СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВАРИЙНОГО СНИЖЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ НЕИСПРАВНОГО УЧАСТКА ИЗОЛЯЦИИ
METHOD FOR DETERMINING AN EMERGENCY REDUCTION OF THE RESISTANCE OF ISOLATION OF A SHIPBOARD ELECTRIC NETWORK AND DETERMINING THE RESISTANCE OF A FAULT SECTION OF ISOLATION

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для дистанционного установления снижения сопротивления изоляции, вызванной ее неисправностью, работающей судовой электрической сети и определения сопротивления неисправного участка изоляции.
Предпосылки к изобретению. Существующие методы и средства измерения и контроля сопротивления изоляции судовой электрической сети, находящейся под рабочим напряжением, предусматривают непрерывный контроль и отображение текущего значения сопротивления изоляции сети и при его снижении ниже заданных уровней срабатывание предупредительной или аварийной сигнализации. Нижний уровень сопротивления изоляции сети, соответствующий нижней границе диапазона его нормальных изменений, определяется главным образом максимальным числом включенных в сеть приемников. В разветвленной сети на фоне общего низкого уровня диапазона нормальных колебаний (например, на больших судах до 25 кОм) становится незаметным аварийное снижение сопротивления изоляции одного из приемников (например, до 0,5 мОм), так как общее (эквивалентное) сопротивление изоляции сети при этом может быть в области его нормальных значений [1, с. 51]. Таким образом, существующими методами и средствами не распознаются аварийные снижения сопротивления изоляции, происходящие в области его нормальных значений. Кроме того, они не определяют сопротивление неисправного участка изоляции.
Нормальные изменения сопротивления изоляции практически не связаны с появлением каких-либо дефектов в изоляционной конструкции и могут быть вызваны климатическими и температурными воздействиями, а также непостоянством количества подключаемых приемников в процессе функционирования сети. Аварийные изменения связаны с появлением какой-либо неисправности в изоляционной конструкции (например, пробой изоляции, объемное (поверхностное) увлажнение или загрязнение изоляции, механическое повреждение изоляции и т.п.) [2, с. 101].
Предлагаемый способ позволяет распознавать снижение сопротивление изоляции сети, вызванное возникновением в ней неисправности, а также определять сопротивление неисправного участка изоляции.
Известен способ определения нормы сопротивления изоляции электрических сетей, согласно которому эта норма рассчитывается по эмпирическим формулам [2, с. 102, 103, таблица 1.4.7, п. 1 и п. 8]:
формула (п. 1) расчета нормы сопротивления изоляции обесточенной кабельной сети распределения электроэнергии:
1
2
3
где n - количество щитов, имеющих непосредственную связь с источником электроэнергии; n - количество распределительных щитов и коробок, а также подключенных обмоток трансформаторов; n - количество пускателей и других коммутирующих устройств.
формула (п. 8) расчета нормы сопротивления изоляции сети переменного тока, находящейся под напряжением, с включенными электроприводами:
c
и
г
г
где n - количество электродвигателей, R - норма сопротивления изоляции по формуле (п. 1), R=0,8R - норма сопротивления изоляции участка сети от источника до генераторного автомата, где R - норма сопротивления изоляции генератора.
Норма сопротивления изоляции электрической сети, полученная по вышеизложенному способу и приблизительно определяющая нижний уровень нормальных изменений сопротивления изоляции сети, не позволяет устанавливать факт аварийного снижения сопротивления изоляции сети при значениях выше его нижнего уровня нормальных изменений. Кроме того, данный способ не определяет сопротивление неисправного участка изоляции.
Известен способ определения нормы сопротивления изоляции электрических сетей по соответствующим номограммам [2, с. 104, рис. 1.4.10 и с. 107, рис. 1.4.14]. согласно которому нормы сопротивления изоляции по вышеприведенным формулам [2, с. 102, 103, таблица 1.4.7, п. 1 и п. 8] устанавливаются с помощью номограмм. Данный способ так же, как и вышеизложенный не позволяет устанавливать факт аварийного снижения сопротивления изоляции сети при его значениях выше нижнего уровня нормальных изменений. Кроме того, данный способ не определяет сопротивление неисправного участка изоляции.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей технической сущности является принцип нормирования величины сопротивления изоляции сети [1, с. 101], согласно которому за норму ее сопротивления изоляции принимают величину, соответствующую нижней границе диапазона его нормальных изменений. Недостатком данного принципа является то, что в разветвленных сетях с большим числом подключенных приемников норма их сопротивления изоляции, найденная согласно этому принципу, имеет весьма малое значение, не позволяющая распознавать аварийные снижения сопротивления изоляции. Кроме того, посредством указанного принципа не определяется сопротивление неисправного участка изоляции.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является дистанционное установление факта аварийного снижения сопротивления изоляции сети и определение величины сопротивления неисправного участка изоляции.
Указанный технический результат обеспечивается благодаря тому, что аварийное снижение сопротивления изоляции определяется выходом его текущего значения за границы диапазона нормальных изменений сопротивления изоляции сети (или ее части), адаптированной к изменению количества подключаемых в сеть приемников. Величина сопротивления неисправного участка изоляции сети рассчитывается по соответствующей формуле.
Как известно, зависимость сопротивления изоляции сети от количества подключаемых приемников и их сопротивлений изоляции определяется выражением [1, с. 50]:
иi
где R - сопротивление изоляции приемников. Чем более разветвленная сеть, чем больше в ней приемников, тем ниже уровень ее сопротивления изоляции. При этом даже в случае исправной изоляции у всех приемников сопротивление изоляции сети может быть весьма низким. В свою очередь число подключаемых приемников и потребляемый ими ток определяют величину общего тока нагрузки сети. Это значит, что при нормальных изменениях сопротивления изоляции справедлива статистическая обратная зависимость между общим током нагрузки сети (или ее части) и ее сопротивлением изоляции, то есть чем больше ток нагрузки сети (то есть чем больше число подключенных приемников), тем меньше ее сопротивление изоляции и наоборот. Таким образом, адаптированный к числу подключенных приемников диапазон нормальных изменений сопротивления изоляции сети (или ее части), учитывающий все ее нормальные изменения, будет представлять собой заштрихованную область, показанную на фигуре 1. Значения сопротивления изоляции, находящиеся в данной области, будут характеризовать состояние изоляции как исправное и работоспособное.
г
min
max
i
i
i+1
i+1
i+1
i
На приведенной фигуре приняты следующие обозначения: R - сопротивление изоляции генератора (генераторов), главного распределительного щита и его фидеров; ИР - граница области исправного и работоспособного состояния изоляции (нижняя граница диапазона нормальных изменений сопротивления изоляции сети), адаптированная к изменению количества подключаемых в сеть приемников; R - нижний уровень сопротивления работоспособного состояния изоляции сети и соответствующий ему ток нагрузки I; НН - граница области неисправного и неработоспособного состояния изоляции; HP - область, ограниченная кривой ИР и прямой НН, неисправного, но работоспособного состояния изоляции. R и I; R и I; R и I - текущие значения сопротивления изоляции сети и соответствующие им токи нагрузки (координаты точек, соответственно (i), (i+1), (i').
Способ осуществляют следующим образом
Исходными данными предлагаемого способа является нижняя граница диапазона нормальных изменений сопротивления изоляции сети (или ее части), адаптированная к числу подключенных приемников и учитывающая все нормальные изменения сопротивления изоляции сети (кривая ИР на фигуре 1). Указанная граница является характеристикой данной сети (или ее части) и определяется как нижняя граница доверительного интервала статистической зависимости случайных величин: сопротивления изоляции сети и тока нагрузки, устанавливаемая, например, в период сдаточных испытаний сети с учетом статистических данных аналогичных сетей.
В процессе эксплуатации сети непрерывно измеряют общее сопротивление изоляции сети (или ее части) (фигура 2(a)) и соответствующий ему общий ток нагрузки (фигура 2(б)). При снижении сопротивления изоляции сети его текущие значения и соответствующие им значения тока нагрузки используют как координаты точек на координатной плоскости R-I (фигура 1).
i
i
i
Пусть в момент времени t сниженное текущее значение сопротивления изоляции сети будет R (фигура 2(a)), а соответствующий ему общий ток нагрузки будет I (фигура 2(б)). По данным величинам определяют точку (i) на координатной плоскости R-I, находящуюся в области нормальных изменений сопротивления изоляции сети (фигура 1). В этом случае состояние изоляции характеризуется как исправное и работоспособное.
i+1
i+1
i+1
i
Пусть в момент времени t сниженное текущее значение сопротивления изоляции сети будет R (фигура 2(a)), а соответствующий ему общий ток нагрузки будет I либо будет иметь прежнее значение I (фигура 2(б)).
По данным величинам определяют точки (i+1) и (i') на координатной плоскости R-I, находящиеся вне области нормальных изменений сопротивления изоляции сети (фигура 1) и свидетельствующие о том, что причиной снижения сопротивления изоляции сети явилось образование неисправного участка изоляции. Точка (i+1) характеризует подключение приемника со сниженным сопротивлением изоляции, рассматриваемого как неисправный участок изоляции (в момент падения сопротивления изоляции сети произошло увеличение тока нагрузки). Точка (i') характеризует образование неисправного участка изоляции при прежнем составе приемников (в момент падения сопротивления изоляции сети ток нагрузки остался прежним). Данное состояние изоляции характеризуется как неисправное, но работоспособное.
i
i
i+1
Образование неисправного участка изоляции с сопротивлением ΔR равносильно подключению этого сопротивления параллельно к сопротивлению, имеющего исходное текущее значение сопротивления изоляции сети R и получению его последующего текущего значения R:
Откуда сопротивление неисправного участка изоляции будет:
Таким образом, предлагаемый способ позволяет судить о снижении сопротивления изоляции сети (или ее части), связанного с образованием неисправного участка изоляции и определять величину ее сопротивления.
Источники информации
1. Иванов Е.А. и др. Безопасность электроустановок и систем автоматики. - СПб.: Элмор, 2003.
2. Справочник судового электротехника, том 1, издание 2-е, переработанное и дополненное. - Л.: Судостроение, 1980.