СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ ИЗОЛЯЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЙ И ПОИСКА ПРИСОЕДИНЕНИЙ С ПОВРЕЖДЕННОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ В СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
METHOD FOR INSULATION RESISTANCE MEASUREMENT AT CONNECTIONS AND SEARCH OF CONNECTIONS WITH DAMAGED INSULATION IN DIRECT-CURRENT MAINS WITH INSULATED NEUTRAL

Способ измерения сопротивлений изоляции присоединений и поиска присоединений с поврежденной изоляцией в сети постоянного тока с изолированной нейтралью основан на подключении между полюсами сети двух последовательно соединенных одинаковых резисторов, общая точка которых через третий резистор соединена с «землей», на измерении токов, протекающих по присоединениям сети при двух случаях подключений резистивных элементов к каждому из полюсов. Значения полного (эквивалентного) сопротивления изоляции присоединений определяют по разнице величин установившихся дифференциальных токов, протекающих по присоединениям, вызванных подключением резистивного элемента отдельно к положительному и отрицательному полюсу сети. Изобретение направлено на упрощения определения сопротивления изоляции присоединений и уменьшения времени поиска присоединений с поврежденной изоляцией.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании переносных устройств поиска присоединений с поврежденной изоляцией сетей постоянного оперативного тока.
7
Известен способ поиска элемента со сниженным сопротивлением изоляции в разветвленной электрической сети постоянного оперативного тока, основанный на наложении на сеть контрольного переменного тока и коротких импульсов и выделении активной составляющей переменного тока в контролируемом объекте (Патент Российской Федерации RU 2180124, МПКG01R 31/11, дата публикации 27.02.2002 г. Авторы: Вайнштейн Р.А., Шестакова В.В.). Недостатком данного способа является то, что определение места повреждения изоляции связано с определением начала короткого импульса тока, величина которого зависит от емкости контролируемого присоединения, что снижает точность и усложняет конструкцию устройств поиска присоединений с ухудшенной изоляцией.
Известен способ, при котором на сеть накладывают контрольное переменное напряжение заданной частоты, отличное от частоты сети (Патент Российской Федерации RU 2275645, МПК G01R 27/18 (2006.01), G01R 31/02 (2006.01), дата публикации 27.04.2006 г. Авторы: Кислов Е.А., Леонтьев И.В., Левичев Ю.Д., Кудрин И.А.). Отличительной особенностью способа является подключение к контролируемому присоединению калибровочного резистивно-емкостного импеданса. По результатам двух измерений токов утечки при подсоединенном и не подсоединенном импедансе определяют сопротивление изоляции контролируемого присоединения. Недостатком данного способа является наличие гальванической связи между измерителем тока контрольного присоединения и самой сетью оперативного тока, что усложняет его применение в переносных устройствах контроля изоляции отходящих присоединений, а также снижает электробезопасность.
Наиболее близким к изобретению является способ определения сопротивлений изоляции присоединений в сети постоянного тока с изолированной нейтралью, основанный на измерении напряжений между «землей» и полюсами до и после подключения к полюсам резистивного элемента, а также на измерении токов, протекающих по присоединениям сети до и после подключения резистивного элемента (Патент Российской Федерации RU 2381513, МПК G01R 27/18, дата публикации 10.02.2010 г. Авторы: Алимов Ю.Н., Галкин И.А., Шаварин Н.И.). Вычисляют значение сопротивлений изоляции присоединений исходя из значений напряжений на полюсах сети и напряжения между полюсами, а также величин приращений токов присоединений, вызванных подключением электрически управляемого резистивного элемента к полюсам сети. Недостатком данного способа является необходимость измерений напряжений полюсов относительно земли, что усложняет конструкцию - особенно переносных устройств поиска присоединений с поврежденной изоляцией, а также увеличивает время поиска присоединений с поврежденной изоляцией.
Задачей изобретения является упрощение способа определения сопротивлений присоединений и поиска присоединений с поврежденной изоляцией, что позволяет упростить конструкцию переносных устройств поиска присоединений с поврежденной изоляцией.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе измерения сопротивлений изоляции и поиска присоединений с поврежденной изоляцией в сети постоянного тока с изолированной нейтралью, основанном на измерении токов, протекающих по присоединениям сети после подключения к полюсам резистивного элемента, одновременно выравнивают напряжения на полюсах путем включения последовательно соединенных двух одинаковых резисторов, общая точка которых через третий резистор соединена с «землей», отличающийся тем, что значения эквивалентных сопротивлений изоляции присоединений вычисляют по формуле
из.экв
+
-
R= A/|I-I|,
из.экв
где R - полное (эквивалентное) сопротивление изоляции контролируемого присоединения;
+
I - установившийся дифференциальный ток контролируемого присоединения, вызванный подключением к положительному полюсу резистивного элемента;
-
I - установившийся дифференциальный ток контролируемого присоединения, вызванный подключением к отрицательному полюсу резистивного элемента;
+
-
А - коэффициент, зависящий от приращения тока ΔI=|I-I|, вызванного подключением к положительному и отрицательному полюсу сети резистивного элемента. Задается табличным способом или графически.
из.экв
Сущность изобретения поясняется схемами (фиг.1, 2) и зависимостями ΔI=F(R) (фиг.3, 4, 5), полученными расчетным образом и подтвержденные экспериментально на оборудовании НПП «ЭКРА». На схеме фиг.1 изображены источник питания сети постоянного тока с изолированной нейтралью 1, нагрузки присоединений 6, 8, 10, емкости и активные сопротивления их изоляций, например, присоединение 7 обладает хорошей изоляцией относительно шины «+», присоединение 9 обладает хорошей изоляцией относительно шины «-», присоединение 5 обладает поврежденной изоляцией относительно шин «+» и «-». Кроме этого на схеме показаны резистивные элементы 4 и 3, подключенные через ключи К1 и К2 к шинам «+» и «-» соответственно, устройства 14, 15, 16 для измерения токов, протекающих по присоединениям 5, 7, 9, резисторы 11, 12, соединенные последовательно и подключенные параллельно к шинам источника 1, резистор 13, подключенный между общей точкой резисторов 11, 12 и «землей».
В реальных сетях оперативного постоянного тока в качестве резисторов 11, 12, 13 может служить традиционная схема контроля изоляции (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., стр.609, рис.47.37), в которой резисторы 11, 12 имеют 1 кОм. В качестве резистора 13 служит обмотка реле РН 51/32, сопротивление которой 3,9 кOм.
Введение резисторов 11, 12, 13 позволило уменьшить напряжение смещения нейтрали при несимметричном ухудшении изоляции сети оперативного тока, что уменьшает вероятность ложного срабатывания устройств защит в цепях оперативного тока.
Сопротивления R5=R4=30 кОм используются в системе контроля изоляции «ЭКРА-СКИ», нашедшей применение на многих объектах электроэнергетики России.
Для определения эквивалентного сопротивления изоляции токопроводов относительно «земли» необходимо знать не только значения дифференциальных токов присоединений для двух случаев присоединения резистивных элементов к полюсам источника, но и значения напряжений полюсов относительно земли и напряжения источника постоянного напряжения.
В общем случае для эквивалентного сопротивления изоляции присоединения
из.экв
+
-
i+
i-
R=(E-U-U)/|I-I|,
i+
где I- дифференциальный ток i-присоединения, вызванный подключением к положительному полюсу резистивного элемента,
i-
I - дифференциальный ток i-присоединения, вызванный подключением к отрицательному полюсу резистивного элемента,
+
U- напряжение на положительном полюсе при подключении к нему резистивного элемента,
-
U - напряжение на отрицательном полюсе при подключении к нему резистивного элемента,
Е - напряжение между полюсами источника.
1
2
из+
из-
из.сети+
из.сети-
На рисунке фиг.2 приведена схема замещения сети оперативного постоянного тока на примере с одним присоединением, где I и I - токи по положительному и отрицательному проводу контролируемого присоединения, R - сопротивление изоляции положительного провода контролируемого присоединения, R - сопротивление изоляции отрицательного провода контролируемого присоединения, R - сопротивление изоляции положительного полюса сети, R - сопротивление изоляции отрицательного полюса сети.
+
1
2
-
1
2
Дифференциальные токи I=I-I и I=I-I контролируемого присоединения при замыкании ключей К1 и К2 соответственно зависят от сопротивлений изоляции положительного и отрицательного полюса контролируемого присоединения и сопротивлений изоляции сети.
+
-
из.экв
из+
из-
из+
из-
изсети+
изсети-
Проведенное математическое моделирование сети оперативного постоянного тока с напряжением 220 В для случая R1=R2=1 кОм, R3=3,9 кОм, и R5=R4=30 кОм позволило получить зависимости приращения тока ΔI=|I-I| от полного (эквивалентного) сопротивления изоляции контролируемого присоединения R=R//R. На рисунке фиг.3 представлены расчетные зависимости приращения токов присоединения при несимметричном ухудшении изоляции присоединения R=10 МОм, R=0…100 кОм, полученные для случая R=R=10 Мом.
изсети+
изсети-
из+
из
На рисунке фиг.4 представлены расчетные зависимости приращения токов присоединения при несимметричном ухудшении изоляции присоединения, полученные для случая R=R-=100 кOм, R=10 МОм, R_=0…100 кОм.
из+
из-
изсети+
изсети-
На рисунке фиг.5 представлены расчетные зависимости приращения токов присоединения при симметричном ухудшении изоляции присоединения R=R=5…50 кОм полученные для случая R=R100 кOм.
+
-
изэкв
изсети+
изсети-
из.экв
Как видно из рисунков фиг.3, фиг.4 и фиг.5, приращение дифференциальных токов присоединения ΔI=|I-I| как при несимметричном, так и при симметричном ухудшении изоляции присоединения зависит лишь от эквивалентного сопротивления изоляции контролируемого присоединения и практически не зависит (с точность 10%) от сопротивления изоляции сети оперативного тока в диапазоне R=5…100 кОм при R=R=100…1000 кОм. Это обстоятельство дало возможность получить зависимость А=R·ΔI, представленную на фиг.6 и в таблице 1.
Таблица 1
ΔI, мА
0
0,5
1,0
2,0
3,0
5,0
7,5
А, кОм/мА
25
24
22
18
15
7,5
0
Примером конкретной реализации данного способа измерения сопротивлений изоляции присоединений и поиска присоединений с поврежденной изоляцией сети оперативного постоянного тока может служить переносное устройство поиска присоединений с поврежденной изоляцией, разработанное в ООО НПП «ЭКРА» «ЭКРА-ПКИ», позволяющее находить присоединения с поврежденной изоляцией с эквивалентным сопротивлением изоляции менее 100 кОм.