СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ФАЗЫ СЕТИ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ Российский патент 1997 года по МПК G01R27/18 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трехфазным электрическим сетям с изолированной нейтралью и может быть использовано для определения активной составляющей сопротивления изоляции фазы относительно земли трехфазных электрических сетей с изолированной нейтралью.

Рациональное решение жизненно важных вопросов, связанных с профилактикой электротравматизма и обусловленных современными уровнями и масштабами электрификации предприятий различных отраслей и внедрения новой, прогрессивной техники невозможно без определения параметров изоляции электроустановок.

Возможность определения активной составляющей сопротивления изоляции фазы электрической сети относительно земли позволяет управлять состоянием изоляции, точно задавать уставку срабатывания устройств защитного отключения.

Особенно актуально решение этой задачи для электротехнических установок напряжением 6.35 кВ.

Известен способ определения параметров изоляции электроустановки относительно земли по результатам измерения модуля и слагаемых вектора напряжения нулевой последовательности относительно вектора одного из фазных напряжений (в кн. Электробезопасность в горнодобывающей промышленности. М. Недра, 1977. Авт. Л.В.Гладилин, В.И.Щуцкий, Ю.Г.Бацежев, Н.И.Чеботаев. С. 184-185, рис. 4.15).

Для определения параметров изоляции производится измерение слагаемых вектора напряжения нулевой последовательности относительно вектора одного из фазных напряжений при нормальном режиме работы электроустановки и при введении дополнительной проводимости между одной из фаз сети и землей.

Определение значения полной проводимости изоляции электроустановки производится по формуле:

где значение вектора напряжения фазы А сети, В;
значение вектора напряжения естественного смещения нейтрали (до включения дополнительной проводимости), В;
значение вектора напряжения искусственного смещения нейтрали (после включения дополнительной проводимости), В;
Y_д дополнительная проводимость между фазой сети (к примеру, фазой А) и землей.

Активная и емкостная составляющие полной проводимости изоляции сети определяются при решении выражения (1) относительно вещественной и мнимой частей.

Недостатком этого способа является необходимость выполнения двух этапов измерения, проводимых в разные промежутки времени, в которые значения полной проводимости электроустановки относительно земли и ее составляющих могут быть различны. При этом измерение слагаемых вектора напряжения нулевой последовательности относительно вектора одного из фазных напряжений необходимо выполнять с применением специальных измерительных приборов по специальной методике. Это существенно ограничивает возможности применения этого способа.

Для повышения быстродействия определения параметров изоляции применяют способ определения параметров изоляции трехфазных электрических сетей с изолированной нейтралью до 1000 В (см. а.с. СССР 1215057, G 01 R 27/18. Способ определения параметров изоляции трехфазных электрических сетей с изолированной нейтралью до 1000 В/Б.Б.Утегулов (СССР). N 3741084/24-21; Заявлено 16.05.84; Опубл. 28.02.86, Бюл. N 8), основанный на регистрации величины напряжений одной из фаз относительно земли при поочередном введении между ней и землей первой и второй дополнительных проводимостей и одновременной регистрации величины линейного напряжения двух других фаз электросети и вычисления полной Y, активной g и емкостной b проводимостей изоляции электросети по соответствующим математическим выражениям:



где U₁ величина напряжения одной из фаз электросети относительно земли при введении между ней и землей первой дополнительной проводимости;
U₂ величина напряжения одной из фаз электросети относительно земли при введении между ней и землей второй дополнительной проводимости;
U_л величина линейного напряжения между другими фазами электросети;
g₀₁ первая активная дополнительная проводимость с заданными параметрами;
g₀₂ вторая активная дополнительная проводимость с заданными параметрами.

Недостатком способа является то, что для определения параметров изоляции фаз трехфазной электрической сети относительно земли необходимо поочередно вводить между одной из фаз сети и землей первую и вторую дополнительные проводимости и при этом дважды одновременно регистрировать величинунапряжения этой фазы относительно земли и величину линейного напряжения двух других фаз электрической сети.

Эти два этапа измерения напряжений выполняются в разные промежутки времени, в которые параметры изоляции электрической сети могут иметь различные значения. Это значительно снижает точность определения параметров изоляции фаз электрической сети относительно земли, что не позволяет точно задавать уставку срабатывания устройств защитного отключения.

Необходимость выполнения двух этапов измерения напряжений определяет повышенную опасность возникновения аварийных режимов работы электрооборудования и поражения людей электрическим током.

Задача изобретения определение активной составляющей сопротивления изоляции фазы электрической сети относительно земли при подключении дополнительной емкости к одной из фаз сети по результатам однократно измерения фазного напряжения сети, напряжения фазы, к которой подключена дополнительная емкость, относительно земли и напряжения между нейтралью трехфазной сети и землей.

Для достижения указанной задачи в способе определения активной составляющей сопротивления изоляции фазы относительно земли в трехфазной сети с изолированной нейтралью, основанном на подключении к одной из фаз сети дополнительной емкости и измерении фазного напряжения сети и напряжения фазы, к которой подключена эта дополнительная емкость, относительно земли, согласно изобретению дополнительно при одной подключенной вышеуказанной емкости измеряют напряжение между нейтралью трехфазной сети и землей, а величина активной составляющей сопротивления изоляции фазы сети относительно земли рассчитывают по формуле:

где U_ф фазное напряжение сети. В;
U_01.0 напряжение между нейтралью трехфазной сети и землей, В;
Φ угол между вектором фазного напряжения и вектором напряжения между нейтралью трехфазной сети и землей,

U_1.01 напряжение относительно земли той фазы, к которой подключена дополнительная емкость, В;
ω круговая частота, w 314 c^-1;
C_д величина дополнительной емкости, Ф;
C емкость фазы сети относительно земли,

Cущественным отличием предложенного способа является то, что он позволяет определить активную составляющую сопротивления изоляции фазы электрической сети относительно земли при подключении к одной из фаз сети одной дополнительной емкости на основе одновременного однократного измерения величин напряжений:
фазного;
фазы, к которой подключена дополнительная емкость, относительно земли;
между нейтралью трехфазной сети и землей.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг.1 дана схема трехфазной электрической сети, в которой определяется активная составляющая сопротивления изоляции фазы относительно земли;на фиг.2 изображена векторная диаграмма напряжений трехфазной электрической сети.

Определение активной составляющей сопротивления изоляции фазы сети относительно земли осуществляется в последовательности:
1) дополнительной емкость Сд подключается к одной из фаз сети, например, к первой фазе (фиг.1);
2) измеряются: U_ф фазное напряжение сети;
U_1.01 напряжение первой фазы сети (к которой подключена дополнительная емкость Сд) относительно земли;
U_01.0 напряжение между нейтралью трехфазной сети и землей;
3) определяется косинус угла между вектором напряжения нейтрали относительно земли и вектором фазного напряжения сети (фиг.2) по формуле:

4) определяется емкость фазы сети относительно земли по формуле:

5) определяется величина активной составляющей сопротивления изоляции фазы сети относительно земли по формуле:

Зависимость (7) активной составляющей сопротивления изоляции фазы электрической сети относительно земли от емкости С фазы сети относительно земли и напряжений Uф, U_01.0 и U_1.01 получена следующим образом:
1. Полные проводимости фаз трехфазной сети относительно земли равны:

где g₁, g₂, g₃ активные составляющие полных проводимостей фаз электрической сети относительно земли;
b₁, b₂, b₃ емкостные составляющие полных проводимостей фаз электрической сети относительно земли.

Напряжение между нейтралью трехфазной сети и землей на основе метода двух узлов равно:

комплексны фазных напряжений соответственно, первой, второй и третий фаз сети.

Для трехфазных электрических сетей с изолированной нейтралью обычно справедливо условие:

тогда


В этом случае:

Принимаем, что полные проводимости изоляции фаз сети относительно земли до подключения дополнительной емкости к первой фазе сети относительно земли равны между собой:
Y₁ Y₂ Y₃ Y.

в этом случае: R₁ R₂ R₃ R
и C₁ C₂ C₃ C (14)
При подключении дополнительной емкости к первой фазе емкость первой фазы и ее емкостная проводимость относительно земли будут:
C₁ C + C_д и b₁ b + b_д. (15)
Тогда из (13) с учетом (14) и (15) комплекс напряжения между нейтралью трехфазной сети и землей определяется по формуле:

Для определения активной составляющей сопротивления изоляции фазы сети относительно земли из (16) выделяем действительную часть:

откуда
и
Пример. Способ определения активной составляющей сопротивления изоляции фазы относительно земли трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью проверен на физической модели и в реальной электрической сети 6 кВ Лебединского ГОКа. Результаты измерений в реальной сети приведены в таблице.

Анализ результатов определения активного сопротивления изоляции фазы относительно земли сети 6 кВ Лебединского ГОКа показывает, что предлагаемый способ обеспечивает приемлемую точность и достоверность результатов.

Точность результатов определения активного сопротивления изоляции фазы относительно земли подтверждается сравнением с результатами ранее выполненных исследований. Так, например, в кн. Электробезопасность в горнодобывающей промышленности. М. Недра, 1977, Авт. Л.В.Гладилин, В.И.Щуцкий, Ю.Г. Бацежев, Н. И.Чеботаев. С. 276 указано, что активное сопротивление изоляции карьерных сетей 6 кВ Камыш-Бурунского ЖРК составляет 1450-1700 Ом.

Достоверность результатов подтверждается определением величины коэффициента успокоения d 1/(R_uз w C) и сравнением его значений с известными ранее. Так, например, в кн. Лихачев Ф.А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и с компенсацией емкостных токов. -М. Энергия, 1971. -с. 24-26 указано, что средняя величина коэффициента успокоения d 0,02. Это хорошо согласуется с результатами, приведенными в таблице.

Промышленная применимость.

Изобретение может быть использовано при определении параметров изоляции относительно земли сети с изолированной нейтралью.

Электрическая изоляция, являясь одним из основных конструкционных материалов, обеспечивает как надежность и долговечность электроустановок, так и безопасное потребление электроэнергии.

Определение величины активной составляющей сопротивления изоляции фазы сети относительно земли позволяет своевременно выявлять электроустановки с пониженным уровнем сопротивления изоляции фаз сети относительно земли и принимать профилактические меры для снижения вероятности возникновения повреждения электрооборудования, серьезных аварий и гибели людей.

Безопасность эксплуатации электрооборудования и надежность снабжения потребителей электрической энергией является основным требованием, предъявляемым к электротехническим установкам всех отраслей промышленности.

Особенно актуальна необходимость выполнения этого требования в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью напряжения до и выше 1000 В электротехнических установок горнодобывающей промышленности.

Разработанный способ гарантирует безопасность при проведении измерений, обеспечивает достаточную точность результатов за счет измерения скалярных величин напряжений, снижение временных затрат, прост в применении.

Использование: изобретение относится к электротехнике, в частности к трехфазным электрическим сетям с изолированной нейтралью, и может быть использовано для определения активной составляющей сопротивления изоляции фазы относительно земли трехфазных электрических сетей с изолированной нейтралью. Сущность: в способе определения активной составляющей сопротивления изоляции фазы сети относительно земли помимо измерения фазного напряжения сети и напряжения фазы, к которой подключена дополнительная емкость, относительно земли дополнительно изменяется напряжение между нейтралью трехфазной сети и землей. Предложенный способ позволяет определить активную составляющую сопротивления изоляции фазы электрической сети относительно земли при подключении к одной из фаз сети одной дополнительной емкости на основе одновременного однократного измерения величин напряжений: фазного; фазы, к которой подключена дополнительная емкость, относительно земли; между нейтралью трехфазной сети и землей. 2 ил., 1 табл.

Способ определения активной составляющей сопротивления изоляции фазы сети относительно земли в трехфазной сети с изолированной нейтралью, основанный на подключении к одной из фаз сети дополнительной емкости и измерении фазного напряжения сети и напряжения фазы, к которой подключена эта дополнительная емкость, относительно земли, отличающийся тем, что дополнительно при одной подключенной указанной емкости измеряют напряжение между нейтралью трехфазной сети и землей, а величину активной составляющей сопротивления изоляции фазы сети относительно земли рассчитывают по формуле

где U_ф фазное напряжение сети, В;
U_{0 1 . 0} напряжение между нейтралью трехфазной сети и землей, В;
Φ угол между вектором фазного напряжения и вектором напряжения между нейтралью трехфазной сети и землей;

U_1. 0 1 напряжение относительно земли той фазы, к которой подключена дополнительная емкость, В;
ω круговая частота, ω = 314 c^-1;
С_д величины дополнительной емкости, Ф;
С емкость фазы сети относительно земли,
н