Создание системы контроля состояния изоляции кабельных сетей на объектах МО РФ

УДК 355.7: 623.093

Тишков А. А., Колесник И.В., Панасюк В.Н. Tishkov А. A., Kolesnik I.V., Panasyuk V. N.

Создание системы контроля состояния изоляции кабельных сетей на объектах МО РФ

Creation of the monitoring system of the cable networks insulation condition on the objects of the

DOD of the RF

Аннотация:

В статье рассмотрены вопросы по созданию системы контроля изоляции в системах электроснабжения с изолированной нейтралью с целью повышения надёжности работы электро - и по-жаробезопасности систем электроснабжения. Рассмотрены пути решения актуальных задач при комплексном подходе к технической реализации системы контроля изоляции. Представлены результаты разработки системы пофидерного контроля состояния изоляции в электрических сетях с изолированной нейтралью.

Abstract:

In article deals with the creation of the isolation monitoring system in the systems of power supply with the isolated neutral in order to increase the reliability of electro-andfire safety operation of power supply systems. The ways of solving actual problems of an integrated approach to technical implementation of the insulation monitoring system are considered. The results of the development of insulation monitoring systems in electric networks with isolated neutral are presented.

Ключевые слова: специальное фортификационное сооружение, специальный объект, система электроснабжения, однофазное замыка-

ние на землю, распределительный щит, система пофидерного контроля состояния изоляции, информационно-измерительная система.

Keywords: special fortification, special object, power supply system, line-to-ground fault, switchboard, insulation condition monitoring system, information-measuring system.

Обследование существующих объектов выявило ситуацию, при которой ограничение нового строительства специальных сооружений делает остро актуальной проблему старения сооружений и их технических систем, что, как следствие, приводит к росту количества отказов и аварий. Старение кабельных сетей приводит не только к их выходу из строя, но и повышению опасности получения электрических травм обслуживающим персоналом, квалификация которого, как показало обследование, снижается, а так же возникновением пожаров в сооружении при замыканиях в сети. Эти обстоятельства требуют принятия технических мер, которые должны обеспечить объективный контроль и диагностирование состояния изоляции в системах электроснабжения (СЭС) как существующих объектов, так и вновь возводимых, а также оперативное определение мест повреждений, исключающих условия возникновения пожа-

ров и улучшающих условия электробезопасности отключений отдельных участков, и затем припри эксплуатации оборудования. ступают к поиску непосредственно места замы-Следует отметить, что режим функциониро- кания. Наиболее трудоёмкими и ответственными вания объектов управления диктует необходи- являются этапы поиска повреждённого фидера мость постоянного контроля состояния изоляции, и участка линии с повреждением. Количество и в том числе использование методов контроля под длительность операций по переключению в СЭС напряжением, исключение использования мето- СО при поиске повреждённого участка зависит дов разрушающего контроля и широким внедре- от степени разветвлённости сети, требований по ние компьютерной техники. В связи с этим ряд надёжности электроснабжения потребителей, известных методов оценки технического состоя- уровню напряжения распределительной сети, ния, поиска неисправностей, оценки остаточного соответственно с ростом сложности СЭС будет ресурса кабельных сетей неприемлемы. усложняться и алгоритм действий. При этом В настоящее время СЭС с изолированной ней- время, затраченное на переключения, может за-тралью оснащаются защитными устройствами от нимать до нескольких часов, что требует от пер-однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), действу- сонала концентрации и предельного внимания. ющими на сигнал. Их использование существен- Таким образом можно утверждать о необходи-но сокращает время работы сети в аварийном мости создания системы эффективного контро-режиме. Однако, учитывая несовершенство спо- ля состояния изоляции разветвленной системы собов отыскания места ОЗЗ, такой режим может электроснабжения специальных объектов, обе-существовать достаточно долго, что увеличивает спечивающей улучшение условий эксплуатации, вероятность перехода его в многофазное замыка- а также отыскания мест повреждения изоляции ние. и, как следствие, повышение ее электро- и пожа-Правила эксплуатации электроустановок по- робезопасности. Данная система должна состо-требителей допускают работу систем с однофаз- ять из комплекса технических средств, взаимно ным замыканием на землю, требуя устранить это связанных и дополняющих друг друга и обеспе-замыкание в кратчайший срок. В практике экс- чить постоянный текущий контроль состояния плуатации электроустановок поиск места сниже- изоляции в СЭС СФС, позволяющий следить за ния сопротивления изоляции обычно начинается фактическим состоянием изоляции. с определения соответствующего фидера главно- Существенным преимуществом алгоритм, а го распределительного щита методом поочерёд- изображённого на рисунке 1 можно считать: ного их отключения. При этом в условиях специ- - постоянный контроль состояния изоляции альных объектов (СО) может потребоваться из- СЭС;

менение конфигурации сети или перевода пита- - выявление в реальном времени несим-

ния потребителей от другого источника. После метричного снижения сопротивления изоляции

определения отходящей линии с ОЗЗ и снятия СЭС;

рабочего напряжения конкретное место повреж- - автоматизация целого ряда этапов по опре-

дения находится в процессе последовательных делению повреждённой линии или линии с ОЗЗ;

- сведение в одно место (пульт диспетчера) троль состояния изоляции и поиск мест ее по-

и обобщение информации о состоянии - изоляции СЭС;

вреждения, на примере принципиальной схемы электроснабжения СФС для объектов с сетями 0,4

- возможность прогнозирования ОЗЗ на ран- кВ представлено на рис. 2.

них стадиях его развития;

В низковольтных сетях наиболее распростра-

Предложение по применению комплекса ненными видами повреждений изоляции оказы-устройств, обеспечивающих эффективный кон- ваются поверхностное и объемное увлажнение и

Рис. 1. Алгоритм функционирования системы контроля состояния изоляции

загрязнение, приводящие к снижению активного сопротивления. Поэтому постоянный контроль над величиной и изменением сопротивления всей системы электроснабжения даёт представление о состоянии её изоляции. Измерительные преобразователи устройств контроля эквивалентного сопротивления изоляции электрических сетей постоянного и переменного тока напряжением до 1000В подключаются к шинам главных распределительных щитов каждой гальванически не связанной сети (рис. 2). Их функция - непрерывный контроль за значением сопротивления изоляции под рабочим напряжением, выдача оператору текущего значения сопротивления изоляции по его требованию и сигнализация о снижении сопротивления изоляции до заданной уставки (рис. 1). Схемное и конструктивное исполнение обеспечи-

вают его пригодность для работы в сети любого рода тока.

Для поиска мест повреждений электрической изоляции в электроустановках напряжением до 1000 В целесообразно использовать переносное устройство, которое после получения сигнала от системы пофидерного контроля должно обеспечивать определение конкретного места повреждения изоляции на данном фидере и получающих от него питание трассах кабелей, вторичных распределительных щитах, либо определение поврежденного электроприемника (рис. 2). Прибор позволяет определять место повреждения изоляции в кабелях независимо от способа их прокладки (в трубах, в траншеях, под кожухами, под декоративной зашивкой и пр.).

Э^ 50 Гц, 40йВ

г

\ С611 ^ С&12 гт ттт

С1К

место установи! устройства контроля эквивалентного сопротивления изоляции с блокировкой О место установки датчика системы по фидерного контроля состояния изоляции -ф" место эксплуатации пер еносного прибор а повреждения сети

Рис. 2. Схема применения приборов контроля в СЭС 0,4кВ

Реализуемая в приборе структурная схема позволяет выполнять постоянный автоматический контроль сопротивления изоляции электрических сетей постоянного, переменного и двойного рода тока, имеющих гальваническую связь с сетью постоянного тока через полупроводниковые управляемые или неуправляемые выпрямители без применения трансформаторов напряжением до 1000В изолированных от земли.

Под автоматическим контролем понимается выполнение заданного алгоритма измерений с индикацией текущего значения сопротивления изоляции, сигнализация о снижении значения сопротивления изоляции до заданной уставки на местном и центральном постах управления без участия обслуживающего персонала.

Так как УКЭСИ предполагается использовать в СЭС СФС на стороне низкого напряжения, то методика разработана для расчета норм сопротивления электрической изоляции электрических сетей переменного и постоянного тока напряжением до 1000В, находящихся как под рабочим напря-

жением, так и при снятом рабочем напряжении. Расчет, возможно, проводить на этапе проектирования СЭС по исходным данным производителей электрооборудования и на этапе приемо-сдаточных испытаний по результатам полученных измерений.

Неотъемлемой частью системы контроля состояния изоляции является комплект приборов для поиска мест с ослабленной и повреждённой изоляцией. С этой целью как уже говорилось, предлагается использовать переносные приборы. Это сделает возможным проведение поиска конкретного места повреждения изоляции после срабатывания предупредительной или аварийной сигнализации, а также даст возможность использовать их в процесс периодического обслуживания. Для укомплектования системы предлагается использовать переносной портативный индикатор повреждений сети ИПС-3 (Рис. 3.) и индикатор частичных разрядов ЕЛМИН-3 (Рис. 4.) отечественного производства. Их использование позволяет обеспечить высокую эффективность поиска

Рис. 3. ИПС-3 44

повреждений изоляции и однофазных замыканий в разветвленных сетях с изолированной нейтралью до и выше 1000 В.

Индикатор повреждений сети ИПС-3 предназначен для использования на объектах, имеющих разветвленную распределительную сеть как до 1кВ, так и свыше 1кВ. ИПС-3 является многоцелевым портативным прибором, измеряющим индукцию магнитного поля, создаваемого переменным током в диапазоне частот от 10 до 100Гц. С помощью прибора можно оценить ток в отдельном проводе и несимметричный ток в многопроводной линии или многожильном кабеле. Применение прибора обеспечивает:

- высокую эффективность поиска повреждений изоляции и однофазных замыканий в разветвленных сетях с изолированной нейтралью,

- определение расположения подземных и иных скрытых кабелей,

- выявление неполнофазных режимов работы потребителей,

- измерение токов утечки в металлических конструкциях, опорах воздушных линий, и выявление потребителей, использующих землю в качестве обратного провода.

- оценку магнитных полей и эффективность магнитных экранов.

При применении источника оперативного напряжения ИОН-3 (входит в комплект поставки) индикатор ИПС-3 обеспечивает высокую эффективность обнаружения места локального снижения сопротивления изоляции или однофазного замыкания в подземных кабелях, пучках кабелей в кабельных коридорах и коллекторах и в воздушных линиях 6-35кВ, при наличии мешающих магнитных полей и невозможности отключения рядом расположенных линий.

Индикатор импульсных электромагнитных полей ЭЛМИН-3, в дальнейшем именуемый прибор, предназначен для дистанционной оценки интенсивности потока частичных разрядов, возникающих в твердой изоляции высоковольтных электроустановок. Применение прибора способствует реализации п. 1.8. РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования», рекомендующего выявление дефектов на ранних стадиях их развития, и приложения 2 ПТЭ ЭП «Примерный порядок технического диагностирования электроустановок потребителей».

Рис. 4. Индикатор частичных разрядов

Прибор предназначен для:

- оценки изменений во времени состояния изоляции высоковольтного электрооборудования (преимущественно 3 - 35кВ);

- оценки состояния изоляции при проведении испытаний повышенным напряжением;

- поиска мест локализации повреждений и местных дефектов, сопровождающихся возникновением ЧР;

- обнаружения источников импульсного шу-моподобного электромагнитного излучения.

Применение прибора позволяет:

- прогнозировать возможные отказы изоляции (электрический пробой);

- сократить время поиска повреждений;

- уменьшить вероятность аварий и чрезвычайных ситуаций.

Методика применения прибора не требует устройства подключения, влияющего на результаты измерений, позволяет проводить измерения в любой точке электроустановки в реальных условиях эксплуатации, имеет незначительную трудоемкость, не требует сложных мер по обеспечению электробезопасности при проведении измерений (защита расстоянием).

Прибор предназначен для выявления локальных дефектов высоковольтной изоляции, что дополняет испытания по Нормам РД 34.45-51.30097, ориентированные на выявление распределенных дефектов.

Основным достоинством системы контроля состояния изоляции является возможность диагностирования состояния изоляции без снятия напряжения, а, следовательно, отпадает необхо-

димость выводить из эксплуатации оборудование; не требуется проведение испытаний повышенным напряжением; снижается вероятность ошибочных действий обслуживающего персонала, что непосредственно влияет на обеспечение электробезопасности, так как нет необходимости контакта с токоведущими частями; значительно сокращается трудоемкость работ, как в процессе повседневной эксплуатации, так и при поиске места повреждения изоляции. Более того, система контроля состояния изоляции позволяет обнаружить не только элемент с повреждённой или ухудшенной изоляцией, но и место ее повреждения. Эти достоинства позволяют оперативно осуществлять контроль состояния изоляции СЭС в режиме реального времени и разработать методику замещения плана периодического осмотра и ремонта на выполнение ремонтных работ в зависимости от фактического состояния оборудования электрических сетей объектов МО РФ.

Список литературы:

1. Тишков А.А., Павленок А.М. Разработка системы контроля состояния изоляции в системах электроснабжения с изолированной нейтралью. // Сборник научных проблем ВИ(ИТ). СПб.: Изд-во Политехн. ун-та., 2013.

2. Тишков А.А., Парахин Ю.Н. Пофидерный контроль состояния изоляции в системах электроснабжения напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью. // Электрические аппараты и электротехнические комплексы и системы: сборник материалов Международной научно-практической конференции. Ульяновск: УлГТУ, 2012.