Nửa đầu-Thành phần sóng, sóng hài thứ năm hoặc hoạt động: Chọn thuật toán phù hợp cho bộ định vị lỗi nối đất của bạn
Khi tìm nguồn cung cấp bộ chọn đường dây chạm đất cho mạng phân phối, bạn có thể nhận thấy hầu hết các nhà cung cấp đều liệt kê ba thuật toán giống nhau trên bảng dữ liệu của họ: nửa sóng đầu tiên, sóng hài thứ năm và thành phần hoạt động. Điều mà những tài liệu này hiếm khi làm rõ là những phương pháp này không thể được hoán đổi một cách tự do. Mỗi loại hoạt động đáng tin cậy trong các điều kiện hoạt động cụ thể nhưng lại thất bại ở những điều kiện khác. Việc chọn sai thuật toán có thể tạo ra sự khác biệt giữa việc xác định lỗi một cách nhất quán và việc liên tục cử các đội hiện trường tới nhầm trạm cấp nguồn.
Yếu tố quan trọng nhất là hệ thống của bạn được nối đất như thế nào. Lưới điện phân phối trên khắp thế giới sử dụng nhiều cách bố trí nối đất khác nhau. Các quốc gia Bắc Âu và Đức phụ thuộc rất nhiều vào nối đất cộng hưởng, còn được gọi là cuộn dây Petersen. Trở lại những năm 1950, Pháp đã bắt đầu lắp đặt khoảng 40 điện trở giới hạn cố định trên các dây trung tính của máy biến áp ở nông thôn. Mạng điện áp trung thế-trên khắp Bắc Mỹ thường sử dụng nối đất có điện trở-thấp, trong khi các cấu trúc liên kết nối đất-không cộng hưởng và không nối đất lại phổ biến ở Trung Quốc. Mỗi thiết lập nối đất xác định dấu hiệu dòng điện lỗi mà bộ định vị của bạn cần phát hiện.
Cách tiếp cận nhất thời: Nửa đầu-Làn sóng
Khi xảy ra sự cố một pha ở gần đỉnh điện áp pha, điện dung trên pha sự cố sẽ phóng điện qua điểm sự cố trong khi các pha khỏe mạnh bắt đầu sạc. Điều này tạo ra dòng điện thứ tự 0 tạm thời. Nửa chu kỳ-đầu tiên của nó mang cực tính ngược với dòng điện nhìn thấy trên các bộ cấp nguồn nguyên vẹn - và đó chính xác là điều mà thuật toán nửa sóng-đầu tiên phát hiện được.
Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là tốc độ. Nó có thể đánh dấu lỗi trong một phần của chu kỳ, trước khi tín hiệu nhất thời suy giảm. Hạn chế của nó phụ thuộc vào một giả định quan trọng: sự cố phải xảy ra gần mức điện áp đỉnh. Nếu lỗi bắt đầu gần điểm giao nhau của điện áp bằng 0, tín hiệu nhất thời sẽ trở nên quá yếu để so sánh các cực một cách đáng tin cậy và thuật toán có thể xác định sai bộ cấp nguồn nào bị lỗi. Các thử nghiệm mô phỏng cho thấy rằng khi điện trở chuyển tiếp tăng lên, biên độ sóng nửa-đầu tiên trên bộ cấp nguồn bị lỗi sẽ giảm xuống, trong khi biên độ trên các bộ cấp nguồn khỏe mạnh sẽ tăng lên. Cuối cùng, sự khác biệt về cực tính biến mất hoàn toàn.
Điện dung hệ thống không cân bằng làm cho tình trạng giảm hiệu suất này trở nên trầm trọng hơn-.
Trong triển khai thực tế, nửa sóng-đầu tiên hoạt động tốt nhất đối với các mạng có số lượng lớn đường dây trên không. Các hệ thống này có xu hướng nhìn thấy các lỗi kim loại hoặc điện trở-thấp xảy ra ở các góc điện áp ngẫu nhiên. Nó không lý tưởng cho các mạng lưới cáp-nặng hoặc các vị trí thường xuyên xảy ra lỗi điện trở-cao.
Con ngựa trạng thái ổn định{0}}: Hài âm thứ năm
Lưới nối đất cộng hưởng-tạo ra một thách thức độc đáo. Cuộn dây Petersen được điều chỉnh để bù lại dòng điện sự cố điện dung tần số-cơ bản - mà hầu hết các công cụ chọn đường dây đều phụ thuộc vào tín hiệu này. Nhưng trở kháng của cuộn dây ở sóng hài bậc năm gấp năm lần giá trị của nó ở tần số cơ bản, trong khi điện kháng đường dây giảm xuống một-năm. Điều này có nghĩa là cuộn dây hầu như không bù được dòng điện hài thứ năm{7}}, duy trì mối quan hệ về biên độ và pha quen thuộc giữa các bộ cấp nguồn.
Đó là lý do tại sao việc phát hiện sóng hài bậc năm đã trở thành lựa chọn tiêu chuẩn cho các hệ thống nối đất cộng hưởng. Dòng thứ tự-không hài hòa-thứ năm trên bộ cấp nguồn bị lỗi bằng tổng đóng góp từ tất cả các bộ cấp nguồn khỏe mạnh và chạy theo hướng ngược lại, tạo ra một tiêu chuẩn rõ ràng cho việc lựa chọn lỗi.
Hạn chế chính của nó là công suất tín hiệu thấp. Tỷ lệ các thành phần hài bậc năm thường nhỏ hơn 10% dòng điện sự cố cơ bản và nó giảm khi điện trở chuyển tiếp tăng lên. Nhiễu hài cũng được tạo ra bởi các tải phi tuyến dùng chung các bộ cấp nguồn bị lỗi. Kinh nghiệm cho thấy rằng nếu một bộ cấp nguồn có điện dung không cân bằng thì các số đọc từ hài thứ năm của cả hai bộ cấp nguồn bị lỗi và khỏe mạnh sẽ quá gần nhau để có thể xác định được lỗi một cách đáng tin cậy. Cách tiếp cận này hoạt động tốt với các lỗi có điện trở-rắn hoặc có điện trở thấp, nhưng độ thiếu chính xác sẽ tăng lên ở các lỗi có điện trở-cao.
Tín hiệu điện trở: Thành phần hoạt động
Thuật toán thành phần hoạt động hoạt động theo một nguyên tắc khác. Thay vì theo dõi dòng điện dung hoặc dòng điện hài, nó cô lập phần dòng điện thứ tự 0- thẳng hàng cùng pha với điện áp thứ tự 0-- của thành phần hoạt động hoặc điện trở. Trong các hệ thống hoặc thiết lập nối đất bằng điện trở-kết hợp cuộn dây Petersen và điện trở trung tính, thành phần hoạt động này chỉ xuất hiện trên bộ cấp nguồn bị lỗi. Nguồn cấp điện khỏe mạnh mang dòng điện phản kháng thuần túy.
Logic này rất đơn giản và phương pháp này tránh được vấn đề triệt tiêu dòng điện điện dung gây ra cho lưới điện cộng hưởng{0}}nối đất không có điện trở trung tính. Tuy nhiên, có một nhược điểm: tín hiệu hoạt động nhỏ. Trên bộ cấp nguồn bị sự cố, nó thường chỉ chiếm khoảng 10% dòng điện phản kháng. Trong điều kiện điện trở chuyển tiếp cao, điện áp thứ tự 0{5}}có thể giảm xuống dưới 50% điện áp pha. Thành phần hoạt động co lại nhiều đến mức các lỗi đo từ máy biến dòng điện và điện áp trở nên tương đương với chính tín hiệu. Thuật toán này hoạt động tốt khi dây trung tính có đường điện trở chuyên dụng nối đất -, chẳng hạn như một điện trở được lắp song song hoặc nối tiếp với cuộn dây. Điện trở khuếch đại tín hiệu hoạt động và mang lại kết quả rõ ràng, mạnh mẽ.
Khung quyết định thực tế
Không có thuật toán "tốt nhất" phổ quát. Lựa chọn đúng phụ thuộc vào đặc tính điện của lưới điện của bạn.
- Nếu mạng của bạn không được nối đất và các lỗi chủ yếu có điện trở-thấp: nửa sóng-đầu tiên mang lại phản hồi nhanh và cách triển khai đơn giản.
- Nếu lưới điện của bạn sử dụng cuộn dây Petersen không có điện trở trung tính: sóng hài thứ năm là phù hợp tự nhiên vì nó bỏ qua phần bù tần số-cơ bản của cuộn dây.
- Nếu dây trung tính của bạn bao gồm điện trở nối đất (dưới dạng sơ đồ nối đất chính hoặc ghép nối với một cuộn dây): thành phần hoạt động tận dụng trực tiếp điện trở đó để có khả năng phân biệt đáng tin cậy nhất. Nó đặc biệt hiệu quả đối với các lỗi kháng cự-trung bình, chiếm phần lớn trong-các sự kiện thực tế trên thế giới.
Hiện nay, nhiều nhà sản xuất thiết bị cung cấp bộ định vị lỗi chạy đồng thời hai hoặc nhiều thuật toán. Họ kết hợp các kết quả bằng cách sử dụng logic tổng hợp có trọng số hoặc logic biểu quyết. Đây là một giải pháp kỹ thuật thực tế vì không có thuật toán đơn lẻ nào hoạt động tối ưu trong mọi tình huống lỗi.
Khi đánh giá bộ định vị lỗi, hãy hỏi nhà cung cấp của bạn thuật toán nào có trọng số cao nhất trong cấu hình mặc định của họ và lý do đằng sau thuật toán đó. Nếu phản hồi của họ không giải quyết được cấu trúc liên kết nối đất cụ thể, cấu hình khả năng chống lỗi và tỷ lệ chi phí-trên{2}}cáp cụ thể thì thiết bị có thể không được hiệu chỉnh cho mạng của bạn.
