СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ ИЗОЛЯЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЙ И ПОИСКА ПРИСОЕДИНЕНИЙ С ПОВРЕЖДЕННОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ В СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ Российский патент 2014 года по МПК G01R27/00 

Способ измерения сопротивлений изоляции присоединений и поиска присоединений с поврежденной изоляцией в сети постоянного тока с изолированной нейтралью основан на подключении между полюсами сети двух последовательно соединенных одинаковых резисторов, общая точка которых через третий резистор соединена с «землей», на измерении токов, протекающих по присоединениям сети при двух случаях подключений резистивных элементов к каждому из полюсов. Значения полного (эквивалентного) сопротивления изоляции присоединений определяют по разнице величин установившихся дифференциальных токов, протекающих по присоединениям, вызванных подключением резистивного элемента отдельно к положительному и отрицательному полюсу сети. Изобретение направлено на упрощения определения сопротивления изоляции присоединений и уменьшения времени поиска присоединений с поврежденной изоляцией.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании переносных устройств поиска присоединений с поврежденной изоляцией сетей постоянного оперативного тока.

Известен способ поиска элемента со сниженным сопротивлением изоляции в разветвленной электрической сети постоянного оперативного тока, основанный на наложении на сеть контрольного переменного тока и коротких импульсов и выделении активной составляющей переменного тока в контролируемом объекте (Патент Российской Федерации RU 2180124, МПК⁷G01R 31/11, дата публикации 27.02.2002 г. Авторы: Вайнштейн Р.А., Шестакова В.В.). Недостатком данного способа является то, что определение места повреждения изоляции связано с определением начала короткого импульса тока, величина которого зависит от емкости контролируемого присоединения, что снижает точность и усложняет конструкцию устройств поиска присоединений с ухудшенной изоляцией.

Известен способ, при котором на сеть накладывают контрольное переменное напряжение заданной частоты, отличное от частоты сети (Патент Российской Федерации RU 2275645, МПК G01R 27/18 (2006.01), G01R 31/02 (2006.01), дата публикации 27.04.2006 г. Авторы: Кислов Е.А., Леонтьев И.В., Левичев Ю.Д., Кудрин И.А.). Отличительной особенностью способа является подключение к контролируемому присоединению калибровочного резистивно-емкостного импеданса. По результатам двух измерений токов утечки при подсоединенном и не подсоединенном импедансе определяют сопротивление изоляции контролируемого присоединения. Недостатком данного способа является наличие гальванической связи между измерителем тока контрольного присоединения и самой сетью оперативного тока, что усложняет его применение в переносных устройствах контроля изоляции отходящих присоединений, а также снижает электробезопасность.

Наиболее близким к изобретению является способ определения сопротивлений изоляции присоединений в сети постоянного тока с изолированной нейтралью, основанный на измерении напряжений между «землей» и полюсами до и после подключения к полюсам резистивного элемента, а также на измерении токов, протекающих по присоединениям сети до и после подключения резистивного элемента (Патент Российской Федерации RU 2381513, МПК G01R 27/18, дата публикации 10.02.2010 г. Авторы: Алимов Ю.Н., Галкин И.А., Шаварин Н.И.). Вычисляют значение сопротивлений изоляции присоединений исходя из значений напряжений на полюсах сети и напряжения между полюсами, а также величин приращений токов присоединений, вызванных подключением электрически управляемого резистивного элемента к полюсам сети. Недостатком данного способа является необходимость измерений напряжений полюсов относительно земли, что усложняет конструкцию - особенно переносных устройств поиска присоединений с поврежденной изоляцией, а также увеличивает время поиска присоединений с поврежденной изоляцией.

Задачей изобретения является упрощение способа определения сопротивлений присоединений и поиска присоединений с поврежденной изоляцией, что позволяет упростить конструкцию переносных устройств поиска присоединений с поврежденной изоляцией.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе измерения сопротивлений изоляции и поиска присоединений с поврежденной изоляцией в сети постоянного тока с изолированной нейтралью, основанном на измерении токов, протекающих по присоединениям сети после подключения к полюсам резистивного элемента, одновременно выравнивают напряжения на полюсах путем включения последовательно соединенных двух одинаковых резисторов, общая точка которых через третий резистор соединена с «землей», отличающийся тем, что значения эквивалентных сопротивлений изоляции присоединений вычисляют по формуле

R_из.экв = A/|I₊-I_-|,

где R_из.экв - полное (эквивалентное) сопротивление изоляции контролируемого присоединения;

I₊ - установившийся дифференциальный ток контролируемого присоединения, вызванный подключением к положительному полюсу резистивного элемента;

I_- - установившийся дифференциальный ток контролируемого присоединения, вызванный подключением к отрицательному полюсу резистивного элемента;

А - коэффициент, зависящий от приращения тока ΔI=|I₊-I_-|, вызванного подключением к положительному и отрицательному полюсу сети резистивного элемента. Задается табличным способом или графически.

Сущность изобретения поясняется схемами (фиг.1, 2) и зависимостями ΔI=F(R_из.экв) (фиг.3, 4, 5), полученными расчетным образом и подтвержденные экспериментально на оборудовании НПП «ЭКРА». На схеме фиг.1 изображены источник питания сети постоянного тока с изолированной нейтралью 1, нагрузки присоединений 6, 8, 10, емкости и активные сопротивления их изоляций, например, присоединение 7 обладает хорошей изоляцией относительно шины «+», присоединение 9 обладает хорошей изоляцией относительно шины «-», присоединение 5 обладает поврежденной изоляцией относительно шин «+» и «-». Кроме этого на схеме показаны резистивные элементы 4 и 3, подключенные через ключи К1 и К2 к шинам «+» и «-» соответственно, устройства 14, 15, 16 для измерения токов, протекающих по присоединениям 5, 7, 9, резисторы 11, 12, соединенные последовательно и подключенные параллельно к шинам источника 1, резистор 13, подключенный между общей точкой резисторов 11, 12 и «землей».

В реальных сетях оперативного постоянного тока в качестве резисторов 11, 12, 13 может служить традиционная схема контроля изоляции (Электротехнический справочник. В 4 т. Т.3. Производство, передача и распределение электрической энергии. 8-е изд., исп. и доп. - М.: Изд. МЭИ, 2002. - 964 с., стр.609, рис.47.37), в которой резисторы 11, 12 имеют 1 кОм. В качестве резистора 13 служит обмотка реле РН 51/32, сопротивление которой 3,9 кOм.

Введение резисторов 11, 12, 13 позволило уменьшить напряжение смещения нейтрали при несимметричном ухудшении изоляции сети оперативного тока, что уменьшает вероятность ложного срабатывания устройств защит в цепях оперативного тока.

Сопротивления R5=R4=30 кОм используются в системе контроля изоляции «ЭКРА-СКИ», нашедшей применение на многих объектах электроэнергетики России.

Для определения эквивалентного сопротивления изоляции токопроводов относительно «земли» необходимо знать не только значения дифференциальных токов присоединений для двух случаев присоединения резистивных элементов к полюсам источника, но и значения напряжений полюсов относительно земли и напряжения источника постоянного напряжения.

В общем случае для эквивалентного сопротивления изоляции присоединения

R_из.экв=(E-U₊-U_-)/|I_i+-I_i-|,

где I_i+ - дифференциальный ток i-присоединения, вызванный подключением к положительному полюсу резистивного элемента,

I_i- - дифференциальный ток i-присоединения, вызванный подключением к отрицательному полюсу резистивного элемента,

U₊ - напряжение на положительном полюсе при подключении к нему резистивного элемента,

U_- - напряжение на отрицательном полюсе при подключении к нему резистивного элемента,

Е - напряжение между полюсами источника.

На рисунке фиг.2 приведена схема замещения сети оперативного постоянного тока на примере с одним присоединением, где I₁ и I₂ - токи по положительному и отрицательному проводу контролируемого присоединения, R_из+ - сопротивление изоляции положительного провода контролируемого присоединения, R_из- - сопротивление изоляции отрицательного провода контролируемого присоединения, R_{из.сети+} - сопротивление изоляции положительного полюса сети, R_{из.сети-} - сопротивление изоляции отрицательного полюса сети.

Дифференциальные токи I₊=I₁-I₂ и I_-=I₁-I₂ контролируемого присоединения при замыкании ключей К1 и К2 соответственно зависят от сопротивлений изоляции положительного и отрицательного полюса контролируемого присоединения и сопротивлений изоляции сети.

Проведенное математическое моделирование сети оперативного постоянного тока с напряжением 220 В для случая R1=R2=1 кОм, R3=3,9 кОм, и R5=R4=30 кОм позволило получить зависимости приращения тока ΔI=|I₊-I_-| от полного (эквивалентного) сопротивления изоляции контролируемого присоединения R_из.экв=R_из+//R_из-. На рисунке фиг.3 представлены расчетные зависимости приращения токов присоединения при несимметричном ухудшении изоляции присоединения R_из+=10 МОм, R_из-=0…100 кОм, полученные для случая R_{изсети+}=R_{изсети-}=10 Мом.

На рисунке фиг.4 представлены расчетные зависимости приращения токов присоединения при несимметричном ухудшении изоляции присоединения, полученные для случая R_{изсети+}=R_{изсети-}-=100 кOм, R_из+=10 МОм, R_из_=0…100 кОм.

На рисунке фиг.5 представлены расчетные зависимости приращения токов присоединения при симметричном ухудшении изоляции присоединения R_из+=R_из-=5…50 кОм полученные для случая R_{изсети+}=R_{изсети-}100 кOм.

Как видно из рисунков фиг.3, фиг.4 и фиг.5, приращение дифференциальных токов присоединения ΔI=|I₊-I_-| как при несимметричном, так и при симметричном ухудшении изоляции присоединения зависит лишь от эквивалентного сопротивления изоляции контролируемого присоединения и практически не зависит (с точность 10%) от сопротивления изоляции сети оперативного тока в диапазоне R_изэкв=5…100 кОм при R_{изсети+}=R_{изсети-}=100…1000 кОм. Это обстоятельство дало возможность получить зависимость А=R_из.экв·ΔI, представленную на фиг.6 и в таблице 1.

Таблица 1 ΔI, мА 0 0,5 1,0 2,0 3,0 5,0 7,5 А, кОм/мА 25 24 22 18 15 7,5 0

Примером конкретной реализации данного способа измерения сопротивлений изоляции присоединений и поиска присоединений с поврежденной изоляцией сети оперативного постоянного тока может служить переносное устройство поиска присоединений с поврежденной изоляцией, разработанное в ООО НПП «ЭКРА» «ЭКРА-ПКИ», позволяющее находить присоединения с поврежденной изоляцией с эквивалентным сопротивлением изоляции менее 100 кОм.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании переносных устройств поиска присоединений с поврежденной изоляцией сетей постоянного оперативного тока. Сущность изобретения заключается в том, что в способе измерения сопротивлений изоляции и поиска присоединений с поврежденной изоляцией в сети постоянного тока с изолированной нейтралью, основанном на измерении токов, протекающих по присоединениям сети после подключения к полюсам резистивного элемента. Одновременно выравнивают напряжения на полюсах путем включения последовательно соединенных двух одинаковых резисторов, общая точка которых через третий резистор соединена с «землей». Значения эквивалентных сопротивлений изоляции присоединений вычисляют по формуле, использующей в качестве переменной величины только измеренные дифференциальные токи. Технический результат заключается в упрощении определения сопротивлений присоединений и поиска присоединений с поврежденной изоляцией. 1 табл., 6 ил.

Способ измерения сопротивлений изоляции присоединений и поиска присоединений с поврежденной изоляцией в сети постоянного тока с изолированной нейтралью, при котором между полюсами сети включены два последовательно соединенных одинаковых резистора, общая точка которых через третий резистор заземлена, при этом измеряют дифференциальные токи, протекающие по присоединениям сети при двух случаях подключения резистивных элементов к каждому из полюсов относительно земли в соответствии со способом изобретения значение полного (эквивалентного) сопротивления изоляции присоединения, определяют из выражения
R_из.экв=A/ΔI,
где ΔI=I_i+-1_i-,
I_i+ - ток i-го присоединения, вызванного подключением к положительному полюсу резистивного элемента;
I_i- - ток i-го присоединения, вызванного подключением к отрицательному полюсу резистивного элемента;
А - коэффициент, зависящий от ΔI и задающийся табличным способом или графически.