Способ определения сопротивления изоляции сети и сопротивлений изоляции присоединений сети переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В
METHOD FOR DETERMINING INSULATION RESISTANCE OF NETWORK AND INSULATION RESISTANCES OF AC CONNECTIONS WITH ISOLATED NEUTRAL OF MORE THAN 1000 V

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании устройств контроля и измерения сопротивления изоляции сетей переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В.
Известен способ определения поврежденного фидера изолированных от земли силовых электрических сетей переменного тока 6-10-35 кВ (www.bresler.ru, ОФП «Бреслер-01071.081»), заключающегося в инжекции тока в контур нулевой последовательности. Определение поврежденного фидера происходит посредством четырех алгоритмов:
- по максимальному действующему значению основной гармоники сигнала тока;
- по направлению мощности сигнала тока;
- по сумме высших гармоник сигнала тока;
- по величине инжектируемых гармоник сигнала тока.
Чем больше критериев выбора поврежденного присоединения, тем сложнее выбрать правильный.
Недостатком известного аналога является то, что устройство, выполненное на основе данного способа малонадежно, так как в каждом конкретном случае требуется найти свой алгоритм определения поврежденного фидера, который не всегда ярко выражен.
Известен способ контроля состояния изоляции в трехфазной электрической сети (RU2478975C1, опубликовано 10.04.2013), которое основано на одновременном измерении напряжений трех фаз сети относительно земли на секции шин распределительного устройства и токов трех фаз в начале каждой отходящей от секции шин линий.
Недостатком данного способа является сложность его осуществления, заключающаяся в большом количестве элементов для выявления присоединений с замыканием на землю.
Известен способ контроля состояния изоляции фидеров трехфазной сети переменного тока с изолированной нейтралью (RU2400764С1, опубликовано 27.09.2010), которое определяет угол сдвига фазы между током и напряжением нулевой последовательности, где текущую величину сопротивления изоляции каждого контролируемого фидера рассчитывают по зависимости
где R – сопротивление изоляции фидера;
– напряжение нулевой последовательности в В;
– ток нулевой последовательности в мА;
φ  – угол сдвига фазы между током и напряжением нулевой последовательности.
Недостатком данного способа является сложность его реализации, обусловленная тем, что необходимо определить не только ток и напряжение нулевой последовательности, но и угол сдвига фаз между ними.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ определения сопротивления изоляции сети и сопротивлений изоляции присоединений сети переменного тока с изолированной нейтралью (RU2614187C1, опубликовано 23.03.2017).
Данный способ определения сопротивления изоляции сети переменного тока с изолированной нейтралью и сопротивлений изоляции присоединений сети переменного тока с изолированной нейтралью заключающийся в том, что измеряют средние значения напряжения между положительным и отрицательным полюсами трехфазного выпрямительного моста, собранного на полупроводниковых диодах по схеме Ларионова и подключенного к фазам сети переменного тока, а также между положительным и отрицательным полюсами трехфазного выпрямительного моста и «землей», производят выравнивание напряжений на фазах сети путем включения параллельно полюсам трехфазного выпрямительного моста двух последовательно соединенных первого и второго резистора, общая точка которых соединена с «землей», одновременно измеряют среднее значение тока через провод, соединяющий общую точку первого и второго резистора с «землей», измеряют средние значения дифференциальных токов, протекающих по присоединениям сети с помощью датчиков дифференциальных токов для измерений средних значений токов, после подключения сначала к одному из полюсов трехфазного выпрямительного моста третьего резистора, один из выводов которого подсоединен к общей точке первого и второго резистора, а потом к другому полюсу трехфазного выпрямительного моста четвертого резистора, один из выводов которого подсоединен к общей точке первого и второго резистора, а значения сопротивлений изоляции всей сети в целом и сопротивления изоляции присоединений определяют из выражений:
где  – полное сопротивление изоляции i- го присоединения;
R – полное сопротивление изоляции всей сети;
– среднее значение напряжения на положительном полюсе выпрямительного моста относительно «земли» при подключении к нему третьего резистора;
– среднее значение напряжения на отрицательном полюсе выпрямительного моста относительно «земли» при подключении к нему четвертого резистора;
U – среднее значение напряжения между положительным и отрицательным полюсами выпрямительного моста;
– среднее значение дифференциального тока i-го присоединения, вызванного подключением к положительному полюсу выпрямительного моста третьего резистора;
– среднее значение дифференциального тока i-го присоединения, вызванного подключением к отрицательному полюсу выпрямительного моста четвертого резистора;
– среднее значение тока через провод, соединяющий общую точку первого и второго резистора с «землей», при подключении к положительному полюсу выпрямительного моста третьего резистора;
– средний ток через провод, соединяющий общую точку первого и второго резистора с «землей», при подключении к отрицательному полюсу выпрямительного моста четвертого резистора.
Недостатком прототипа является то, что при измерении сопротивления изоляции в сети переменного тока более 1000 В данным способом возникают значительные трудности, связанные с гальванической изоляцией элементов выпрямительного моста, соединенных с сетью переменного тока более 1000 В, от корпуса устройства («земли»). Кроме этого, при данном способе, устройства измерения напряжений, токов, а также ключи и диоды должны быть высоковольтными, что усложняет выполнение измерений.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего устранить недостатки известного способа.
Техническим результатом является повышение безопасности измерения за счет уменьшения напряжения на входах трехфазного выпрямительного моста, а также на диодах, резисторах и управляемых ключах, возникающих при измерении напряжений и токов, в конечном итоге в определении сопротивлении изоляции сети и присоединений напряжением 6-10-35 кВ.
Технический результат достигается тем, что в способе определения сопротивления изоляции сети переменного с изолированной нейтралью и сопротивлений изоляции присоединений сети переменного тока с изолированной нейтралью, при котором измеряют средние значения напряжения между положительным и отрицательным полюсами трехфазного выпрямительного моста, собранного на полупроводниковых диодах по схеме Ларионова, а также между положительным и отрицательным полюсами трехфазного выпрямительного моста и «землей», производят выравнивание напряжений на фазах сети путем включения параллельно полюсам трехфазного выпрямительного моста двух последовательно соединенных первого и второго резистора, общая точка которых соединена с «землей», одновременно измеряют среднее значение тока через провод, соединяющий общую точку первого и второго резистора с «землей», измеряют средние значения дифференциальных токов, протекающих по присоединениям сети с помощью датчиков дифференциальных токов для измерений средних значений токов, после подключения сначала к одному из полюсов трехфазного выпрямительного моста третьего резистора, один из выводов которого подсоединен к общей точке первого и второго резистора, а потом к другому полюсу трехфазного выпрямительного моста четвертого резистора, один из выводов которого подсоединен к общей точке первого и второго резистора, а значения сопротивлений изоляции всей сети в целом и сопротивления изоляции присоединений определяют из выражений:
где  – полное сопротивление изоляции i-го присоединения;
R – полное сопротивление изоляции всей сети;
– среднее значение напряжения на положительном полюсе трехфазного выпрямительного моста относительно «земли» при подключении к нему третьего резистора;
– среднее значение напряжения на отрицательном полюсе трехфазного выпрямительного моста относительно «земли» при подключении к нему четвертого резистора;
U – среднее значение напряжения между положительным и отрицательным полюсами трехфазного выпрямительного моста;
– среднее значение дифференциального тока i-го присоединения, вызванного подключением к положительному полюсу трехфазного выпрямительного моста третьего резистора;
– среднее значение дифференциального тока i-го присоединения, вызванного подключением к отрицательному полюсу трехфазного выпрямительного моста четвертого резистора;
– среднее значение тока через провод, соединяющий общую точку первого и второго резистора с «землей» при подключении к положительному полюсу трехфазного выпрямительного моста третьего резистора;
I – средний ток через провод, соединяющий общую точку первого и второго резистора с «землей» при подключении к отрицательному полюсу трехфазного выпрямительного моста четвертого резистора.
Снижают напряжение на входах трехфазного выпрямительного моста путем подключения его входов к выходам вторичных обмоток двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора, входы первичных обмоток двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора подсоединяют к фазам сети переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В, причем первичные и вторичные обмотки двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора соединены по схеме «звезда», одновременно производят гальваническое объединение сети переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В с входами трехфазного выпрямительного моста, путем подсоединения общего вывода первичных обмоток к общему выводу вторичных обмоток двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора.
Сущность изобретения поясняется схемой, приведенной на фиг. 1, и осциллограммами на фиг. 2 - 4.
На фиг. 1 изображены сеть переменного тока с изолированной нейтралью напряжением более 1000 В - 1, сопротивление 15 и емкость 29 фазы А, сопротивление 14 и емкость 28 изоляции фазы В и сопротивление 13 и емкость 27 изоляции фазы С относительно «земли», трехфазный выпрямительный мост 2, выполненный по схеме Ларионова, двух первых последовательно соединенных резисторов 3 и 4, подсоединенных к полюсам трехфазного выпрямительного моста 2, миллиамперметра 5, подсоединенного между общей точкой резисторов 3, 4 и «землей», двух вторых резисторов 7 и 8, соединенных с полюсами трехфазного выпрямительного моста 2 с помощью управляемых ключей 9 и 10, вольтметра 11 для измерения напряжения между полюсами трехфазного выпрямительного моста 2, вольтметра 12 для измерения напряжения между положительным полюсом трехфазного выпрямительного моста 2 и «землей», вольтметра 6 для измерения напряжения между отрицательным полюсом трехфазного выпрямительного моста 2 и «землей», датчиков дифференциальных токов 18, 19 для измерения средних значений дифференциальных токов, протекающих по присоединениям 16 и 17, нагрузки присоединений 23 и 24, сопротивлений 25 фазы А, 30 фазы В и 32 фазы С изоляций присоединения 16 и сопротивлений 26 фазы А, 31 фазы В и 33 фазы С изоляций присоединения 17, двухобмоточный понижающий трехфазный трансформатор 20, первичные обмотки 21 и вторичные обмотки 22, которого соединены по схеме «звезда». Входы первичных обмоток 21 подсоединены к фазам сети переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В, а выходы вторичных обмоток 22 подсоединены к входам трехфазного выпрямительного моста 2, причем общий вывод первичных обмоток 21 подсоединен к общему выводу вторичных обмоток 22.
С помощью заявляемого способа измеряют средние значения напряжения между положительным и отрицательным полюсами трехфазного выпрямительного моста с помощью вольтметра 11. Измеряют средние значения напряжений между «землей» и положительным полюсом трехфазного выпрямительного моста с помощью вольтметра 12, а также измеряют среднее значение тока в проводе, соединяющем общую точку резисторов 3, 4, 7, 8 и «землю», с помощью миллиамперметра 5, измеряют средние значения дифференциальных токов с помощью датчиков дифференциальных токов 18, 19 (например, датчики дифференциальных токов типа ДДТ производства ООО НПП «ЭКРА») для измерения средних значений токов, протекающих по присоединениям сети 16 и 17 после подключения к положительному полюсу трехфазного выпрямительного моста 2 резистора 8. Измеряют средние значения напряжения между «землей» и отрицательным полюсом трехфазного выпрямительного моста 2 с помощью вольтметра 6, а также измеряют средние значение тока миллиамперметром 5, измеряют средние значения дифференциальных токов с помощью датчиков дифференциальных токов 18, 19 для измерений средних значений токов, протекающих по присоединениям сети 16 и 17 после подключения к отрицательному полюсу трехфазного выпрямительного моста 2 резистора 7.
На фиг. 2 представлена осциллограмма напряжения на положительном выводе трехфазного выпрямительного моста 2 относительно «земли» при последовательном замыкании и размыкании сначала управляемого ключа 9, а затем управляемого ключа 10. Видно, что за цикл измерений напряжение на полюсе изменяется в зависимости от положения управляемых ключей 9 и 10.
На фиг. 3 и 4 представлены осциллограммы напряжения на выводе вторичной обмотки 22 двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора 20, фазы A, при величине сопротивлений резистора 15 соответственно 10 кОм и 1 кОм, при хорошей изоляции на остальных фазах.
Видно, что средние значения напряжения за цикл измерений при замыкании и размыкании управляемых ключей 9 и 10 отличаются от нулевых значений, а также при значительном снижении сопротивления изоляции изменяется форма кривой напряжения.
Заявляемый способ успешно прошел испытания в условиях полигона ООО НПП «ЭКРА». Для проверки способа применялись двухобмоточный понижающий трехфазный трансформатор 20 (например, НАМИТ -10), устройство контроля изоляции в сети переменного тока напряжением до 1000В «ЭКРА-СКИ-АС», изготовленное по способу определения сопротивления изоляции сети и сопротивлений изоляции присоединений сети переменного тока с изолированной нейтралью (RU2614187C1), датчики дифференциальных токов 18, 19 (например, датчики типа ДДТ-25 производства ООО НПП «ЭКРА»). Заявляемый способ позволил определить сопротивления изоляции сети переменного тока с изолированной нейтралью и сопротивлений изоляции присоединений сети переменного тока с изолированной нейтралью напряжением более 1000 В.
В таблицах 1 и 2 приведены значения, измеренные с помощью заявляемого способа значения сопротивлений изоляции сети и присоединения сети переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В при различных величинах, подключенных к фазам сети резисторов 13, 14, 15 относительно «земли».
Таблица 1
Показания «ЭКРА-СКИ-АС», о сопротивлении изоляции всей сети, кОм
Величина сопротивления резистора 15, подключенного к фазе А, кОм
Величина сопротивления резистора 14, подключенного к фазе В, кОм
Величина сопротивления резистора 13, подключенного к фазе С, кОм
90-110
100
> 1000
> 1000
45-55
100
100
> 1000
30-35
100
100
100
Таблица 2
Показание «ЭКРА-СКИ-АС», о сопротивлении изоляции присоединения 16, кОм
Величина сопротивления резистора 25, подключенного к фазе А, кОм
Величина сопротивления резистора 30, подключенного к фазе В, кОм
Величина сопротивления резистора 32, подключенного к фазе С, кОм
90-110
100
> 1000
> 1000
45-55
100
100
> 1000
30-35
100
100
100