Способ определения проводимостей изоляции фаз относительно земли в многофазных системах Советский патент 1991 года по МПК G01R27/18 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к определению проводимостей изоляции фаз действующих многофазных электроустановок без нулевого провода с токоведущими частями, изолированными от земли, и может Ьыть использовано в технике электробезопасности, например, для определения токов с токоведущих частей на землю.

Цель изобретения - расширение области использования за счет обеспечения возможности измерения проводимостей в системах с количеством фаз более трех и при включенной нагрузке.

Поставленная цельдостигается тем, что согласно способу определения проводимо- стей изоляции фаз относительно земли в многофазных системах, между одной из фаз сети и одноименной фазой источника рабочего тока вводят раздельное сопротивление, определяют напряжение указанной фазы сети относительно нейтрали источника, измеряют напряжение смещения нейтрали такого источника и выводят указанное сопротивление, затем поочередно для всех фаз повторяют приведенные операции, а искомую проводимость изоляции любой из фаз вычисляют по формуле

Y-X

5

10

15

20

Для упрощения измерений разделительным сопротивлениям, вводимым поочередно между каждой из фаз сети и одноименной фазой источника рабочего тока, сообщают значения, равные бесконечности, а напряжение каждой из таких фаз сети относительно нейтрали источника определяют по формуле

Кроме того, разделительному сопротивлению в одной из фаз, например в первой, сообщают значение, равное нулю, а напряжение этой фазы сети относительно нейтрали источника рабочего тока определяют по формуле

-11ф,

где 11ф - модуль фазного напряжения источника рабочего тока;

Ki - коэффициент, равный 1.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к определению проводимостей изоляции фаз действующих многофазных электроустановок без нулевого провода с токоведущими частями, изолированными от земли, и может быть использовано в технике электробезопасности, например, для определения токов с токоведущих частей на землю. Цель изобретения - расширение области использования за счет обеспечения возможности измерения проводимостей в системах с количеством фаз более трех и при включенной нагрузке. Способ определения проводимостей изоляции фаз относительно земли в многофазных системах обладает той особенностью, согласно которой между одной из фаз сети и одноименной фазой источника рабочего тока вводят разделительное сопротивление, определяют напряжение указанной фазы сети относительно нейтрали источника, измеряют напряжение смещения нейтрали такого источника и выводят указанное сопротивление, затем поочередно для всех фаз повторяют приведенные операции, а искомую проводимость изоляции любой из фаз вычисляют по формуле к .-к,., к4-кк, ...к„, ...к„-Ч К4 Кие-.. Nl --Кт-Кщ - К,- ...«„;... Km-ICH; K.-KN,, Кг-КНт...К,,т...1с т-КМт , Ке-к„, ...кгкН1...кт-кн, K2-KNa... kj-kH4...Km-Kt(2 К. Kj-kN;...K:-vrN;..;Km-KH; К|-Кнт km-KNm где Kj, KJ и KNI - коэффициенты, пропорциональные напряжениям фаз относительно нейтрали и нейтрали относительно земли. Кроме того, разделительным сопротивлениям можно сообщать значение больше нуля, но меньше бесконечности, либо равное бесконечности, а также равное нулю в одной из фаз. 3 з.п. ф-лы. (Л С VJ О g ю ел

где KI, KI и КМР коэффициенты, вычисляемые из соотношений

KI cos

2 я (L-1)

m

-jsin

Ki

KNi

Ж.

Уф UNi

иф

где DI - напряжение относительно нейтрали источника рабочего тока фазы i сети после введения разделительного сопротивления между нею и одноименной фазой этого источника;

UNI напряжение смещения нейтрали источника рабочего тока при введенном разделительном сопротивлении между его фазой I и одноименной фазой сети;

11ф - модуль фазного напряжения источника рабочего тока;

YB - вспомогательная проводимость, вводимая до измерении между нейтралью источника рабочего тока и землей;

m - количество фаз;

1-номер фазы, принимающий значения от 1 до т;

j - мнимая единица (единичный вектор),

Разделительным сопротивлениям, вводимым поочередно между каждой из фаз сети и одноименной фазой источника рабочего тока, сообщают значения больше нуля, но меньше бесконечности, а напряжение каждой из таких фаз сети относительно нейтрали источника определяют путем измерения.

Для реализации способа при подготовке к измерениям вводят вспомогательную проводимость YB между нулевой точкой

(нейтралью) источника рабочего тока и землей. Перейдя к измерениям между одной из m фаз сети, например i-й, и одноименной фазой источника рабочего тока, вводят разделительное сопротивление, после чего

измеряют высокоомным прибором напряжению смещения нейтрали такого источника UNJ, определяют относительно нейтрали последнего напряжение указанной фазы сети Ui и выводят из схемы упомянутое

сопротивление. Далее поочередно для всех остальных фаз повторяют приведенные операции, что позволяет вычислить проводимость изоляции любой из фаз сети относительно земли YI по формуле

V

K t-Кн, Kj-KH(...Kn,...Km-KNl V4 К4-Кме...Кнг--К«.-кмг

к.-Ч VКм; Ч К,-кМ|П Кг-Чп......к1п,-Кц,я

, кЈ-к«, ...к,-к«,...кга-Кн,

K,-KH Ki-KM... К;-КИ1...Кт-КН1

K,-KK; VKN;---V

VKHm-.VW-Km-Кнт,

55 где KI - коэффициент, равный отношению фазного напряжения 1-й фазы источника рабочего тока Ui к модулю его фазного напряжений Уф и вычисляемый по формуле

)-jS. коэффициент, определяемый по формуле и .

к,

1)ф

коэффициент, определяемый по

формуле

UN,

KNI

Уф

j - мнимая единица (единичный вектор).

Разделительное сопротивление которым как бы отделяют фазу сети от одноименной фазы источника рабочего тока, может иметь как предельные значения: ноль и бесконечность, так и любое промежуточное. Причем такое значение, как ноль, разделительное сопротивление не может иметь более, чем в одной фазе, иначе не удастся получить m не совпадающих состояний системы, необходимых для нахождения искомых проводимостей (т - число фаз системы). При разделительном сопротивлении, равном нулю, операция по его введению вырождается, т.е. становится эквивалентной случаю, при котором никакая операция не производится. Если же разделительное сопротивление равно бесконечности, то операция по его введению становится эквивалентной такой операции, как отключение фазы сети от одноименной фазы источника тока.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример, Разделительным сопротивлением, вводимым поочередно между каждой из фаз сети и одноименной фазой источника рабочего тока, сообщают значения больше нуля, но меньше бесконечности, а напряжение каждой из таких фаз сети относительно нейтрали источника определяют путем измерения высокоомным прибором.

Переходные процессы, возникающие при введении разделительного сопротивления, могут привести к снижению точности измерений. Чтобы уменьшить негативное влияние или даже полностью его исключить, необходимо упомянутое сопротивление вводить и выводить без разрыва цепи, а время от его введения до измерения напряжений фазы сети и нейтрали увеличить.

В ряде случаев, например в установках с короткой сетью и активной нагрузкой, электродвижущейся силой, индуцируемой в фазе сети, отключенной от источника рабочего тока, можно пренебречь по сравнению с напряжением этой фазы относительно нейтрали указанного источника. При этом последнее напряжение, поскольку отклю0

ченная от одноименной фазы источника рабочего тока фаза сети остается соединенной с его другими фазами через проводимость потребителя, определяется выражением (предполагается, что нагрузки фаз равны)

1mгUi - -brS и„, п у к

11п 1

Для симметричной системы, т.е. для случая, представляющего наибольший интерес, это дает

U,

m -1

Ui

или

5

0

Ui -11ф

Ki,

0

m -1

Пример 2. Разделительным сопротивлениям, вводимым поочередно во все фазы, сообщают значения, равные бесконечности, а напряжения соответствующих фаз сети относительно нейтрали источника определяют по формуле

Ki

5 где Уф - модуль фазного напряжения источника;

m - число фаз системы;

i - номер фазы;

Ki - коэффициент, равный

KI cos

In (I -1 )

m

jsln

2лг(1-П.

m

Второй пример значительно проще первого, так как нет необходимости измеРЯТЬ напряжения фаз сети относительно нейтрали источника, отделяемых от последнего разделительными сопротивлениями Ui Однако область применения этого способа ограничена упомянутым условием

об индуцируемой электродвижущей силе. Каждый из рассмотренных двух примеров осуществления предлагаемого способа дает еще по одному варианту. Для их получения необходимо в одной из фаз, например в первой, разделительному сопротивлению сообщать значение, равное нулю, а все остальное оставить без изменений. При этом напряжение и/будет совпа- fiaTb cJUi, т.е. равно

Ui КШф.

По способам примеров 1 и 2 в одной из фаз нет необходимости выполнять операцию по введению и выведению разделительного сопротивления, так как оно равно

нулю, что приводит к упрощению аппаратных средств. Кроме того, эти варианты можно использовать не только в многофазных системах, но и в двухпроводных системах, например в двухпроводных системах постоянного тока. К их недостаткам следует отнести нарушение симметрии в работе системы.

Во всех четырех примерах способа при отсутствии вывода от нулевой точки источника рабочего тока используют ис- кусственную нулевую точку, получаемую посредством звезды из одинаковых прово- дммостей. Для повышения точности организуют две искусственные нулевые точки: о дну - для вспомогательной проводимости, вторую-для вольтметра. Вспомогательная п роводимость YB в данном случае - это проводимость цепочки, образованной указан- ной звездой и элементом, например резистором, подсоединенным между ее нулем и землей.

j Во всех примерах напряжение смеще ьия нейтрали источника рабочего тока UNJ определяют путем измерения. Для этого един из зажимов вольтметра присоединяют ц нулевой точке, естественной или искусст- в енной, а второй - к земле. В тех случаях, когда разделительное сопротивление отличается от нуля и от бесконечности, напряжение относительно нейтрали источника рабочего тока фазы се- iv, которую этим сопротивлением как бы отделяют от одноименной фазы упомянутого источника Ui определяют также путем измерений. Для этого один из зажимов вольтметра присоединяют аналогично к нулевой точке, а второй - к фазе i сети.

Во всех указанных случаях в качестве вольтметра используют фазочувствитель- ный прибор или производят дополнительные измерения для получения соответствующей информации.

Если разделительное сопротивление имеет значение, равное нулю, то напряжение соответствующей фазы сети относи- Ј§льно нейтрали источника рабочего тока I) i o предел я ют по формуле

U, иф Ki, где Уф - модуль фазного напряжения;

Ki - коэффициент, равный

.,2/с (1-1) .. 2 л: ( i - 1

К, cos -r-L

m

jsm

m

m - число фаз системы;

j - мнимая единица.

Когда разделительное сопротивление имеет значение, равное бесконечности, напряжение ( определяют по формуле

I l vJ{b.у

, .

Рассматриваемый способ применим для организации непрерывного контроля изоляции токоведущих частей относительно земли. При этом описанные операции по0

5

0

вторяют периодически. Операцию по введению вспомогательной проводимости, как относящуюся к подготовительным, повторять не имеет смысла. Она выполняется лишь один раз при подготовке к измерениям.

При предлагаемом измерении модуль фазного напряжения можно не измерять, а пользоваться его номинальным значением. В тех же случаях, когда требуется повышенная точность измерения, т.е., когда необходимо исключить последствия колебания напряжения сети, необходимо при каждом измерении напряжения измерять еще и модуль фазного напряжения. Для этого в соответствии с одним из возможных способов вольтметр подсоединяют к одной из фаз сети и к нейтрали источника. Разделительное сопротивление при этом должно быть выведено из этой фазы.

Формула изобретения

Y:-Y,

VKN, V4 -Ч---К-.-Ч

К, ...KM2...

.... .уКм;;-:ки;.Кт-Кн;

К,-км„, KI-KH, ..«„„,...

К|-Кн, VK«, ...К;-КИ|...Кт-К„,

K.-K«Z 1 i-KHi.-.Ki-kH,2...Km-KH2

55

КгКн;;-Х--К||;.. К, -Кнт К ГЧс т-Кит,

где Ki, Ki и KNI - коэффициенты, вычисляемые по формулам

Ki cos

2 я (I - 1 )

m

jsln

Ki

Uf

44j

„ UNI

.

Ui - напряжение относительно нейтрали источника рабочего тока фазы I сети после введения разделительного сопротивления между нею и одноименной фазой этого ис- точндка;

UNI - напряжение смещения нейтрали источника рабочего тока при введенном разделительном сопротивлении между его фазой I и одноименной.фазой сети;

1)ф - модуль фазного напряжения источника рабочего тока;

YB - вспомогательная проводимость, вводимая до измерений между нейтралью источника рабочего тока и землей;

m - количество фаз;

I - номер фазы, принимающий значения от 1 до т;

j - мнимая единица (единичный вектор).

2 п( - 1 ).2. Способ по п. 1,отличающийся

m тем, что разделительным сопротивлениям сообщают значения больше нуля, но меньше бесконечности, и дополнительно изме- 5 ряют напряжение относительно нейтрали источника каждой из фаз сети, отделенных разделительным сопротивлением.

10 сообщают значения, равные бесконечности, а напряжение относительно нейтрали источника каждой из фаз сети, отделенных разделительным сопротивлением, определяют по формуле

15 и -ТЙУ§тк, 4.Способ по п. 2, отличающийся тем, что разделительному сопротивлению в одной из фаз. например в первой, сообщают

20 значение, равное нулю, а напряжение этой фазы сети относительно нейтрали источника рабочего тока определяют по формуле .

Ui-ифК.

где 11ф - модуль фазного напряжения источ- 25 ника рабочего тока;

Ki - коэффициент, равный 1.