СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
METHOD OF DETERMINATION OF INSULATION RESISTANCE FOR DIRECT CURRENT NETWORK WITH INSULATED NEUTRAL

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам измерения и контроля сопротивления изоляции от «земли» (корпуса), и может быть использовано при создании устройств контроля и измерения в силовых электрических сетях постоянного оперативного тока.
Известен способ контроля сопротивлений изоляции (В. Герасимов. Электротехнический справочник. В 4 т. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии. - 8-е изд., исп. и доп. - М.: Изд. МЭИ, 2002. - 964 с., с. 609, рис. 47-37), который основан на подключении между полюсами источника тока двух последовательно соединенных резисторов и подключении между их общей точкой и «землей» реле контроля напряжения.
Недостатком такого способа является невозможность осуществления полноценного контроля изоляции сети постоянного тока, так как в данном случае изоляция полюсов снижается на одинаковое или близкое значение, к которому система является нечувствительной, что приводит к несрабатыванию реле контроля напряжения в нужный момент, вследствие чего возможно возникновение аварийных ситуаций.
Известен способ измерения сопротивлений изоляции сети (RU2281521, 10.08.2006 г.), основанный на измерении напряжений между «землей» и полюсами до и после подключения к одному из полюсов резистивного элемента, а также на измерении токов, протекающих по присоединениям сети до и после подключения резистивного элемента. В качестве резистивного элемента используют электрически управляемый резистивный элемент, при этом подключают его к тому полюсу, полярность которого совпадает со знаком суммы напряжений на полюсах до подключения резистивного элемента, после чего поддерживают постоянное значение тока через этот резистивный элемент и вычисляют значение сопротивлений изоляции сети, исходя из значений приращений полусуммы напряжений на полюсах и величин приращений токов присоединений, вызванных подключением электрически управляемого резистивного элемента к одному из полюсов сети.
Недостатком способа является отсутствие стабильности напряжений на полюсах при ухудшении изоляции, что может привести к ложному срабатыванию релейной защиты. При этом подключение к полюсу резистивного элемента вызывает возникновение больших значений перенапряжений на полюсах источника из-за отсутствия стабильности напряжений на шинах источника относительно «земли», величина которых зависит от соотношения величины сопротивлений резистивного элемента и изоляции. Кроме того, известный способ недостаточно точен и информативен ввиду малых значений приращений дифференциальных токов присоединений. При этом, исходя из значений приращений токов и напряжений, невозможно определить сопротивления изоляции каждого из полюсов присоединений.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ определения сопротивлений изоляции сети постоянного тока с изолированной нейтралью (RU 2381513, 10.02.2010 г.), при котором измеряют напряжения между «землей» и полюсами источника постоянного тока, а также токи, протекающие по присоединениям сети после подключения к одному из полюсов резистивного элемента, измеряют также токи, протекающие по присоединениям сети после подключения второго резистивного элемента к другому полюсу сети, причем производят выравнивание напряжения на полюсах путем включения параллельно полюсам источника постоянного тока двух последовательно соединенных одинаковых резисторов, общая точка которых через третий резистор соединена с «землей», одновременно измеряют ток, протекающий по присоединению, включающему токопровод к третьему резистору и токопроводы от полюсов источника к резистивным элементам, определяют значения сопротивлений изоляции каждого из полюсов, а затем сети в целом.
Недостатком способа является необходимость измерения дифференциального тока присоединения с выравнивающими резисторами с помощью кольцевого датчика и, как следствие, более низкая точность из-за чувствительности датчика к наводкам от соседних проводников, собственного температурного и временного дрейфа нуля, остаточной намагниченности, также высокая стоимость.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений сопротивления изоляции сети постоянного тока.
Технический результат достигается при использовании способа определения сопротивлений изоляции сети постоянного тока с изолированной нейтралью, согласно которому измеряют напряжение между «землей» и полюсами источника постоянного тока, для чего сначала подключают резистивный элемент сначала к одному из полюсов, а затем к другому, выравнивают напряжения на полюсах параллельным подключением к источнику постоянного тока двух последовательно соединенных одинаковых резисторов, общая точка которых через третий резистор соединена с «землей», при этом резистивные элементы подключают поочередно параллельно первому и второму резисторам, измеряют напряжение на третьем резисторе после подключения одного и другого резистивных элементов, далее определяют сопротивление изоляции всей сети, а затем каждого полюса согласно формулам:
где
R - полное сопротивление изоляции всей сети,
1+
U - напряжение на положительном полюсе при подключении к нему резистивного элемента,
2-
U - напряжение на отрицательном полюсе при подключении к нему резистивного элемента,
Е - ЭДС аккумуляторной батареи,
R+
U - напряжение на третьем резисторе при подключении резистивного элемента к положительному полюсу,
R-
U - напряжение на третьем резисторе при подключении резистивного элемента к отрицательному полюсу,
TR
R - сопротивление третьего резистора,
+
R - сопротивление изоляции положительного полюса всей сети,
-
R - сопротивление изоляции отрицательного полюса всей сети.
На фигуре изображена схема для реализации предлагаемого способа.
Поочередное подключение резистивных элементов параллельно первому и второму резисторам, измерение напряжения на третьем резисторе после подключения одного и другого резистивных элементов позволяют определить сопротивление изоляции как всей сети, так и каждого полюса при повышении точности проводимых измерений, которые в данном случае не зависят от наводок и помех от других устройств и проводников.
Схема содержит источник постоянного тока 1, одинаковые резисторы 2 и 3, резистивный элемент 4 с ключом 5, резистивный элемент 6 с ключом 7, вольтметр 8, третий резистор 9, вольтметры 10 и 11.
1+
R+
2-
R-
TR
Заявляемый способ определения сопротивлений изоляции реализуют следующим образом. В сети постоянного тока с источником постоянного тока 1 параллельно полюсам подключены последовательно два одинаковых резистора 2 и 3, общая точка которых через третий резистор 9 подключена к «земле». Параллельно резистору 9 подключают вольтметр 8. Вольтметр 10 подключают между положительным полюсом сети и «землей», а вольтметр 11 между отрицательным полюсом и «землей» соответственно. При проведении измерений сопротивлений изоляции сети подключают поочередно резистивный элемент 4 ключом 5 и снимают показания напряжения U на вольтметре 10, а также напряжения U на вольтметре 8, а затем отключают резистор 4 ключом 5 и включают резистивный элемент 6 ключом 7, после чего снимают показания напряжений U вольтметра 11 и U вольтметра 8. Зная значение третьего сопротивления R, рассчитывают полное сопротивление изоляции сети R по формуле:
далее вычисляют сопротивление изоляции положительного полюса R+ по формуле:
и сопротивление изоляции отрицательного полюса R- по формуле:
R+
R-
+
-
В качестве резистивных элементов 4 и 6 применяются активные сопротивления. Подключение последних поочередно через ключи 5 и 7 обеспечивает искусственное смещение полюсов относительно «земли». Это позволяет получить ток смещения через резистор 9 и замерить на нем падение напряжения U и U вольтметром 8. Такое подключение обеспечивает возможность определения сопротивления R всей изоляции и каждого полюса R и R в отдельности.
Переход на измерение падения напряжения на резисторе значительно упрощает и удешевляет задачу измерений, при этом существенно повышается точность измерения тока утечки, поскольку падение напряжения на резисторе нечувствительно к возможным наводкам от других устройств и проводников с током.