de energia tensão de 10 kV e mais, com base na medição dos parâmetros do modo de emergência. Esses dispositivos podem ser divididos em dois grupos principais, destinados a localizar locais de danos em caso de curto-circuito e aterramento.

Determinação dos locais de falha no caso de um curto-circuito

Determinar a localização de um curto-circuito nas linhas é particularmente importante, uma vez que a interrupção da linha em caso de danos permanentes está associada a subfornecimento de energia elétrica e danos materiais aos consumidores. Nesses casos, agilizar a busca por danos tem grande efeito econômico.

Dispositivos para acelerar a busca e determinar a localização de curtos-circuitos de acordo com o princípio de operação, podem ser divididos em dois subgrupos:

1) dispositivos de fixação para determinar a distância até o local do dano, medição automática e fixação das grandezas elétricas relevantes durante a operação de emergência;

2) dispositivos para determinar seções de linhas danificadas (sensores de rede, indicadores de curto-circuito, monitoramento automático e correção de mudanças nos valores elétricos durante a operação de emergência).

Vários tipos de dispositivos de fixação foram desenvolvidos, alguns dos quais estão em operação bem-sucedida. Nas redes de distribuição rural com tensão de 10 kV, são utilizados dispositivos do tipo FIP (FIP-1, FIP-2, FIP-F), LIFP, etc. O dispositivo do tipo FMK-10 também é amplamente utilizado.

Dado que os dispositivos de fixação fornecem medição automática e fixação de grandezas elétricas durante um curto-circuito, eles devem atender a certos requisitos, em particular os seguintes: a medição deve ser concluída antes de desconectar as seções danificadas da linha da proteção do relé, ou seja, em cerca de 0,1 s, o dispositivo deve manter o valor da grandeza elétrica fixa por um tempo suficiente para a chegada na subestação (sem plantão permanente) da equipe operacional de campo, ou seja, não inferior a 4 horas, o início seletivo automático dos dispositivos deve ser fornecido, de modo que o valor observado seja fixado apenas em caso de paradas de emergência das linhas, o dispositivo deve fornecer uma certa precisão de medição (geralmente o erro de medição relativo não deve exceder 5%) etc.

Uma das opções mais simples para fixar dispositivos - um dispositivo de medição de corrente de curto-circuito... Além disso, para determinar a distância até o local do curto-circuito, você pode resolver o problema, ao contrário do que é levado em consideração ao calcular a corrente de curto-circuito, e os valores conhecidos de corrente e tensão de resistência de curto-circuito ao ponto de curto-circuito devem ser determinados com precisão. Conhecendo esta resistência, não é difícil, com parâmetros de rede conhecidos, encontrar a distância até o ponto de curto-circuito.

Os mais comuns são dispositivos de fixação com os chamados memória elétrica... Eles são baseados no uso de um capacitor de armazenamento. Além disso, durante um processo de curto-circuito, o capacitor de armazenamento é rapidamente carregado para uma tensão proporcional ao valor da corrente de curto-circuito detectada (ou tensão correspondente). Então, na próxima etapa, o leitor é conectado ao capacitor de armazenamento que controla o elemento de memória de longo prazo. Dessa forma, os requisitos acima para medição rápida são garantidos antes que a linha seja desligada sob a ação da proteção do relé e a capacidade de manter um valor fixo por um longo período de tempo.

Com base nesse princípio, foram desenvolvidos os dispositivos acima do tipo FIP, que encontraram aplicação em redes rurais de 10 kV.

Para facilitar o uso prático de dispositivos que são fixos em corrente de curto-circuito, de forma que não seja necessário realizar cálculos todas as vezes em emergência, curvas de corrente de equilíbrio.Ao mesmo tempo, as correntes de curto-circuito são calculadas antecipadamente para um número suficientemente grande de pontos em cada linha de saída e, de acordo com os resultados do cálculo, uma corrente equivalente é aplicada ao circuito de linha. curvas da parte principal da linha e ramos com valores iguais de correntes de curto-circuito. Depois que o dispositivo corrige determinado valor de corrente de curto-circuito, de acordo com o diagrama de linha com curvas de corrente de equinócio, ele determina diretamente a área de busca de falha.

Os dispositivos mais simples do tipo FIP, no entanto, registram a corrente de curtos-circuitos têm uma série de desvantagens, incluindo as seguintes: para determinar a distância ao ponto de curto-circuito, cálculos adicionais ou construção preliminar de curvas de corrente igual, a precisão de medição (erro do instrumento) é afetado pela resistência de contato no local da falha (principalmente a resistência do arco), o nível de tensão da rede, o valor da corrente de carga (o dispositivo realmente mede a carga total e a corrente de curto-circuito), etc. .

Os ohmímetros de fixação são mais perfeitos, especialmente aqueles que medem a reatância. Ao medir a resistência, ou seja, a relação entre tensão e corrente, é possível reduzir significativamente o efeito da alteração dos níveis de tensão na precisão da medição. A medição da reatância também reduz o efeito da resistência do arco em um ponto de curto-circuito, que é mais ativo, e permite o preenchimento de uma escala instrumentada em quilômetros. Se, além disso, os dispositivos medirem a corrente de carga anterior ao modo de curto-circuito, torna-se possível levar em consideração e reduzir consequentemente a influência da corrente de carga.

Um ohmímetro, ao contrário de amperímetros e voltímetros de fixação, mede não uma, mas duas quantidades (corrente e tensão) que são alimentadas em sua entrada. Para reduzir o efeito de derivação da carga, pode-se medir separadamente a corrente de carga anterior à ocorrência de um curto-circuito. Todos esses valores são fixados (lembrados) de acordo com o princípio discutido acima (neste caso, as correntes são pré-convertidas em tensões proporcionais a elas) e, a seguir, por meio de circuitos especiais (blocos de conversão), são convertidos em sinais proporcional à resistência (total, reativa, levando em consideração a corrente da carga anterior) etc.). Dado que a resistência reativa (indutiva) das linhas depende pouco da área da seção transversal dos fios utilizados, as escalas desses dispositivos são graduadas em quilômetros. Tais dispositivos incluem ohmímetros de fixação como FMK-10, FIS, etc.

Dispositivos para detectar linhas aéreas danificadas

Com a ajuda de tais dispositivos, você pode determinar a direção de busca de pontos de curto-circuito em linhas aéreas com tensão de 10 a 35 kV. Os dispositivos, via de regra, são instalados no ramal da linha — no primeiro suporte após o ponto de conexão. Registram a ocorrência de um curto-circuito quando este ocorre em um ramal ou trecho da linha principal para o ponto de instalação do dispositivo. Ao procurar um curto-circuito na linha quebrada, eles recebem informações desses dispositivos sobre a presença (o dispositivo é acionado) ou ausência (não funciona) de um curto-circuito atrás do local de sua instalação.Nas redes elétricas, indicadores de áreas danificadas do tipo UPU-1 e indicadores de curto-circuito mais avançados e confiáveis ​​​​do tipo UKZ são amplamente distribuídos.

O indicador corrige a ocorrência de um curto-circuito ao usar um sensor de corrente magnética (indução) instalado na área dos fios, mas sem conexão direta com eles. Um indicador fornece informações sobre todos os tipos de curto-circuito fase-fase.

O indicador do tipo UKZ é feito em forma de unidade executiva contendo, além do sensor magnético, um circuito eletrônico de controle e um indicador magnético.

Se ocorrer um curto-circuito atrás do local de instalação, ele é acionado pela corrente de pico do curto-circuito, como resultado, a bandeira indicadora vira para o observador com um lado pintado em cor laranja brilhante e permanece nesta posição se a linha for interrompida por a proteção.

Após a ativação da linha (no fechamento automático bem-sucedido ou após a remoção da falha), o sinalizador retorna automaticamente à sua posição original. O retorno da bandeira é devido à seleção capacitiva da tensão da rede usando o conversor de antena.

A instalação de sinais permite que o pessoal de serviço, se a linha estiver danificada, o pessoal ignore os pontos de ramificação e depois de determinar uma área danificada, ignore para encontrar apenas a área danificada em curto-circuito, não a linha inteira. Recomenda-se definir ponteiros tanto na ausência quanto na presença de dispositivos de fixação para determinar a distância até o ponto de curto-circuito.No segundo caso, os ponteiros são busca acelerada devido ao fato de que, devido ao ramal das linhas rurais, os dispositivos de fixação das leituras de 10 kV determinam não um, mas, via de regra, vários pontos de curto-circuito (no tronco e em vários ramais).

Dispositivos para determinar a localização de um curto-circuito à terra monofásico

Falhas à terra monofásicas são o tipo de falta mais comum. Em redes de distribuição rurais de 10 kV operando com um neutro isolado, faltas à terra monofásicas acompanhadas por correntes relativamente baixas não são curtos-circuitos. Portanto, quando ocorrerem, é permitido não desligar a linha pelo tempo necessário para reparar a falha.

No entanto, é necessário localizar e reparar falhas o mais rápido possível, pois uma falha à terra monofásica pode se tornar bifásica. Este último é um curto-circuito e será desativado pela proteção, resultando em um corte de energia aos usuários.

Além disso, são possíveis danos ao solo, por exemplo, quando um fio se rompe e cai no chão, o que é muito perigoso para a vida de pessoas e animais. Ao mesmo tempo, falhas de aterramento podem ocorrer como resultado de danos ocultos, por exemplo, devido a isoladores rachadosquando não há sinais externos de curto-circuito e é muito difícil de detectar visualmente. Portanto, foram desenvolvidos dispositivos especiais - dispositivos portáteis que facilitam e agilizam a localização do local do dano.

Princípio de funcionamento de dispositivos portáteis utilizados em redes elétricas com tensão de 10 kV, baseado na medição das componentes harmônicas mais altas da corrente de falta à terra.O nível significativamente mais alto de harmônicos no espectro de correntes de falta à terra em comparação com as correntes de carga garante a operação eficiente desses dispositivos.

Nas redes elétricas rurais de 10 kV, dispositivos do tipo “Search” (descontinuado) e mais avançados “Wave” e “Probe”. Nos dispositivos "Search" e "Wave", os elementos principais são um sensor magnético (indutivo) que detecta o aparecimento (aumento de amplitude) de componentes harmônicos da corrente, um filtro com harmônicos mais altos que passa aqueles para os quais o dispositivo está configurado, o amplificador fornece o ganho de sinal necessário e um dispositivo de medição que produz o sinal resultante.

A localização da falta à terra na linha é determinada da seguinte forma. Se o desvio de linha começa na subestação, as medições são feitas na saída da linha da subestação, colocando o dispositivo sob a linha. A linha quebrada é determinada pelo desvio máximo da agulha do dispositivo de medição. Ao fazer medições nos pontos de ramificação da linha danificada, a ramificação danificada ou seção do tronco é determinada da mesma maneira. Atrás da localização da falta à terra, as leituras do dispositivo diminuem drasticamente, o que determina o ponto de falha.

O dispositivo «Probe» é um dispositivo direcional, ou seja, fornece não apenas a determinação da localização da falta à terra, mas também a direção da busca, o que é interessante se a busca não começar na subestação, mas em algum ponto da linha danificada. Seu funcionamento é baseado na comparação das fases de tensão e corrente do 11º harmônico (550 Hz).Portanto, além dos elementos básicos indicados, a "Probe" possui um órgão de comparação de fase e o dispositivo de medição de saída possui uma escala com zero no meio.