Способ дистанционного определения места снижения сопротивления изоляции в обесточенной электрической цепи
METHOD FOR REMOTE DETERMINATION OF INSULATION RESISTANCE REDUCTION POINT IN DEENERGISED ELECTRIC CIRCUIT

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для нахождения места снижения сопротивления изоляции относительно земли (корпуса) обесточенных электроустановок, устройств, обмоток и других объектов, состоящих из электрической цепи последовательно включенных элементов (участков) с приблизительно одинаковыми величинами сопротивлений.
Предпосылки к изобретению. В период регламентных и ремонтных работ на объекте, в частности, на обесточенной кабельной многовитковой обмотке размагничивания судна, состоящей из последовательно соединенных витков, требуется установить место локального снижения ее сопротивления изоляции. Поиск этого места традиционными способами сопряжен с трудоемкими и длительными действиями по обходу (обследованию) кабелей обмотки, зачастую пролегающих в труднодоступных местах, с последовательным отключением участков кабелей и замером их сопротивления изоляции в предварительно вскрытых соединительных коробках обесточенной обмотки. Поэтому очевидна актуальность разработки способа дистанционного установления места снижения сопротивления изоляции в выведенной из действия обмотке выполнением минимального количества измерений, минимальным числом штатных измерительных средств, с минимальными временными затратами.
Известен способ [1] определения сопротивления путей утечек на землю в электрических системах, согласно которому производят ряд замеров токов утечки на землю и общего тока системы, составляют систему уравнений, решением которой будут значения сопротивлений путей утечек току на землю каждого элемента системы.
Применение способа [1] для поиска места снижения сопротивления изоляции требует включения объекта контроля под напряжение. Однако согласно заявленному изобретению его применение предусмотрено на обесточенном объекте контроля.
Известен способ [2], в котором для нахождения мест повреждения изоляции у объектов, содержащих последовательно соединенные участки (элементы) с неодинаковыми параметрами измеряют ток однополюсного замыкания на земляную шину, а также сопротивление изоляции при отключенном питании, измеряют у исправного объекта распределение напряжения между соответствующими точками вдоль объекта и земляной шиной. При снижении сопротивления изоляции измеряют этот параметр, вновь измеряют значение однополюсного замыкания образца, находящегося под напряжением, на земляную шину и по определенному алгоритму рассчитывают параметр, характеризующий место повреждения изоляции.
Применение способа [2] для нахождения места снижения сопротивления изоляции относительно корпуса требует включения объекта контроля под напряжение. Однако согласно заявленному изобретению его применение предусмотрено на обесточенном объекте контроля.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей технической сущности является способ [3] определения расстояния до места повреждения изоляции кабеля, в котором расстояние от начала кабеля до места нахождения токовой утечки на корпус определяется посредством измерения сопротивления шлейфа исправной жилы и жилы с поврежденной изоляцией, измерения сопротивления дефектного участка жилы от места подключения прибора к жиле с поврежденной изоляцией до места повреждения изоляции и вычисления этого расстояния по соответствующему выражению.
Существенным ограничением для применения способа [3] в объектах, аналогичных кабельной многовитковой обмотке размагничивания судна, является то, что необходимым условием его применения является наличие хотя бы одной «хорошей» жилы между местом подключения прибора и концом кабеля. Данное условие технически не реализуемо в указанных объектах. Кроме того, «хорошая» жила должна иметь высокое сопротивление изоляции, а также необходимо знать длину жилы с дефектной изоляцией, равной длине хорошей жилы.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является дистанционное установление схемного места снижения сопротивления изоляции относительно корпуса обесточенной электрической цепи объекта, содержащей последовательно включенные элементы (участки) с приблизительно одинаковыми значениями сопротивления без их отсоединения от схемы электрической цепи объекта, с использованием одного штатного измерительного прибора и выполнением им трех измерений без использования дополнительного кабеля с известными параметрами.
Указанный технический результат обеспечивается благодаря тому, что измеряется значение сопротивления электрической цепи объекта, а также значения сопротивлений между входными (питающими) клеммами указанной цепи и корпусом и по соответствующему алгоритму рассчитывается место снижения сопротивления изоляции в схеме объекта.
На фигуре 1 представлена схема устройства (фигура 1(a)), реализующего способ, и схема замещения объекта контроля (фигура 1(б)).
в1
вi
вn-1
1
2
ут
1
2
На фигуре 1 приняты следующие обозначения: Ω - прибор для измерения величины электрического сопротивления; кл.1 (питающая клемма «-»), …, кл.i, …, кл.n (питающая клемма «+») - соединительные клеммы последовательно включенных витков схемы объекта; k - корпус (земля); R - величина общего электрического сопротивления последовательно включенных витков, имеющих величину сопротивления r≈…≈r≈…≈r приблизительно равную между собой; R и R - значения сопротивлений участков последовательной цепи витков от клеммы 1 (кл.1) до места снижения сопротивления изоляции с величиной сопротивления току утечки на корпус r и от клеммы n (кл.n) до того же места соответственно; r, и r - значения сопротивлений цепи между клеммой 1 (кл.1) и корпусом и между клеммой n (кл.n) и корпусом соответственно.
Способ осуществляют следующим образом
1
2
На объекте, в частности, на обмотке размагничивания судна, находящейся в обесточенном состоянии, одним и тем же прибором Ω последовательно измеряются: величина R общего электрического сопротивления последовательно включенных витков, а также величины r, и r сопротивлений цепи между клеммой 1 (кл.1) и корпусом и между клеммой n (кл.n) и корпусом соответственно.
На основании схемы замещения объекта контроля (фигура 1(б)) измеренные величины позволяют записать следующие уравнения:
1
2
1
2
ут
Данные уравнения объединены в систему из трех уравнений с тремя неизвестными, в которой известными (измеренными) величинами являются величины R, r, r, а неизвестными величинами (параметрами цепи схемы замещения объекта контроля) являются величины R, R, r.
Решением данной системы уравнений будут выражения:
ут
ут
Для установления места снижения сопротивления изоляции - номера клеммы (кл.№), к которой подключен виток с утечкой тока на корпус r в схеме объекта контроля, необходимо использовать соотношение:
где
n-1 - количество витков в обмотке.
Откуда
Пример
1
2
Допустим, что на обмотке размагничивания судна, состоящей из 20 витков (n-1=20), измерены величина R=20 Ом общего электрического сопротивления последовательно включенных витков, а также величины r=115 Ом, и r=105 Ом сопротивлений цепи между клеммой 1 (кл.1) и корпусом и между клеммой n=21 (кл.21) и корпусом соответственно.
ут
ут
Требуется установить место снижения сопротивления изоляции в схеме обмотки - номер клеммы (кл.№), к которой подключен виток с утечкой тока на корпус r.
Подставив значения измеренных величин в выражения, являющиеся решением приведенной выше системы уравнений, получим значения параметров цепи схемы замещения обмотки:
ут
ут
Местом снижения сопротивления изоляции в схеме обмотки (номер клеммы - кл.№, к которой подключен виток с утечкой на корпус r) будет:
Таким образом, виток обмотки, имеющий сниженное значение сопротивления изоляции, равное 100 Ом, подключен к клемме 15.
ут
Точность определения места снижения сопротивления изоляции в электрической цепи схемы объекта зависит от степени равенства между собой величин сопротивлений элементов цепи, соединенных последовательно, а также от отношения величины общего сопротивления цепи R к величине сопротивления r току утечки  Чем больше это отношение, тем выше указанная точность.
Источники информации
1. findpatent.ru./patent/201/2010247.
2. patents.su>3-1580294-sposob-opre…
3. Мостовой метод измерения…, Studbooks.net/2125175/matematika…