Способ контроля изоляции в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью

 

Использование: электроизоляционная техника, в частности техника контроля изоляции трехфазных электрических сетей с изолированной нейтралью, например, в системах электроснабжения городов. Сущность изобретения: предварительно между нейтральной точкой трехфазной электрической сети и землей включают переменную во времени индуктивность и образуют контур из емкости трехфазной электрической сети относительно земли и индуктивности. Затем, настраивая индуктивность в резонанс с емкостью, создают режим параметрического резонанса. Таким образом производят наложение на трехфазную электрическую сеть с изолированной нейтралью контрольных электрических сигналов. Далее измеряют амперметром и вольтметром ток и напряжение этих сигналов и по отношению показаний вольтметра и амперметра судят о сопротивлении изоляции трехфазной электрической сети относительно земли. Технический результат: обеспечение возможности длительного режима работы трехфазной электрической сети с замкнувшейся на землю фазой. 2 ил.

Изобретение относится к области электроизоляционной техники, в частности к технике контроля изоляции трехфазных электрических сетей с изолированной нейтралью, например, в системах электроснабжения городов.

Известен способ контроля изоляции трехфазной электрической сети, основанный на наложении на сеть тока постороннего источника э.д.с. [1]. Посторонний источник включают между нейтральной точкой трехфазной электрической сети и землей.

Недостатком этого способа является то, что он используется только для контроля однофазных замыканий на землю.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению (прототипом) является способ измерения сопротивления изоляции в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью, основанный на наложении на трехфазную электрическую сеть контрольных электрических сигналов путем включения между нейтральной точкой трехфазной системы и землей двух последовательных значений э. д.с. от постороннего источника и определения сопротивления изоляции системы на землю по отношению разностей показаний напряжения и тока, полученных при двух измерениях [2].

Основным недостатком описанного способа измерения сопротивления изоляции в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью является то, что он не обеспечивает возможность длительного режима работы электрической сети с замкнувшейся на землю фазой, т.к. включение источника э.д.с. между нейтральной точкой трехфазной электрической сети и землей нарушает режим работы нейтрали, переводя его из режима изоляции в режим глухого заземления. При этом каждое соединение фазы с землей превращается в короткое замыкание и должно быть немедленно отключено. В результате трехфазная электрическая сеть теряет свое главное достоинство, заключающееся в возможности длительной работы с замкнувшейся на землю фазой.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в способе контроля изоляции в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, включающем наложение на трехфазную электрическую сеть контрольных электрических сигналов и последующее измерение тока и напряжения этих сигналов, причем по отношению показаний напряжения и тока судят о сопротивлении изоляции трехфазной электрической сети относительно земли, наложение на трехфазную электрическую сеть контрольных электрических сигналов осуществляют путем создания режима параметрического резонанса, образовав контур из емкости трехфазной электрической сети относительно земли и переменной во времени индуктивности, включив ее между нейтральной точкой трехфазной электрической сети и землей, и настроив этот контур в параметрический резонанс.

Техническим результатом является обеспечение возможности длительного режима работы трехфазной электрической сети с замкнувшейся на землю фазой.

Длительный режим работы трехфазной электрической сети с замкнувшейся на землю фазой достигается вследствие того, что при параметрическом резонансе в контуре из емкости трехфазной электрической сети относительно земли и переменной во времени индуктивности, включенной между нейтральной точкой трехфазной электрической сети и землей, возникают и длительно существуют электрические колебания, по току и напряжению которых судят о сопротивлении изоляции трехфазной электрической сети. Режим параметрического резонанса возникает в колебательном контуре, имеющем переменный периодический во времени энергоемкий параметр, в данном случае переменную во времени индуктивность. Если принять частоту изменения индуктивности за единицу, то параметрический резонанс может возникнуть на частотах 0.5; 1; 2; 3 и т.д. в зависимости от настройки контура. При этом необходимо иметь достаточную глубину модуляции индуктивности. Возникновение параметрического резонанса происходит самопроизвольно и выражается в возникновении электрического тока и напряжения в колебательном контуре. Этот ток и напряжение существуют в контуре длительно, т. е. режим параметрического резонанса является устойчивым. При соединении какой-либо фазы с землей емкость колебательного контура шунтируется, контур расстраивается и возникшие электрические колебания затухают до нуля, поэтому режима короткого замыкания не возникает, и сеть может длительно работать с замкнувшейся на землю фазой. При устранении замыкания фазы на землю емкость расшунтируется и электрические колебания в контуре самовосстанавливаются.

Предлагаемый способ контроля изоляции в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема, реализующая способ, а на фиг. 2 - вариант схемы, реализующей указанный способ в электрической сети 220В.

Схема, реализующая способ контроля изоляции в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью (см. фиг. 1), содержит трехфазный силовой трансформатор 1, подключенный к переменной во времени индуктивности 2, амперметру 3 и вольтметру 4, а также к емкости 5 трехфазной электрической сети относительно земли.

В схеме, реализующей способ контроля изоляции в электрической сети 220В с изолированной нейтралью (см. фиг. 2), индуктивность 2 выполнена в виде одинаковых трансформаторов 6, 7 и диода 8.

Способ контроля изоляции в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью осуществляется следующим образом (см. фиг. 1).

Предварительно между нейтральной точкой трехфазной электрической сети и землей включают переменную во времени индуктивность 2 и образуют контур из емкости 5 трехфазной электрической сети относительно земли и индуктивности 2. Затем, настраивая индуктивность 2 в резонанс с емкостью 5, создают режим параметрического резонанса. Настройка индуктивности 2 в резонанс заключается в предварительном определении требуемой величины индуктивности расчетом или экспериментально для заданной величины емкости 5 (см. фиг. 1) и реализации этой индуктивности. При подключении подобранной индуктивности 2 по схеме (фиг. 1) в колебательном контуре сразу же самопроизвольно возникают и устанавливаются электрические колебания, напряжение и ток которых фиксируют соответственно вольтметр 4 и амперметр 3. Таким образом производят наложение на трехфазную электрическую сеть с изолированной нейтралью контрольных электрических сигналов.

Далее измеряют амперметром 3 ток в контуре и вольтметром 4 - напряжение резонансных колебаний. Значение сопротивления изоляции трехфазной электрической сети относительно земли определяют как отношение показания вольтметра 4 к показанию амперметра 3.

При соединении какой-либо фазы трехфазной электрической сети с землей емкость 5 колебательного контура шунтируется, контур расстраивается и возникшие электрические колебания затухают до нуля, поэтому режима короткого замыкания не возникает и сеть может длительно работать с замкнувшейся на землю фазой. При устранении замыкания фазы на землю емкость 5 расшунтируется и электрические колебания в контуре в режиме параметрического резонанса самовосстанавливаются.

Реализация способа контроля изоляции в электрической сети 220В с изолированной нейтралью осуществляется следующим путем (см. фиг. 2).

Питание к электрической сети подают от силового трехфазного трансформатора 1 (Т 1) типа ТСЗИ-1,6 УХЛ2 напряжением 380/220В, мощностью 1,6 кВА. Емкость 5 фазной изоляции всей сети относительно земли составляет 3 мкФ (по 1 мкФ на фазу) и соответствующее сопротивление изоляции 1,06 кОм.

Образуют контур из емкости 5 и переменной во времени индуктивности 2 из одинаковых трансформаторов 6 (Т2) и 7 (Т3) и диода 8 (Д) (трансформаторы Т2 и Т3 типа ТСШ - 170, диод Д-Д237В)4. Число витков обмоток W1 = 18 витков, W2 = 114 витков. Обмотки W1 соединены последовательно встречно, обмотки W2 - последовательно согласно. На вход обмоток W1 подают переменное напряжение 12В, 50 Гц. Протекающий по обмотке W1 ток осуществляет периодическое изменение во времени индуктивности обмотки W2.

При выбранном количестве витков W1 и W2 и величине напряжения на обмотке W1, равном 12В, и включенном рубильнике Р достигается резонанс в контуре, образованном индуктивностью обмотки W2 и емкостью 5 сети (3 мкФ). В данном случае создают параметрический резонанс на частоте 25 Гц; показания вольтметра - 140В; показания амперметра - 66 мА. Рассчитанное по этим величинам сопротивление изоляции сети составило 1.06 кОм, что равно фактическому сопротивлению.

При замыкании какой-либо фазы сети на землю при отсутствии переменной индуктивности в нейтрали (рубильник Р отключен) ток в месте замыкания составил 130 мА. При подключении индуктивности (рубильник Р включен) ток в месте замыкания составил 105 мА, что не превышает вышеуказанного тока 130 мА, напряжение частоты 25 Гц отсутствует. Отсюда видно, что при подключении индуктивности в нейтраль сети режима короткого замыкания не возникает и сеть может длительно работать с замкнувшейся на землю фазой. При устранении замыкания фазы на землю напряжение частоты 25 Гц самовосстанавливается до 440В.

Таким образом, использование предлагаемого способа контроля изоляции в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью обеспечивает сохранение длительного режима работы этой сети с замкнувшейся на землю фазой.

Источники информации 1. Цапенко Е.Ф. Контроль изоляции в сетях до 1000В. - М: Энергия, 1972. с. 53.

2. Авторское свидетельство СССР N 250301, кл. 21 E 29/11, 1969 (прототип)

Формула изобретения

Способ контроля изоляции в трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью, включающий наложение на трехфазную электрическую сеть контрольных электрических сигналов и последующее измерение тока и напряжения этих сигналов, причем по отношению показаний напряжения и тока судят о сопротивлении изоляции трехфазной электрической сети относительно земли, отличающийся тем, что наложение на трехфазную электрическую сеть контрольных электрических сигналов осуществляют путем создания режима параметрического резонанса, образовав контур из емкости трехфазной электрической сети относительно земли и переменной во времени индуктивности, включив ее между нейтральной точкой трехфазной электрической сети и землей и настроив этот контур в параметрический резонанс.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2