Файл: Анищенко Г.А. Методы определения и контроля величин активного сопротивления изоляции и емкости фаз относительно земли в рабочем режиме электрических установок.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.04.2024
Просмотров: 30
Скачиваний: 0
Г. А. А Н И Щ Е Н К О
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ВЕЛИЧИН АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И ЕМКОСТИ ФАЗ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ В РАБОЧЕМ РЕЖИМЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
УСТАНОВОК
ИЗДАТЕЛЬСТВО ВЦСПС ПРОФИЗДАТ — 1964
|
СЧИЧЕСКЛЯ |
! |
6П2 |
-НА С С С Р |
I |
А 67 |
33 Н |
|
|
|
м н Г
В В Е Д Е Н И Е
Семилетний план предусматривает увеличение установленной мощности электростанций более чем в 2 раза, увеличение выра ботки электроэнергии в 2—2,2 раза. Развернулось грандиозное строительство тепловых электростанций (установленная мощность тепловых турбинных электростанций увеличится в 2,3—2,4 раза), будет завершено строительство Братской, Кременчугской, Боткин ской, Бухтарминской и ряда других гидроэлектростанций, строит ся самая крупная в мире Красноярская гидроэлектростанция. Се милетний план предусматривает также увеличение протяженности электрических сетей напряжением 35—500 киловольт в 2,5— 3 раза.
Растет энерговооруженность нашей страны, множится число электрифицированных предприятий и объектов в различных от раслях народного хозяйства, увеличивается контингент лиц, об служивающих электрические установки, сети и электрифициро ванные исполнительные механизмы. Тем важнее, чтобы электри фицированные предприятия, объекты и электрические установки были электробезопасными, пожаробезопасными, надежными в ра боте.
Главнейшими факторами, обеспечивающими это, являются надлежащая изоляция электрических сетей и установок, компен сация емкостей между каждой из фаз и землей, если эти емкости превышают по величине допустимый максимум. Электротравма тизм, поражение людей электрическим током, возможен преиму
щественно |
(примерно |
93%) в |
установках напряжением до |
1 000 вольт. |
В этих же |
установках, |
как правило, происходят и |
электропожары.
Одной из главных причин электротравматизма и электропо жаров является недопустимо низкое активное сопротивление изо ляции фаз относительно земли и недопустимо большие значения емкости фаз относительно земли в установках с изолированной нейтралью источника электроэнергии. Низким активным и емкост ным сопротивлениям фаз относительно земли до сих пор не уде-
Заказ 779 з
ляется должного внимания. Их изредка определяют и контроли руют примитивными методами, которые не обеспечивают элект робезопасности и пожаробезопасности установок.
Цель этой брошюры — критически рассмотреть существующие методы и схемы по определению и контролю величин активных и емкостных сопротивлений фаз относительно земли и рассказать об эффективных методах и схемах определения и контроля ука занных параметров электроустановок, находящихся под напря жением. Основные из этих методов и схем разработаны кафедрой техники безопасности МЭИ, одобрены Министерством высшего и среднего специального образования СССР и Комитетом по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР.
1. К Р А Т К А Я Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А С У Щ Е С Т В У Ю Щ И Х М ЕТОДОВ
ИЗМ ЕРЕНИ Я С О П РОТИВ Л ЕНИЙ ИЗОЛЯЦИИ
Э Л ЕК Т Р И Ч ЕС К И Х С ЕТ ЕЙ В НЕРАБОЧЕМ Р Е Ж И М Е
Анализ опыта эксплуатации сетей различных электроустановок показывает, что измерения сопротивлений изоляции производятся, как правило, в сетях, не находящихся под напряжением, в тех случаях, когда контрольные вольтметры или электрические лампы установки показывают плохое состояние изоляции. Путем ряда последовательных измерений обнаруживается линия (фидер) с поврежденной изоляцией, а затем измеряется сопротивление изо ляции каждой из фаз линии.
Преимущественно применяются следующие способы измере ния:
1)омметром или мегомметром;
2)с помощью высокочувствительного гальванометра;
3)вольтметром;
4) электрометром. ' : Каждый из указанных способов имеет свои достоинства и не
достатки, на которых уместно остановиться.
Омметры и мегомметры позволяют производить измерения с непосредственным отсчетом, но дают значительные погрешности. В СССР изготовляются в настоящее время несколько типов ом метров. Наибольшее распространение получили у нас омметры типов М-57 и М-67, имеющие магнитоэлектрическую систему и характерные следующими техническими данными:
1. Омметр типа М-57 проградуирован в Омах от 10 до 5 000 ом. Рабочая часть шкалы находится в пределах от 20 до 1 500 ом. Прибор внеклассный. Он допускает погрешность при температуре 20° С в пределах шкалы от 20 до 80 ом и от 500 до 1 500 ом ±22%
4
и в пределах шкалы от 80 до 500 ом ±10%. На остальной части шкалы погрешность не нормирована. Внутреннее сопротивление прибора составляет от 160 до 250 ом.
2. Омметр типа М-67 проградуирован в омах с пределами из мерения от 20 до 5 000 ом. Рабочая часть шкалы находится в пре
делах от 40 до 1000 ом. Прибор внеклассный. |
Он допускает |
по |
|||
грешность при |
температуре |
20° С |
в пределах |
шкалы от 100 |
до |
500 ом ±20% |
и в пределах |
шкалы |
от 40 до |
100 ом и от 500 до |
1000 ом ±40%. В остальных частях шкалы погрешность не нор мирована. Внутреннее сопротивление омметра составляет от 150 до 350 ом.
Рассмотренные омметры имеют дополнительную погрешность ±2% на каждые 10°С изменения температуры окружающей среды.
Широко применяется и мегомметр типа М-1101, изготовляемый в СССР. Он тряскоустойчив, может работать при температуре ок ружающей среды от —25° С до 60° С и при относительной влажно сти до 95%,±5%.
Этот прибор имеет две шкалы с верхним пределом измерений: 2 мегома (нижняя шкала) и 100 мегомов (верхняя шкала). Рабо чие части шкал — от 0,5 до 1000 килоом по нижней шкале и от 0,05 до 10 мегом по верхней шкале. Рабочее напряжение мегом метра при разомкнутой цепи — не ниже 500 вольт при нормальной скорости вращения ручки генератора (120 об/мин). Нормирован ная погрешность в рабочей части шкалы мегомметра составляет
± 1% от длины шкалы при нормальной скорости вращения ручки генератора. Дополнительная погрешность от изменения скорости вращения ручки генератора в пределах от 90 до 150 оборотов в минуту не больше ±2% от длины шкалы. Дополнительная по грешность от изменения температуры окружающей среды в пре делах от 20° С до 60° С не больше ± 1% от длины шкалы.
Кроме перечисленных омметров и мегомметров у нас изготов ляются и применяются также другие приборы, например, много предельный омметр типа М-218, омметр типа М-471, мегомметр типа МС-06. По сравнению с вышеописанными приборами они тоже имеют свои достоинства и недостатки. Кроме того, Цент ральная научно-исследовательская лаборатория Центроэлектромонтажа разработала, изготовила и рекомендует для измерения изоляции свой электронный мегомметр с неоновым индикатором. Но схема прибора относительно сложна, и он не находит широко го применения.
Сопротивления изоляции измеряются также с помощью высо кочувствительного гальванометра, электрометра и других прибо ров по схемам, описанным в общеизвестных курсах электроизме рительной техники.
Но все эти способы, по нашему мнению, не являются эффек тивными, поскольку не позволяют достаточно точно определять сопротивления изоляции и емкости электрических сетей и устано-
2* |
5 |
вок относительно земли. Нами подробно разработаны и провере ны другие эффективные методы и схемы. Ниже приводится их краткое описание.
2. М ЕТОД Н А Л О Ж ЕН И Я ПО С ТОЯН НОГО Т О К А НА ПЕРЕМ ЕНН Ы Й
Этот метод необходимо применять для измерения сопротивле ния изоляции тех электрических сетей и установок в их рабочем режиме (под напряжением), у которых нейтраль или провода источников электроэнергии изолированы от земли. Схемы измере ния сопротивлений изоляции электроустановок указанным мето дом представлены на схемах 1, 2. В эти схемы входят:
а) источник постоянного тока (батарея, селеновые выпрямите
ли и т. д.) напряжением не меньше 100 |
вольт; |
б) магнитоэлектрический вольтметр |
с большим внутренним |
сопротивлением R v = 5 • 104 -е-105 ом; |
реле) с коэффициентом |
в) индукционная катушка (кодовое |
самоиндукции L=16—18 генри;
г) конденсатор емкостью с = 2рр и другие элементы схем. Источник постоянного тока должен иметь напряжение не мень
ше 100 вольт потому, что при таком напряжении наиболее полно выявляются дефекты изоляции. При более низких напряжениях
Рис. 1. Принципиальная схема для определения сопротивления изо ляции фаз относительно земли методом наложения постоянного то ка на переменный (вариант 1)
6
увеличивается погрешность в определении сопротивления изоля ции. В схеме предусмотрен магнитоэлектрический вольтметр с большим внутренним сопротивлением. Преимущества его очевид ны. Магнитоэлектрический вольтметр имеет равномерную шкалу, поэтому относительно просто производятся измерения и вычисле ния величин сопротивления изоляции. И, кроме того, подключение магнитоэлектрического вольтметра с высоким внутренним сопро тивлением к одной из фаз трехфазной системы с изолированной нейтралью не вызывает значительного смещения точки пересече ния векторов напряжения между каждой из фаз и землей.
При измерениях по схемам 1, 2 сначала определяют макси мальное значение угла отклонения стрелки вольтметра (при вклю чении вольтметра на клеммы источника постоянного тока). Этот угол
|
|
а мак |
^мак• |
|
|
|
|
|
Как видно из схемы варианта |
1, |
|
|
|
|
|
||
|
|
U |
а, |
|
|
|
|
( 1) |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Rv~^Rn~i~Rd |
|
|
|
|
|
|
где U — напряжение источника постоянного тока в вольтах; |
|
|||||||
R v— внутреннее сопротивление вольтметра |
в омах; |
|
||||||
RK— активное сопротивление |
индукционной |
катушки в омах; |
||||||
R d— активное добавочное сопротивление |
в омах. |
|
|
|||||
Включая магнитоэлектрический вольтметр в сеть, получим |
||||||||
|
_________U |
|
|
|
|
(2) |
||
|
Rv~^RK~^Rd^~Ra |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
где R U3— общее активное |
сопротивление |
изоляции |
системы в |
|||||
омах. Принимая во внимание, что |
|
|
|
|||||
- % 5 - = |
= |
_ R V+ R K+ R d + R u 3 . ( п о л у ч и м ; |
|
|
||||
1из |
ааз |
R v + R k + R o |
|
|
|
|
|
|
RU3 ^ |
(Rv+ RK+Rd) ( |
- Л о м . |
|
(3) |
||||
|
|
|
V ааз |
|
I |
|
|
|
Омической проводимостью конденсатора, как ничтожно малой |
||||||||
величиной (включена параллельно Rv ), |
можно |
пренебречь, |
так |
|||||
как R v = 104 -ь- 105 ом, a R K0H^ Ю8 ом и больше. |
можно |
при |
||||||
Принципиальную схему, |
изображенную на рис. 2, |
менять при большом активном сопротивлении индукционной катушки порядка нескольких тысяч ом в электроустановках с боль шим количеством токоприемников и с сетями большой протяжен ности, то есть когда общее сопротивление изоляции сетей и уста новки существенно меньше RK. При R U3^ > R K применение рас сматриваемой схемы приведет к большей электробезопасности установки во время измерений, так как магнитоэлектрический вольт
метр с /?j, = 5-104—105 ом шунтируется конденсатором |
с относи |
тельно небольшим реактивным сопротивлением порядка |
1 500 ом. |
3 Заказ 779 |
7 |
Общее сопротивление изоляции установки, измеряемое по данной схеме, определяется по формуле
Киз — (R* + Rd + |
Ry'R-KOH |
амак |
|
|
Rv~^~RkOH |
аиз |
|
~ (R « + Rd + Rv) |
- 1 ) ом, |
(3a) |
|
|
\ a u 3 |
/ |
107 |
где R KOll — омическое сопротивление конденсатора порядка от |
|||
до 108 ом. |
|
|
|
Рис. 2. Принципиальная схема для определения сопротивления фаз относительно земли методом наложения постоянного тока на пере менный (вариант 2)
Следует иметь в виду, что в схеме, изображенной на рис. 1, конденсатор не только «запирает» кратчайший путь постоянного тока к отрицательному полюсу источника постоянного тока, но и шунтирует этот источник. Благодаря этому существенно ослаб ляется отрицательное действие переменного тока на источник по стоянного тока (аккумуляторную или элементную батарею) и по вышается электробезопасность эксплуатации источника постоян ного тока.
Изложенный способ определения общего сопротивления изоля ции системы при измерениях по схемам, изображенным на рис. 1, 2, дает достаточно точные для практических целей результаты. Неточность измерения выражается от долей ома до десятков ом и зависит от величины сопротивления фазных обмоток источника электроэнергии, сечения и протяженности сетей, предела точности
8
вольтметра и других причин. Этот метод позволяет быстро и про сто отыскивать линии с поврежденной изоляцией. Включаются они одна за другой на шины станции или подстанции.
При подключении линии с плохой изоляцией стрелка магнито электрического вольтметра отклоняется на угол аиз -»■ амак. Опыт показал, что на проверку состояния изоляции 20—30 линий уходит менее 5 минут. Определяемое так общее сопротивление изоляции системы позволяет оценить ее состояние в рабочем ре жиме.
Для расчета электробезопасности системы необходимо опреде лить сопротивления изоляции каждой из фаз относительно земли. Это можно сделать, применяя предлагаемый графоаналитический метод разделения общего сопротивления изоляции RU3 на состав ляющие ги г2, г3 — сопротивления изоляции каждой из фаз.
3. Г Р А Ф О А Н А Л И Т И Ч Е С К И Й М ЕТОД О П Р ЕД ЕЛ ЕН И Я
С О П РО ТИ В Л ЕНИ Я ИЗОЛ Я ЦИИ |
К А Ж Д О Й ИЗ Ф АЗ |
О ТН О С И ТЕЛ Ь Н О |
ЗЕМ ЛИ |
Пусть общее сопротивление изоляции электроустановки, оп ределенное методом наложения постоянного тока на переменный, равно R a3..
Тогда
|
|
1 |
|
|
|
(4) |
|
|
= — + — + — |
||||
|
|
Ru3 |
Г1 |
Г2 |
Г3 |
|
где |
Г\, |
г2, гъ— соответственно |
сопротивления изоляции |
фаз в |
||
омах. |
|
|
|
|
|
|
Зная |
общую проводимость |
— |
и напряжения фаз |
ОТНОСИ- |
||
|
|
|
|
^и з |
|
|
тельно земли, можем из тре |
|
|
||||
угольника и звезды напряжений |
|
|
||||
(рис. 3) вывести векторные урав |
|
|
||||
нения: |
|
|
|
|
|
|
|
^ 1 = ^ 2 + ^1-2^ |
(5) |
|
|
||
|
^2= ^3“Ь^2-з! |
(6) |
|
|
||
|
U3 = U 1 + US_V |
(7) |
|
|
||
Применяя первый закон Кир- |
|
|
||||
гофа |
к |
рассматриваемому |
слу |
|
|
|
чаю, |
получим |
|
Рис. 3. Треугольник и звезда напря |
|||
|
4 + 4 + 4 = 0 , |
|
||||
|
(8) |
жений |
|
3 |
9 |