СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКОВ С ФАЗ НА ЗЕМЛЮ В СИСТЕМАХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ Российский патент 1995 года по МПК G01R31/02 G01R27/18 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению токов с фаз на землю в действующих трехфазных электроустановках с изолированной нейтралью.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения проводимости изоляции отдельных фаз относительно земли. Он основан на измерении общей проводимости изоляции токоведущих частей относительно земли, модуля фазного напряжения, а также напряжения смещения нейтрали до и после переключения двух отходящих фаз и определении искомых проводимостей по соответствующим формулам. Этот способ позволяет вычислить и токи с фаз на землю, поэтому он определен в качестве прототипа.

Однако этот способ невозможно использовать для действующих электроустановок, так как такая операция, как переключение двух фаз, приводит к реверсу, что нарушает технологический процесс.

Цель изобретения измерение токов с фаз на землю в действующих электроустановках.

Для этого в способе измерения токов с фаз на землю, основанном на измерении напряжения смещения нейтрали источника рабочего тока и модуля фазного напряжения, перед первым измерением включают между нейтралью источника рабочего тока и землей вспомогательный источник тока той же частоты, что и у рабочего тока, перед вторым измерением электродвижущую силу вспомогательного источника уменьшают до нуля и перед третьим измерением вводят разделительное сопротивление между одной из фаз сети, например фазой А, и одноименной фазой источника рабочего тока, причем в последнем случае дополнительно измеряют напряжение указанной фазы относительно нейтрали источника рабочего тока, а искомые токи определяют из соотношений:
= (U_Ф-)Y_E (1)
= (a²·U_Ф-)Y_E ×
× + (2)
= (a·U_Ф-)Y_E ×
× + , (3) где Y_E проводимость вспомогательной цепи (вспомогательного источника);
- электродвижущая сила вспомогательного источника;
напряжение фазы A сети относительно нейтрали источника рабочего тока, отделенной от последнего разделительным сопротивлением;
U_ф модуль фазного напряжения;
K_NE, K_NY, K_NYA, K_A^I K_E отношения напряжений , , , к модулю фазного напряжения;
, и напряжение смещения нейтрали источника рабочего тока соответственно при введенной электродвижущей силе вспомогательного источника, при выведенной электродвижущей силе этого источника и выведенной электродвижущей силе и введенном в фазе A сети разделительном сопротивлении;
a коэффициент, a 0,5+j0,5 ;
j мнимая единица.

Для упрощения измерений разделительному сопротивлению, вводимому в фазу A, сообщают сопротивление, равное бесконечности, а напряжение этой фазы сети относительно нейтрали источника рабочего тока определяют из соотношения
0,5U_Ф.

Для реализации способа между нейтралью источника рабочего тока и землей включают вспомогательный источник тока той же частоты, что и у рабочего тока, и измеряют напряжение смещения нейтрали . Затем выводят электродвижущую силу вспомогательного источника и вторично измеряют указанное напряжение . После этого вводят разделительное сопротивление между одной из фаз сети, например A, и одноименной фазой источника рабочего тока и в третий раз измеряют то же самой напряжение . В последнем случае измеряют и напряжение фазы A сети относительно нейтрали источника рабочего тока , отделенной от последнего разделительным сопротивлением. При реализации способа измеряют еще и модуль фазного напряжения U_ф. Токи , и с фаз A, B, C на землю определяют из соотношений (1-3) (система в исходном состоянии).

Значения токов с фаз на землю при выведенной электродвижущей силе вспомогательного источника или введенном разделительном сопротивлении находят, подставив в приведенные формулы вместо напряжения напряжение или . В формуле тока с фазы A для состояния, когда введено разделительное сопротивление, вместо напряжения U_ф используют .

Для измерения напряжения смещения нейтрали высокоомный прибор включают между нейтралью источника рабочего тока и землей. Причем используют фазочувствительный прибор или производят дополнительные измерения, дающие соответствующую информацию. При отсутствии вывода от нейтрали создают искусственную нулевую точку посредством трех проводимостей, соединенных звездой. Прибор в таком случае включают между узлом звезды и землей. Для повышения точности измерений искусственную нулевую точку создают отдельно вспомогательного источника и для прибора. Для измерения напряжения фазы сети, отделенной от источника разделительным сопротивлением, зажим, который при измерении напряжения смещения нейтрали присоединен к земле, переключают на эту фазу. Для измерения модуля фазного напряжения вольтметр подсоединяют так же, как и в предыдущем случае, но измерения делают при выведенном разделительном сопротивлении.

В качестве вспомогательного источника может использоваться вторичная обмотка трансформатора, первичная обмотка которого подключается к контролируемой электроустановке. При этом автоматически обеспечивается совпадение частот вспомогательного и рабочего токов. Поэтому введение и выведение электродвижущей силы вспомогательного источника может производиться подключением первичной обмотки трансформатора к источнику энергии и отключением от него. В качестве разделительного сопротивления может использоваться резистор. Выведение и введение этого сопротивления может производиться контактом выключателя, который его шунтирует и дешунтирует.

Переходные процессы, возникающие при введении и выведении разделительного сопротивления, могут привести к снижению точности измерений. Чтобы уменьшить такое негативное влияние или даже полностью его исключить, необходимо увеличить время от введения или выведения сопротивления до измерений напряжений фазы сети и нейтрали.

Величина разделительного сопротивления в предельном случае может быть равна бесконечности. При этом операция по его введению становится эквивалентной операции по отключению фазы сети от одноименной фазы источника рабочего тока. В ряде случаев, например в установках с короткой сетью и активной нагрузкой, электродвижущей силой, индуцируемой в фазе сети, отключенной от источника рабочего тока, можно пренебречь по сравнению с напряжением этой фазы относительно нейтрали последнего. Если при этом отключают фазу А сети, то, поскольку такая фаза остается соединенной с другими фазами источника через проводимость потребителя, ее напряжение относительно нейтрали источника равно -0,5 U_ф, и его нет необходимости измерять (предполагается, что нагрузки фаз равны). Относительное напряжение фазы А сети при этом равно
К_А^I -0,5 (4)
Подстановка (4) в (1), (2) и (3) позволяет несколько упростить формулы для вычисления токов с фаз на землю:
= (U_Ф-)Y_E; (5)
= (a²U_Ф-)Y; (6)
= (aU_Ф-)Y. (7)
Приведенное дает второй вариант способа. Для его реализации прибегают к следующей конкретизации. Измеряют, как описано, напряжение смещения нейтрали при введенной и выведенной электродвижущей силе вспомогательного источника, затем отключают фазу А сети от источника рабочего тока, в третий раз измеряют напряжение смещения нейтрали, и определяют искомые токи из соотношений (5), (6) и (7).

Второй вариант способа значительно проще первого, так как нет необходимости измерять напряжение фазы сети относительно нейтрали источника, отделенной от последнего разделительным сопротивлением. Однако область использования этого варианта ограничена упомянутым условием об индуцируемой электродвижущей силе.

Настоящий способ основан на измерениях в трех состояниях системы. Эти три состояния однозначно определяют способ и не имеет значения то, в каком порядке и каким образом их получают. Следовательно, операции, необходимые для получения таких состояний, могут варьироваться. Например, если состояние, в котором между фазой сети и источником рабочего тока введено разделительное сопротивление, получают из исходного состояния (электродвижущая сила вспомогательного источника введена), то необходимы две операции: выведение электродвижущей силы и введение разделительного сопротивления. Если же его получают из состояния, в котором электродвижущая сила выведена, то необходима только одна операция введение разделительного сопротивления.

Использование: изобретение предназначено для определения токов с фаз на землю в трехфазных трехпроводных системах с токоведущими частями, изолированными от земли. Сущность изобретения: способ основан на измерении напряжения смещения нейтрали в трех состояниях системы. Два состояния получают введением и выведением ЭДС во вспомагательную цепь, включенную между токоведущими частями и землей, третье состояние создают отключением одной из фаз от источника рабочего тока и введением дополнительного сопротивления. Искомые токи находят, подставив результаты измерений в соответствующие расчетные формулы. 1 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКОВ С ФАЗ НА ЗЕМЛЮ В СИСТЕМАХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ, заключающийся в измерении модуля фазного напряжения и напряжения смещения нейтрали, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения измерения в действующих электроустановках, перед первым измерением напряжение смещения нейтрали включают между нейтралью и землей вспомогательную цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора и вспомогательного источника тока той же частоты, что и у рабочего тока, устанавливают величину ЭДС вспомогательного источника тока равной нулю и проводят второе измерение напряжения смещения нейтрали, в одну из фаз вводят дополнительное сопротивление, величина которого может изменяться от нуля до бесконечности, измеряют напряжение этой фазы со стороны нагрузки относительно нейтрали и третий раз измеряют напряжение смещения нейтрали, а токи с фаз на землю вычисляют по формулам



где U_ф модуль фазного напряжения;
величины напряжения смещения нейтрали при первом, втором и третьем измерениях соответственно;

j мнимая единица;
Y_E проводимость вспомогательной цепи;
отношения напряжений к напряжению U_ф;
фазное напряжение, измеренное со стороны нагрузки относительно нейтрали;
вектор ЭДС вспомогательного источника тока. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед третьим измерением напряжения смещения нейтрали размыкают ту фазу, в которую введено дополнительное сопротивление, а токи с фаз на землю вычисляют по формуле