СПОСОБ УСТАНОВЛЕНИЯ МЕСТА СНИЖЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ
METHOD FOR DETERMINATION OF INSULATION RESISTANCE REDUCTION POINT

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для нахождения места снижения сопротивления изоляции относительно земли (корпуса) электроустановок, устройств, обмоток и других объектов, содержащих последовательно включенные элементы (участки) с приблизительно одинаковыми параметрами.
Предпосылки к изобретению. В процессе эксплуатации объекта, в частности, кабельной многовитковой обмотки размагничивания судна, состоящей из последовательно соединенных витков, может произойти локальное снижение ее сопротивления изоляции. Поиск места снижения сопротивления изоляции 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 становится весьма актуальной разработка способа дистанционного установления места снижения сопротивления изоляции в обмотке, находящейся под рабочим напряжением, со щита ее питания, без изменения режима работы обмотки размагничивания, являющейся элементом защиты судна, и без ухудшения безопасности ее эксплуатации, а также выполнением минимального количества измерений минимальным числом штатных измерительных средств с минимальными временными затратами.
Известны основные методы определения мест повреждения изоляции кабелей относительно земли [1]: дистанционные (импульсные и мостовые), топографические (акустические и акустические с рамкой) и др.
Применение методов, изложенных в [1], в установлении места снижения сопротивления изоляции в объектах, содержащих последовательно включенные элементы (участки), требует вывода из действия объекта, использование дополнительного оборудования и аппаратуры, а также перемещения персонала вдоль объекта контроля. В связи с указанными недостатками данные методы недостаточно эффективны для решения задач, поставленных в настоящем изобретении.
Известен способ определения сопротивления путей утечек на землю в электрических системах [2], 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.
Для применения способа [2], в поиске места снижения сопротивления изоляции в объектах, содержащих последовательно включенные элементы (участки), требуется в процессе замеров параметров поочередное шунтирование элементов системы, что накладывает определенные ограничения в его использовании для контроля ряда объектов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей технической сущности является способ [3], 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, рассчитывают сопротивление дополнительной утечки через изоляцию и приращение тока однополюсного замыкания, по их произведению определяют падение напряжения на сопротивлении дополнительной утечки, сравнивают полученное падение напряжения с распределением напряжения между соответствующими точками исправного объекта и земляной шиной и по результатам сравнения судят о месте повреждения изоляции.
Применение способа [3] для нахождения места снижения сопротивления изоляции относительно корпуса у объектов, содержащих последовательно включенные элементы (участки) с приблизительно одинаковыми параметрами, является избыточным по количеству измерений параметров и используемых для этого приборов, сравнительно сложным по методике поиска неисправности, а также требующим периодического снятия напряжения с объекта контроля. Указанные недостатки устраняются в предлагаемом изобретении.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является дистанционное установление схемного места снижения сопротивления изоляции относительно корпуса объектов, содержащих последовательно включенные элементы (участки) с приблизительно одинаковыми параметрами, без изменения режима и снижения безопасности функционирования объекта с минимальным числом измерений минимумом штатных измерительных средств.
Указанный технический результат обеспечивается благодаря тому, что определяется значение сопротивления токовой утечке через изоляцию находящегося в действии объекта, вызвавшей снижение ее сопротивления, определяется величина напряжения одной из входных клемм обмотки относительно корпуса при рабочем напряжении на объекте и по соответствующему алгоритму рассчитывается место снижения сопротивления изоляции в схеме объекта.
вх
0
n
A
На фигуре 1 представлена схема устройства, реализующего способ, со схемой замещения объекта контроля (фигура 1(a)), а также диаграмма распределения напряжений между соответствующими точками объекта контроля и его корпусом (фигура 1(б)). На фигуре 1 приняты следующие обозначения:  - сопротивления элементов объекта, приблизительно равные между собой, например, сопротивления витков обмотки устройства размагничивания; кл. 1, …,  кл. n - соединительные клеммы витков;  - сопротивления исправной изоляции витков; V - вольтметр с входным сопротивлением r; Δr - сопротивление пути утечки; К - корпус; N,  - точка на схеме замещения обмотки и диаграмме потенциалов с нулевым потенциалом относительно корпуса (точка нулевого потенциала) соответственно для исходного состояния схемы и в случае снижения сопротивления изоляции в ней; U,  напряжение клеммы «+» обмотки относительно корпуса соответственно исходное и при сниженном сопротивлении изоляции; U -напряжение относительно корпуса в месте снижения сопротивлении изоляции в схеме обмотки; А - место снижения сопротивлении изоляции в схеме обмотки и Δ - погрешность установления этого места; OL - прямая линия, условно пролегающая вдоль прямолинейно развернутой обмотки; 1 - диаграмма потенциалов (напряжений) клемм обмотки относительно корпуса, 2 - границы диапазона нелинейности диаграммы потенциалов, 3 - средняя линия диаграммы потенциалов (исходная), 4 - средняя линия диаграммы потенциалов при сниженном сопротивлении изоляции обмотки;  - исходные потенциалы клемм обмотки;  - потенциалы клемм обмотки при сниженном сопротивлении изоляции.
Способ осуществляют следующим образом.
из0
На объекте, в частности, на обмотке размагничивания судна, находящейся под рабочим напряжением, измеряется исходная величина сопротивления исправной изоляции обмотки r методом трех отсчетов одного штатного вольтметра [4]. Затем вычисляется значение сопротивления исправной изоляции витка из формулы общего сопротивления параллельно соединенных приблизительно равных сопротивлений изоляции витков:
где (n-1) количество витков в обмотке.
в
в
0
0
Так как сопротивление витка обмотки  значительно меньше сопротивления исправной изоляции витка  то есть R << r, то для узловой точки N схемы замещения обмотки и ее изоляции справедливо выражение по первому закону Кирхгофа, когда сумма токов через пути утечки в точке нулевого потенциала N в схеме замещения будет определяться выражением:
из0
в
вх
Приведенные выше параметры r, r и r являются исходными данными в предлагаемом способе.
из
В случае снижения текущей величины сопротивления изоляции обмотки до какого - то значения r (определяется также методом трех отсчетов одного штатного вольтметра), измеряется напряжение клеммы «+» обмотки относительно корпуса . Вычисляется значение сопротивления утечке Δr, вызвавшей снижения исходной величины сопротивления изоляции:
Теперь согласно первому закону Кирхгофа сумма токов через пути утечки в новой точке нулевого потенциала  в схеме замещения обмотки с использованием средней линии диаграммы потенциалов (4) при сниженном сопротивлении изоляции будет определяться выражением:
A
Откуда напряжение относительно корпуса в месте снижения сопротивлении изоляции t/ в схеме обмотки находят из выражения:
A
n-3
По найденной величине U посредством диаграммы (4) устанавливают виток (на схеме это виток R), на котором произошло снижение сопротивления изоляции. С учетом погрешности установления места снижения сопротивления изоляции указанный виток будет находиться на схеме в области, обозначенной Δ. Данные о найденном месте снижения сопротивления изоляции заносятся в память компьютера. Для определения мест последующих снижений сопротивления изоляции в обмотке будет также использоваться выражение (3), но с другими исходными данными, соответствующими текущим значениям параметров изоляции.
Пример
из0
в
вх
Допустим, что обмотка размагничивания судна, состоящая из 20 витков (n-1=20) имеет величину исходного сопротивления исправной изоляции r=1 МОм, величину сопротивления исправной изоляции витка r=20 МОм, величину входного сопротивления вольтметра r=30 МОм.
из
Пусть вследствие образовавшейся утечки через изоляцию обмотки размагничивания произошло уменьшение величины ее исходного сопротивления изоляции до значения, например, r=0.7 МОм. При этом величина напряжения между клеммой «+» и корпусом равна, например,  =40 В.
Значение образовавшейся утечки через изоляцию обмотки будет равно:
A
Тогда значение потенциала U утечки Δr будет равно:
Таким образом, схемное место образовавшейся утечки с учетом погрешности установления этого места, например, в пределах одного витка обмотки находится в области изоляции восемнадцатого витка. Параметры изоляции обмотки с установленной утечкой заносятся в память компьютера.
При образовании последующих утечек устанавливаются места их нахождения приведенным выше алгоритмом, но с использованием новых исходных данных, соответствующих текущим параметрам изоляции. После вывода из действия обмотки размагничивания производится устранение выявленных утечек.
Источники информации
1. https: // angstremip.ru>blog>osnovny…
2. findpatent.ru. / patent / 201 / 2010247.
3. patents, su>3 - 1580294 - sposob - opre…
4. Иванов E.A. и др., Безопасность электроустановок и систем автоматики-СПб.: Элмор, 2003, с. 89.