УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для защиты электрических установок переменного тока с изолированной нейтралью от аварийных режимов.
Известны устройства контроля изоляции, основанные на наложении токов повышенной частоты на токи контролируемой сети.
Известно устройство для контроля изоляции электрических установок токами непромышленной частоты [1] содержит генератор трехфазной сети переменного тока, блок присоединения, измерительное устройство и генератор высокой частоты. Генератор трехфазной сети переменного тока посредством блока присоединения подключен к нагрузке, имеющей значительную емкость. Вход генератора высокой частоты соединен с нагрузкой, выход его через измерительное устройство подключен к блоку присоединения. Блок присоединения содержит три резистора, соединенные звездой.
Устройство работает следующим образом. На резисторы блока присоединения поступает ток от генератора сети и ток от генератора высокой частоты. В блоке присоединения токи накладываются и подаются на нагрузку. При этом большая часть тока проходит по емкостному сопротивлению нагрузки на землю. После нагрузки результирующий ток (наложенные токи минус ток утечки) поступает на измерительное устройство.
В нормальном режиме работы сопротивление изоляции нагрузки имеет значение в пределах установленных норм, что и показывает измерительное устройство. В аварийных режимах работы сопротивление изоляции нагрузки уменьшается, и показания измерительного устройства отклоняются от нормативного значения в большую сторону.
Известное решение позволяет определить состояние изоляции нагрузки. Однако точность измерения является низкой, что обусловлено наличием значительного емкостного сопротивления нагрузки, которое имеет малое сопротивление тока утечки. При этом измеренные показания искажены на величину тока утечки, и чем больше ток утечки, тем больше погрешность измерения, влияющая на точность. Погрешность измерительного тока составляет 0,15 мА.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля изоляции электрических машин с повышенной точностью измерения [2].
Устройство для контроля изоляции электрических машин содержит генератор трехфазной сети, блок присоединения к контролируемой сети (к нагрузке), выпрямитель, измерительный блок и исполнительный элемент.
Блок присоединения к нагрузке содержит дифференциальный автомат и диоды, соединенные звездой, являющиеся блоком питания. Измерительный блок представляет собой реле с контактом, шунтированное конденсатором и последовательно соединенное с переменным сопротивлением. Исполнительный элемент содержит тиристор, которому параллельно подключены RC-цепочка и резистивный делитель, и последовательно соединенная с ним отключающая катушка. Контакт реле измерительного блока взаимодействует с тиристором исполнительного элемента.
Генератор трехфазной цепи и исполнительный элемент подключены к диодам блока присоединения параллельно. Первый выход блока присоединения подключен к нагрузке (измеряемой сети), второй - к реле измерительного блока, переменное сопротивление которого связано с нагрузкой, а третий - к исполнительному элементу.
Устройство работает следующим образом.
Ток генератора трехфазной сети поступает, во-первых, на реле измерительного блока через диоды блока присоединения и далее через переменное сопротивление измерительного блока - на землю. При этом большая часть тока проходит по емкостному сопротивлению нагрузки на землю. После нагрузки результирующий ток (наложенные токи минус ток утечки) поступает на измерительное устройство. Во-вторых, ток генератора трехфазной сети поступает на контролируемую сеть через дифференциальный автомат блока присоединения и нагрузку на реле измерительного блока. В измерительном блоке ток генератора сети и ток нагрузки накладываются и результирующий ток утечки управляет контактом реле измерительного блока.
Кроме того, ток генератора сети поступает через дифференциальный автомат блока присоединения на отключающую катушку исполнительного элемента, которая срабатывает при токе, превышающем допустимую величину.
В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки имеет допустимое значение, а величина результирующего тока недостаточна для замыкания контакта реле измерительного блока. При этом тиристор исполнительного элемента находится в отключенном состоянии. Ток сети продолжает поступать на нагрузку. Измерительный блок показывает
величину утечки результирующего тока нагрузки, соответствующей техническим нормам.
В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции ниже установленных норм, результирующий ток увеличивается выше допустимых значений и включает контакт реле измерительного блока, который показывает величину сопротивления нагрузки, превышающую техническим требованиям. При этом включается тиристор исполнительного элемента, на отключающую катушку поступает ток, в результате чего дифференциальный автомат блока присоединения отключает ток сети от нагрузки.
Известное решение позволяет повысить точность измерения. Это обусловлено малым током утечки на нагрузке за счет исключения на ней тока высокой частоты, отсутствие которого повышает емкостное сопротивление нагрузки.
Однако точность известного устройства остается недостаточной для оценки величины сопротивления изоляции нагрузки. Несмотря на повышение емкостного сопротивления нагрузки, ток утечки остается значительным и искажает измеренные показания на величину тока утечки. В результате точность измерения остается недостаточной, погрешность составляет 0,0250 мА.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании устройства для контроля изоляции электротехнических систем, имеющего высокую точность измерения за счет значительного уменьшения влияния емкостного сопротивления нагрузки на измеряемые показания тока утечки.
Для решения поставленной задачи в устройство для контроля изоляции электротехнических систем, содержащее генератор трехфазной сети, блок присоединения к нагрузке, включающий дифференциальный автомат последовательно соединенный с блоком питания, выпрямитель, измерительный блок с реле, шунтированным конденсатором и исполнительный элемент с катушкой отключения дифференциального автомата, при этом три выхода генератора трехфазной сети подключены параллельно через блок присоединения к нагрузке и выпрямителю, выход выпрямителя подключен к входу измерительного блока, первый и второй выходы блока присоединения соединены с исполнительным элементом, дополнительно введены делитель частоты, входы которого соединены с соответствующими выходами генератора сети, первый выход его подключен к соответствующему входу выпрямителя, а второй - соединен с землей, и заградительный блок на основе колебательного контура, вход которого подключен к третьему выходу блока присоединения, а выход - к соответствующему входу выпрямителя.
Введение в устройство для контроля изоляции электротехнических систем делителя частоты и заградительного блока и новые взаимосвязи блоков устройства повышают
точность измерения токов. Это обусловлено уменьшением емкостного сопротивления тока нагрузки благодаря заградительному блоку. При этом емкостное сопротивление тока утечки благодаря делителю частоты мало влияет на сопротивление нагрузки, что приводит к повышению измерения тока утечки.
На фиг. представлена схема устройства для контроля изоляции электротехнических систем.
Устройство для контроля изоляции электротехнических систем содержит генератор трехфазной сети 1, блок присоединения 2 к нагрузке 3, делитель частоты 4, выпрямитель 5, выполненный по мостовой схеме, заградительный блок 6, измерительный блок 7, исполнительный элемент 8.
Блок присоединения 2 к нагрузке 3 содержит дифференциальный автомат 9 последовательно соединенный с конденсаторами 10, объединенными звездой, являющимися блоком питания. Входы дифференциального автомата 9 являются входами блока присоединения 2. Три выхода дифференциального автомата 9 являются тремя выходами блока присоединения 2, первый и второй выходы дифференциального автомата 9 являются четвертым и пятым выходом блока присоединения 2, а выход конденсаторов 10 - его шестым выходом.
Измерительный блок 7 представляет собой реле 11, шунтированное конденсатором 12. Вход реле 11 является входом измерительного блока 7, а выход реле 11 - его выходом.
Исполнительный элемент 8 представляет собой катушку отключения 13 дифференциального автомата 9 с замыкающим контактом 14. Вход катушки 13 является входом исполнительного элемента 8, а выход контакта 14 - его выходом.
Заградительный блок 6 представляет собой колебательный контур 15. Вход и выход колебательного контура 15 являются входом и выходом заградительного блока 6.
Первые три выхода генератора сети 1 подключены к входам блока присоединения 2, четвертый, пятый и шестой выходы которого соединены к входам нагрузки 3, первый и второй выходы - к входам исполнительного элемента 8, а третий выход - к входу заградительного блока 6.
Четвертый и пятый выходы генератора сети 1 подключены к входам делителя частоты 4, один выход которого соединен с первым входом выпрямителя 5, а второй выход - с землей.
В качестве генератора сети 1 выбран генератор ДГА-250, выпрямителя 5 - выпрямитель Д226Д, делителя 4 - делитель ДЧ 600/3000-2700 В блоке присоединения 2 использован дифференциальный автомат ПМВ и конденсаторы типа КБГ-МП-3-600 В. В
заградительном блоке 6 использован дроссель Др-600 и конденсатор КБГ-400. В качестве исполнительного элемента 8 использована катушка пускателя типа ПМВ. В измерительном блоке использовано реле РКН и миллиамперметр М2001-24.
Устройство работает следующим образом.
Ток генератора трехфазной сети поступает на реле 11 измерительного блока 7 через конденсаторы 10 блока присоединения 2 и далее через колебательный контур 15 заградительного блока 6, выпрямитель 5, делитель частоты 4 - на землю и имеет минимальную величину. Одновременно ток генератора трехфазной сети 1 поступает на контролируемую сеть нагрузки 3 через дифференциальный автомат 9 блока присоединения 2 и далее через нагрузку 3 на землю. Основной путь тока проходит от делителя частоты 4, на выпрямитель 5, соединенный с измерительным блоком 7, через заградительный блок 6, конденсаторы 10 блока присоединения 2, нагрузку 3 и на землю. В выпрямителе 5 токи делителя частоты 4, генератора сети 1 и нагрузки 3 накладываются, и результирующий ток утечки, который управляет контактом 14, поступает на реле 11 измерительного блока 7. Кроме того, ток генератора сети 1 поступает через дифференциальный автомат 9 блока присоединения 2 на отключающую катушку 13 исполнительного элемента 8.
В нормальном режиме работы, т.е. при наличии сопротивления изоляции в пределах установленных норм, величина тока нагрузки 3 имеет допустимое значение, а величина результирующего тока недостаточна для замыкания контакта 14 реле 11 измерительного блока 7. При этом контакт 14 исполнительного элемента 8 находится в отключенном состоянии. Ток от генератора сети 1 продолжает поступать на нагрузку 3. Измерительный блок 7 показывает величину утечки результирующего тока нагрузки 3, соответствующей техническим нормам.
В аварийном режиме, т.е. при снижении сопротивления изоляции нагрузки 3 ниже установленных норм, результирующий ток увеличивается выше допустимых значений и включает контакт 14 реле 11 измерительного блока 7, который показывает величину утечки результирующего тока нагрузки 3 контролируемой сети, превышающую технические нормы. При этом включается контакт 14 реле 11 и на отключающую катушку 13 исполнительного элемента 8 поступает ток, который отключает ток генератора сети 1 от нагрузки 3, через дифференциальный автомат 9 блока присоединения 2.
Использование полезной модели показывает, что погрешность измерения снижается до 0,0125 мА, что свидетельствует о повышении точности измерений по сравнению с прототипом в 2 раза.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Цапенко Е.Ф. Контроль изоляции в сетях до 1000 в/ Е.Ф. Цапенко. - М.: Энергия. 1972. - С.53.
2. Патент №2242829, МПК Н02Н 3/16. Дифференциальное устройство контроля сопротивления изоляции и защиты электрических машин и аппаратов / Фейгин Л.З. и др. - №2002130234/28; Заявл. 10.05.2004; Опубл. 20.12.04, Бюл. №35.