СПОСОБ ПОИСКА ЭЛЕМЕНТА СО СНИЖЕННЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ИЗОЛЯЦИИ В РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ОПЕРАТИВНОГО ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G01R31/11 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для поиска элемента с пониженным сопротивлением изоляции в разветвленной электрической сети постоянного оперативного тока электростанций и подстанций.

Для поиска элемента с пониженным сопротивлением изоляции в разветвленных сетях постоянного оперативного тока применяют способ, основанный на наложении на сеть переменных токов двух частот, измерении данных токов в контролируемом элементе, сравнении их абсолютных значений и выявлении поврежденного элемента по факту увеличения тока низкой частоты [1].

Известное устройство [1] , основанное на данном способе, содержит два источника контрольных переменных токов с частотой 25 Гц и с частотой 1,5 Гц, подключенных к сети, датчик тока контролируемого элемента, измерительный блок, причем, выход датчика тока подключен к входу измерительного блока.

Недостатком данного способа и устройства является то, что они достаточно эффективны лишь при весьма низкой частоте одного из контрольных токов (1-3 Гц), что вызывает значительные трудности при использовании бесконтактных датчиков тока.

Известен также способ выявления элемента со сниженным сопротивлением изоляции, основанный на наложении на сеть контрольного переменного тока, измерении переменных составляющих токов по участкам сети, одновременном фиксировании фаз переменных токов в элементе с заведомо нормальным сопротивлением изоляции и в элементе с пониженным сопротивлением изоляции и выявлении поврежденного элемента по максимальной величине тока, а в случае равенства измеренных величин по величине разности фаз токов по участкам сети [2] .

Недостаток данного способа заключается в том, что при необходимости измерений во многих контролируемых элементах могут возникнуть трудности из-за отсутствия в месте измерения возможности одновременного измерения тока в заведомо неповрежденном элементе.

Известное устройство [2], в основу которого положен данный способ, содержит источник переменного контрольного тока, подключенный к контролируемой сети, датчика тока элемента с заведомо нормальным сопротивлением изоляции, датчик тока контролируемого элемента, фильтры, на входы которых подаются сигналы с датчиков тока, измеритель разности фаз, вход которого соединен с фильтрами, а выход с индикатором.

Недостаток данного устройства заключается в том, что для его реализации требуется обеспечить высокую идентичность фазовых характеристик датчиков тока в широком диапазоне абсолютных значений токов.

Наиболее близким к предлагаемому способу контроля сопротивления изоляции является способ, который заключается в том, что на сеть накладывается контрольный переменный ток и измеряется активная составляющая тока в контролируемом элементе на основании измерения отрезка времени между моментом перехода через ноль переменного тока контролируемого элемента и моментом перехода через ноль напряжения с частотой источника контрольного переменного тока на полюсах сети. Наличие повреждения в контролируемом элементе определяется по факту увеличения активной составляющей тока [3].

Известное устройство [3], основанное на данном способе и выбранное в качестве прототипа, содержит источник контрольного переменного тока, подключенный к нейтральной точке сети, датчик тока контролируемого элемента, измеритель активной составляющей тока контролируемого элемента, первый вход которого соединен с выходом датчика тока контролируемого элемента, а второй вход подключается к полюсам сети.

Недостатком данного способа и устройства является то, что для проведения контроля во многих элементах сети требуется непосредственное многократное присоединение устройства к полюсам сети, это может быть дополнительной причиной повреждения, например, межполюсного короткого замыкания или попадания под напряжение оператора, производящего измерения.

Задача изобретения - упрощение эксплуатации устройства и повышение безопасности персонала путем устранения необходимости непосредственного подключения устройства к полюсам сети.

Решение поставленной задачи достигается путем наложения на сеть оперативного постоянного тока контрольного переменного тока и измерении активной составляющей тока в контролируемом элементе, причем, на сеть накладывают также короткие импульсы, синхронизированные с моментом перехода через ноль напряжения с частотой источника контрольного тока на полюсах сети, короткие импульсы выделяют в токе контролируемого элемента И и измеряют активную составляющую переменного тока, причем, в элементе со сниженным сопротивлением изоляции увеличивается активная составляющая переменного тока, а короткий импульс служит точкой отсчета при ее измерении.

Решение поставленной задачи достигается также тем, что в устройство, содержащее источник контрольного переменного тока, подключенный к нейтральной точке сети, датчик тока контролируемого элемента, измеритель активной составляющей тока контролируемого элемента, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра, а второй вход соединен с выходом второго фильтра, дополнительно вводится источник коротких импульсов, подключенный к нейтральной точке сети, датчик напряжения на полюсах сети, вход которого подключен к полюсам сети, первый фильтр низкой частоты, вход которого подключен к выходу датчика напряжения, а выход к входу источника коротких импульсов, второй фильтр низкой частоты, вход которого подключен к выходу датчика тока, а выход к первому входу измерителя активной составляющей тока контролируемого элемента, фильтр высокой частоты, вход которого подключен к выходу датчику тока контролируемого элемента, а выход ко второму входу измерителя активной составляющей тока контролируемого элемента.

Именно заявленное выполнение устройства обеспечивает согласно способу возможность выявления элемента со сниженным сопротивлением изоляции при исключении необходимости непосредственного подключения устройства к полюсу сети, тем самым выполняется задача изобретения. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны единым изобретательским замыслом.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ, на фиг.2 представлена временная диаграмма работы устройства, поясняющая принцип его работы.

Устройство (фиг. 1) содержит источник контрольного переменного тока 1, подключенный к нейтральной точке сети, создаваемой резисторами 2, источник коротких импульсов 3, подключенный к нейтральной точке сети, датчик напряжения на полюсах сети 4, вход которого подключен к полюсам сети, фильтр 5, вход которого подключен к выходу датчика напряжения на полюсах сети 4, а выход к входу источника коротких импульсов 3, датчик тока контролируемого элемента 6, фильтр низкой частоты 7, вход которого подключен к выходу датчика тока контролируемого элемента 6, фильтр высокой частоты 8, вход которого подключен к выходу датчика тока контролируемого элемента 6, измеритель активной составляющей контрольного тока 9, первый вход которого подключен к выходу фильтра низкой частоты 7, второй вход к выходу фильтра высокой частоты 8, а выход подключен к входу индикатора 10. Разветвленная электрическая сеть постоянного оперативного тока представлена схемой замещения, в которой учтены эквивалентные емкости участков сети относительно земли 11, эквивалентные нагрузки 12, сопротивление изоляции в поврежденном элементе 13.

Источник контрольного переменного тока (фиг.2) вырабатывает сигнал с определенной частотой (фиг.2а). За счет падения напряжения на резисторах 2 напряжение на полюсах сети получает фазовый сдвиг (фиг.2б). Источник коротких импульсов 3 подключен к нейтральной точке сети и синхронизирован так, что короткие импульсы вырабатываются в моменты перехода напряжения на полюсах через ноль (фиг.2в) и несут в себе информацию об этом моменте времени. Синхронизация момента выработки короткого импульса с моментом перехода через ноль напряжения на полюсах сети может быть осуществлена с помощью следующих операций, выполненных на базе типовых схемотехнических решений: напряжение на полюсах сети подается на компаратор нулевого уровня, на выходе компаратора формируются прямоугольные импульсы, фронты которых совпадают с моментом перехода синусоиды напряжения на полюсах сети через ноль, прямоугольные импульсы подаются на дифференциатор, на выходе которого вырабатываются короткие импульсы, которые подаются на ждущий мультивибратор, нормирующий их до параметров, необходимых для функционирования устройства. Возможность технической реализации предлагаемого способа обусловлена тем, что частота используемого низкочастотного синусоидального контрольного тока не попадает в спектр частот тока коротких импульсов и поэтому они могут быть выделены в месте измерения фильтрами соответственно низкой и высокой частоты. Таким образом, спектр коротких импульсов занимает область высоких частот, токи которых замыкаются в основном через емкости контролируемых элементов, и короткий импульс не претерпевает заметного временного сдвига. Ток контролируемого элемента с помощью датчика тока 6 подается на фильтр низкой частоты 7 и фильтр высокой частоты 8. На выходе фильтра низкой частоты 7 формируется синусоидальный сигнал, пропорциональный синусоидальному току, протекающему в контролируемом элементе. На выходе фильтра высокой частоты 8 формируется импульсный сигнал, момент появления которого практически точно соответствует моменту выработки короткого импульса источником коротких импульсов 3. Синусоидальный сигнал с выхода фильтра низкой частоты 7 и импульсный сигнал с выхода фильтра высокой частоты 8 подаются на измеритель активной составляющей тока 9, который вырабатывает сигнал по формуле U_a = kIcos(ϕ), где k - коэффициент пропорциональности, I - ток в контролируемом элементе, ϕ- фазовый сдвиг между током в контролируемом элементе и напряжением на полюсе сети (фиг.2г).

В результате расчетов установлено, что при любых реальных сочетаниях параметров сети возможно зафиксировать в месте измерения короткий импульс. Так, например, при частоте контрольного переменного тока 10 Гц, амплитуде напряжения данного источника 20 В, исходный короткий прямоугольный импульс имеет амплитуду 40 В, длительность 0,1 мс и распространяется в разветвленной сети постоянного оперативного тока, суммарная емкость которой составляет 100 мкФ. Поврежденный элемент сети пусть имеет следующие параметры: емкость элемента относительно земли - 1 мкФ, сниженное сопротивление изоляции - 40 кОм. Тогда в месте измерения короткий импульс тока имеет амплитуду 1.2 мА. Предварительные расчеты показывают возможность измерения активной составляющей переменного тока контролируемого элемента с методической погрешностью не более 2% и выявления элемента при снижении сопротивления его изоляции до 40 кОм и ниже.

Использование предлагаемого способа и устройства для поиска элемента со сниженным сопротивлением изоляции, по сравнению с существующим, позволяет предотвратить возможные дополнительные повреждения сети, попадание оператора, производящего измерения, под напряжение. Эксплуатация заявленного устройства более проста и надежна. Это достигается за счет устранения необходимости непосредственного подключения устройства к полюсам сети за счет дополнительного наложения на сеть коротких синхронизированных импульсов.

Источники информации
1. Вайнштейн Р.А., Кулага Ю.А., Потемкин В.В. Устройство для отыскания мест замыкания на "землю" в сети постоянного оперативного тока // Известия ВУЗов СССР, Энергетика, 1987, 8, с.52-55.

2. А.с. СССР 1679421 от 21.06.89, МКИ G 01 R 31/08. Способ поиска места снижения сопротивления изоляции электрической сети и устройство для его осуществления. / С.А. Громогласов, В.М. Драчев, Д.В. Манаков, А.Н. Марьянский, БИ. 43, 1982.

3. Овсянников А.А., Файбисович В.А., Шлык В.В. Автоматизация поиска замыканий на землю в оперативных цепях постоянного тока // Электрические станции, 1982, 2, с.61-63, прототип.

Использование: в разветвленной электрической сети постоянного оперативного тока электростанций и подстанций. На сеть накладывают короткие импульсы, синхронизированные с моментом перехода через ноль напряжения с частотой источника контрольного тока на полюсах сети, короткие импульсы и контрольный переменный ток выделяют в токе контролируемого элемента. Активную составляющую тока контролируемого элемента измеряют на основании измерения отрезка времени между моментом перехода через ноль переменного тока контролируемого элемента и моментом появлении короткого импульса. Наличие повреждения в контролируемом элементе определяется по факту увеличения активной составляющей тока. Технический результат заключается в предотвращении возможных дополнительных повреждений сети, попадания оператора, производящего измерения, под напряжение, ложного срабатывания устройств релейной защиты и автоматики за счет устранения необходимости непосредственного подключения устройства к полюсам сети. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ поиска элемента со сниженным сопротивлением изоляции в разветвленной электрической сети постоянного оперативного тока, основанный на наложении на сеть контрольного переменного тока и выделении активной составляющей переменного тока в контролируемом объекте, отличающийся тем, что на указанную сеть накладывают короткие импульсы, выделяемые в переменном токе в контролируемом элементе, синхронизированные с моментом перехода через ноль переменного напряжения на полюсах указанной сети, имеющего частоту контрольного переменного тока, причем в месте измерения элемента со сниженным сопротивлением изоляции при увеличении его емкости увеличивается амплитуда короткого импульса. 2. Устройство для поиска элемента со сниженным сопротивлением изоляции в разветвленной электрической сети постоянного оперативного тока, содержащее источник контрольного переменного тока, подключенный к нейтральной точке сети, датчик тока контролируемого элемента, измеритель активной составляющей тока контролируемого элемента, отличающееся тем, что в него дополнительно введены источник коротких импульсов, выход которого подключен к нейтральной точке указанной сети, датчик напряжения на полюсах указанной сети, вход которого подключен к ее полюсу, фильтр, вход которого подключен к выходу датчика напряжения на полюсах указанной сети, а выход - к входу источника коротких импульсов, фильтр низкой частоты, вход которого подключен к выходу датчика тока, а выход - к первому входу измерителя активной составляющей тока контролируемого элемента, причем источник коротких импульсов синхронизирован так, что благодаря связи с датчиком напряжения на полюсах указанной сети, короткие импульсы вырабатываются в моменты перехода через ноль контрольного тока в контролируемом элементе, причем в месте измерения элемента со сниженным сопротивлением изоляции при увеличении его емкости увеличивается амплитуда короткого импульса.