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电力电缆故障测试中接地电流消除方法的研究


电力电缆故障测试中接地电流消除方法的研究
1、引言 电力电缆作为电力系统的重要设备,其安全运行具有重要意义。一旦发生 故障将直接影响设备的安全运行,可能引发火灾事故,扩大事故范围,导致大 面积停电。尤其是在多雨、潮湿季节,电缆容易受潮,导致电缆发生故障。但 由于电力电缆(以下简称电缆)大多埋于地下,一旦发生故障,查找十分困难。 因此研究一种快速、准确、方便查找电缆接地故障和断相故障的方法,快速排 除电缆故障,将给电力系统安全、稳定运行以强力支援。 倒置电桥法作为经典电桥法的改进方法,对电缆长度没有限制、制成装置 体积小易使用.且在故障点的接地电阻低于 1 MΩ 时,能得到误差为 1%高精度 的检测结果。而消除接地电流是倒置电桥法实现的前提,在倒置电桥法的基础 上,本文详细分析了消除接地电流原理,并通过模拟试验验证了该方法的有效 性。

2、电桥法 电桥法的理论基础是电桥平衡原理,即在电桥平衡时,利用故障电缆接线 端和故障点之间的电阻与无故障电缆电阻之比对应于故障距离与总长度之比, 确定故障点。直流电桥法是最早采用的探测电缆故障方法,多应用于低阻接地 和相间短路故障中,且精确度较高,但一般要求故障点电阻不超过 10 kΩ,通 常选取 2 kΩ 以下为宜。

3、倒置电桥法的基本原理

倒置电桥法电路图如图 3 所示,其等效图如图 4 所示。图 4 中,设可调电阻 Rf 调节点左端的电阻为 Rm。通过调节 Rf 使检流计 G 中无电流通过,从而使电 桥达到平衡。可得:

因此,倒置电桥具有如下特点: 将故障相电阻转移到电桥,当电桥达到平衡后,理想状态下故障电阻对测 量精度无任何影响;待测电阻 RX 与 R0+(R0-RX)串联,由式(3)得出可调电阻的 档位就是故障点距离与故障相总长之比。因此,这种接线对故障电缆总长度无 任何限制。

4、消除接地电流 故障检测时,接地电流对测量精度有很大影响。因此,在施加电桥电源之 前消除接地电流有助于提高测量精度。倒置电桥法主要是利用基尔霍夫定理消 除接地电流,其原理图如图 5 所示,等效电路图如图 6 所示。

5、模拟实验 为了验证该方法的有效性,设计了如图 8 所示的实验电路。图中接地电流 消除接线如图 5 所示,其中选取 100 m 试验电缆,并在分别总长的 1/5、2/ 5、3/5、4/5 处人为制造绝缘故障点,无故障测量电缆选取为 50 m,采用阻 值为 2 kΩ 的可调电阻器。当调节可调电阻器至适当位置时,在多种情况下灵敏 电流计读数均为零,说明接地电流已消除。

6、结束语 介绍了倒置电桥法测量电力电缆故障的基本原理,详细分析了在倒置电桥法 接线方式下消除接地电流消除的方法,给出了分解电路及其公式。并通过实验 模型验证了在实际情况下倒置电桥法对消除接地电流的有效性。


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