Способ установления места снижения сопротивления изоляции и определения мощности токовой утечки
METHOD OF ESTABLISHING PLACE OF REDUCING RESISTANCE OF INSULATION AND DETERMINING POWER OF CURRENT LEAKAGE

Настоящее изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для установления места снижения сопротивления изоляции в обмотках электрических машин, электроустановок, линий электроэнергии и других объектов линейной топологии, содержащих последовательно включенные элементы (участки).
Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения возможности установления места снижения сопротивления изоляции в объектах как постоянного, так и переменного тока, содержащих последовательно включенные элементы, которые в период эксплуатации объекта не имеют доступа для получения показателей состояния их изоляции, например, изоляции витков обмоток электрических машин и других подобных объектов, находящихся под рабочим напряжением, а также определения мощности, выделяемой в месте снижения сопротивления изоляции.
Из существующего уровня техники известен способ определения места однофазных замыканий в кабельных линиях, проложенных в земле (РФ №2143703) [1], заключающийся в том, что предварительно определяют предполагаемое место повреждения с помощью какого-либо дистанционного метода, затем поврежденную жилу и оболочку кабеля подключают к генератору звуковой частоты и к ряду других устройств, в предполагаемом месте повреждения дополнительно устанавливают датчик с радиопередатчиком, перемещают вдоль трассы кабелеискатель, фиксируют изменение электромагнитного поля, создаваемого протекающими в кабеле токами, в результате повышают точность отыскания мест однофазных замыканий в кабельных линиях. Недостатками данного способа являются необходимость обесточивания электроустановки для установления места токовой утечки, необходимость в установке датчика в предполагаемом месте повреждения изоляции, необходимость перемещения вдоль обмотки с кабелеискателем.
Известен способ определения сопротивления путей утечек тока на землю в электрических системах (РФ №2010247) [2], позволяющий осуществлять контроль сопротивления изоляции электроустановок (постоянного и медленно меняющегося напряжения) и определять сопротивление утечек тока через изоляцию на каждом элементе электрической системы без отключения потребителей. В частности, его можно применять при определении сопротивлений утечек тока через изоляцию на элементах батарей аккумуляторов, химических источников тока, витках катушек размагничивания кораблей, на электролизерах электролизных батарей и т.д. Для этого производят ряд замеров токов утечки на землю и общего тока системы, составляют систему уравнений, решением которой являются сопротивления путей утечек тока на землю на каждом элементе системы. Недостатками данного способа являются необходимость измерения сопротивления элементов объекта, необходимость подключения амперметров к полюсам источника питания и общей точке, необходимость шунтирования элементов объекта.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей технической сущности является способ определения места снижения сопротивления изоляции по А.С. СССР №1580294 [3], по которому у исправного объекта измеряют эталонное сопротивление изоляции, прикладывают к исправному объекту постоянное напряжение и измеряют эталонный ток однополюсного замыкания объекта на земляную шину, в режиме однополюсного замыкания на земляную шину измеряют распределение напряжения между соответствующими точками вдоль объекта и земляной шиной, а в случае снижения сопротивления изоляции ниже допустимого значения измеряют данный параметр, измеряют ток однополюсного замыкания на земляную шину, рассчитывают значение сопротивления дополнительной утечки через изоляцию и приращение тока однополюсного замыкания объекта на земляную шину, по их произведению определяют падение напряжения на сопротивлении дополнительной утечки, сравнивают рассчитанное падение напряжения с распределением напряжения между соответствующими точками и земляной шиной и по результату сравнения судят о месте повреждения изоляции. Недостатками данного способа являются необходимость измерения распределения напряжения между соответствующими точками вдоль объекта и земляной шиной, применение способа для объектов постоянного тока, а также не обеспечение способом расчета мощности в месте токовой утечки.
Задачей изобретения является дистанционное нахождение места образовавшейся токовой утечки через изоляцию последовательно соединенных элементов (витков) объекта переменного либо постоянного тока, предусматривающее получение показателей (исходных и текущих) места утечки с входной (выходной) клеммы объекта, а получение текущих показателей места утечки с объекта, находящегося под рабочим напряжением, а также расчет мощности в месте токовой утечки
Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой представлена схема устройства, реализующего способ, со схемой замещения объекта контроля, а также диаграммы распределения напряжений между элементами объекта контроля и корпусом объекта. Устройство, реализующее способ, содержит объект контроля 1 (например, обмотки электрической машины, фазы А, В, С), находящийся под рабочим напряжением переменного тока, вольтметр 2, включенный между полюсом (С) объекта контроля 1 и корпусом электрической машины 5 (далее корпусом), регулируемое сопротивление (потенциометр) 3, включенное между полюсом (С) объекта контроля 1 и корпусом. Обмотки фаз объекта контроля 1 состоят из последовательно соединенных элементов (витков) 1.1, …, 1.N. На схеме представлены также сопротивления 4 путей утечки через изоляцию 4.1, …, 4.N для обмотки фазы С и сопротивление возникшей дополнительной утечки 6.
Способ осуществляют следующим образом
Измеряют сопротивление изоляции Rн исправного объекта контроля 1, например, с помощью мегаомметра (не показан). При введенном регулируемом сопротивлении 3 (значение сопротивления потенциометра бесконечно большое Ri ≈ R∞) измеряют с помощью вольтметра 2 напряжение между полюсом (С) объекта контроля 1 и корпусом. При исправной изоляции обмоток вольтметр покажет значение фазного напряжения Uф. Данному случаю соответствует диаграмма напряжений (линия Uф - 0) между витками обмотки и корпусом, представляющая собой прямую, так как сопротивление витков одинаковы.
1
1
1
1
1
Выводят потенциометр 3 до значения сопротивления Ri=R, когда напряжение U между полюсом (С) и корпусом будет на несколько вольт меньше исходного (Uф). Этому случаю соответствует диаграмма напряжений (линия U - (-U)) между витками обмотки и корпусом. Рассчитывают число витков обмотки in, приходящих на один Вольт разности напряжений Uф-U:
,
где N - общее число витков обмотки;
2
2
1
2
2
2
2
Снова выводят потенциометр 3 до значения сопротивления Ri=R, когда напряжение U между полюсом (С) и корпусом будет на несколько вольт меньше предыдущего (U). Данному случаю соответствует диаграмма напряжений (линия U - (-U)) между витками обмотки и корпусом. Рассчитывают число витков обмотки n, приходящих на один Вольт разности напряжений Uф-U:
;
i
Вышеприведенные действия выполняют для последующих значений сопротивления Ri потенциометра 3, до полного его вывода, получают значения величин: Ui, диаграммы (линия Ui - (-Ui)), n.
0
0
0
0
0
При выведенном потенциометре 3, (значение сопротивления Ri=R составляет несколько Ом), измеряют напряжение U между полюсом (С) и корпусом. Этому случаю соответствует диаграмма напряжений (линия U - (-Uф)) между витками обмотки и корпусом. Рассчитывают число витков обмотки n, приходящих на один Вольт разности напряжений Uф-U:
;
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
i
0
0
0
0
Исходными (эталонными) данными для всех обмоток будут значения следующих величин: сопротивления изоляции Rн исправного объекта контроля 1, фазного напряжения Uф, напряжений между витками обмотки и корпусом на диаграмме (линия Uф - 0); сопротивления R потенциометра 3, напряжения U между полюсом (С) и корпусом, напряжений между витками обмотки и корпусом на диаграмме (линия U - (-U)), числа витков обмотки n, приходящих на один Вольт разности напряжений Uф-U; сопротивления R потенциометра 3, напряжения U между полюсом (С) и корпусом, напряжений между витками обмотки и корпусом на диаграмме (линия U - (-U)), числа витков обмотки n, приходящих на один Вольт разности напряжений Uф-U; значения вышеприведенных величин для последующих значений Ri потенциометра 3, до полного его вывода (Ui, диаграммы (линия Ui - (-Ui)), n.); значения сопротивления R потенциометра 3, напряжения U между полюсом (С) и корпусом, напряжений между витками обмотки и корпусом на диаграмме (линия U - (-Uф)), числа витков обмотки по, приходящих на один Вольт разности напряжений Uф-U.
В случае снижения сопротивления изоляции объекта (например, на обмотке С) измеряют пониженное значение напряжения U между полюсом (С) и корпусом, измеряют пониженное значение сопротивления изоляции объекта R, рассчитывают сопротивление возникшей дополнительной утечки как
;
По исходным данным находят значение Ri потенциометра 3, близкое к сопротивлению ΔR и соответствующее ему напряжение Ui между полюсом (С) и корпусом, находят разность ΔU между напряжениями U и Ui:
;
i
Перемножают значения ΔU и n, определяют порядковый номер витка m, на котором произошло снижение сопротивление изоляции
;
По диаграмме напряжений (линия U - (-U)) между витками обмотки и корпусом, соответствующей возникшей дополнительной утечке ΔR, находят значение напряжения Um между витком m, на котором произошло снижение сопротивление изоляции, и корпусом и по формуле рассчитывают активную мощность, выделяемой на утечке ΔR:
Изобретение в отличие от известного способа обеспечивает возможность дистанционного (с клеммы объекта) получения исходных данных для установления места снижения сопротивления изоляции и установления этого места в обмотках электрических машин, а также в объектах как постоянного, так и переменного тока, находящихся под рабочим напряжением, состоящих из последовательно включенных элементов, не имеющих доступа к ним для нахождения токовых утечек через их изоляцию на действующем объекте, а также определения активной мощности, выделяемой в месте снижения сопротивления изоляции.
Источники информации
1. Патент РФ №2143703, МПК G01R 31/08, опубл. 27.12.1999 г.
2 Патент РФ №2010247, МПК G01R 27/02, G01R 31/02, опубл. 30.03.1994 г.
3. А.С. СССР №1580294, МПК G01R 31/02, опубл. 23.07.1990 г.