Устройство контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции

Устройство содержит мостовую схему с измерительным прибором, включенным в ее диагональ. В диагональ мостовой схемы также установлен миллиамперметр для измерения тока утечки по всей схеме постоянного тока. Кроме того, устройство содержит дифференциальные датчики постоянного тока для измерения токов утечки по каждому присоединению. А также переносные дифференциальные датчики постоянного тока для измерения токов утечки по каждому ответвлению присоединения и по каждой разнесенной электрической цепи. Для организации беспроводной сигнализации на щит управления используется приемное устройство и адаптер для связи с компьютером. Технический результат - обеспечение автоматического непрерывного контроля изоляции во всей сети постоянного тока, на каждом присоединении, их ответвлениях и их электрических цепях, возможность поиска мест ухудшения изоляции на присоединениях без отключения от источника питания. 7 ил.

 

Изобретение относится к устройствам контроля изоляции сети постоянного тока, сигнализации ухудшения изоляции сети постоянного тока, поиска мест ухудшения изоляции в сети постоянного тока, преимущественно в сетях постоянного тока электростанций и подстанций.

Известно устройство контроля изоляции сети постоянного тока, содержащее мост, два плеча которого образованы постоянными резисторами, третье - сопротивлением изоляции сети постоянного тока между «плюсом» источника питания и «землей», четвертое - сопротивлением изоляции сети постоянного тока между «минусом» источника питания и «землей». В диагональ моста включен вольтметр, одна из клемм которого подключена к земле. Питание моста выполняется от источника питания сети постоянного тока (1).

Недостатками известного устройства является то, что в устройстве отсутствует возможность определения присоединения (фидера, линии) с ухудшенной изоляцией и поиска места ухудшения изоляции. Оно способно только сигнализировать о величине сопротивления изоляции сети. Поиск присоединения с ухудшенной изоляцией ведется путем наблюдения за показаниями вольтметра при проведении последовательных, кратковременных отключений присоединений, что в ряде случаев крайне рискованно, а иногда просто недопустимо.

Известно устройство для отыскания места ухудшения изоляции в сети постоянного тока, содержащее генератор импульсного тока, переносной дифференцирующий датчик импульсного тока, содержащий фильтры нижних частот, усилитель, выпрямитель, регулирующий элемент, измерительный элемент (2). Это устройство позволяет вести ручной поиск места ухудшения изоляции путем последовательного обхода и измерения всех присоединений щита постоянного тока, для выявления наибольшего импульсного тока. Далее, выявив присоединение, оператор начинает искать место ухудшения изоляции на всех ответвлениях данного присоединения, выявляя ответвления с наибольшим импульсным током. Далее, выявив ответвление, оператор продолжает искать место ухудшения изоляции (повреждение) в электрических цепях данного ответвления, выявляя электрическую цепь с наибольшим импульсным током, и в конечном итоге находит место ухудшения изоляции.

Недостатками известного устройства является то, что:

отсутствует постоянное слежение (мониторинг) как за состоянием изоляции всей контролируемой сети постоянного тока, так и за состоянием изоляции каждого из присоединений сети постоянного тока в дежурном режиме;

в контролируемой сети постоянного тока в течении всего поиска циркулирует импульсный переменный ток, который в ряде случаев создает помехи устройствам релейной защиты и автоматики, которые питаются от сети постоянного тока, и мешает их правильной работе, а при усугубляющих обстоятельствах приводит к их ложному срабатыванию, что недопустимо, кроме того, величина импульсного переменного тока сильно зависит от величины электрической емкости сети постоянного тока, которая при больших ее величинах может значительно изменять величину импульсного тока на присоединениях, в зависимости от величины электрической емкости этих присоединений, что значительно затрудняет поиск, внося неопределенность и недостоверность в измерения.

автоматически не определяет присоединение с ухудшенной изоляцией.

Известно наиболее близкое к предлагаемому устройство поиска тока утечки на «землю», состоящее из мостовой схемы с вольтметром, включенным в ее диагональ, генератора импульсного переменного напряжения относительно земли, датчиков утечки трансформаторного типа, расположенных на отходящих присоединениях (3).

В известном устройстве при появлении признака ухудшения изоляции («земли») на полюсах батареи, который фиксируется вольтметром мостовой схемы, запускается генератор и выполняется контроль всех датчиков на предмет появления низкочастотного сигнала. Генератор создает на батарее, а следовательно, и на нагрузке переменное напряжение относительно «земли» частотой 1 Гц, амплитудой до 250 В. Ток утечки на землю измеряется датчиками тока утечки трансформаторного типа, расположенными на отходящих фидерах. Время измерения по одному присоединению (фидеру) составляет 3-5 секунд.

Недостатками известного устройства поиска утечек на «землю» являются:

сложная схема устройства, разветвленная по всей сети постоянного тока, в которой все блоки и датчики устройства соединяются множеством проводов;

в контролируемой сети постоянного тока циркулирует импульсный переменный ток, который в ряде случаев создает помехи устройствам релейной защиты и автоматики, которые питаются от сети постоянного тока, и мешает их правильной работе, а при усугубляющих обстоятельствах приводит к их ложному срабатыванию, что недопустимо, кроме того, величина импульсного переменного тока сильно зависит от величины электрической емкости сети постоянного тока, которая при больших ее величинах может значительно изменять величину импульсного тока на присоединениях, в зависимости от величины электрической емкости этих присоединений, что значительно затрудняет поиск, внося неопределенность и недостоверность в измерения;

отсутствие постоянного непрерывного слежения (мониторинга) за состоянием изоляции каждого из присоединений сети постоянного тока;

отсутствие возможности для поиска и обнаружения места ухудшения изоляции на присоединении, на его ответвлениях, в его электрических цепях;

сложная схема помехозащиты и выделения сигнала тока утечки на «землю» из сигнала датчика трансформаторного типа; предварительный опрос, после получения сигнала о появлении «земли» в сети постоянного тока, датчиков всех присоединений, подавляющее большинство которых исправно (что отнимает определенное время). Исходя из опыта эксплуатации, можно сказать, что в большинстве случаев, как правило, повреждается одно присоединение. Одновременное повреждение нескольких присоединений встречается достаточно редко. Поэтому проведение опроса датчиков всех присоединений не имеет большого смысла. Более целесообразно просигналить о неисправности конкретного присоединения в момент ее возникновения.

Задачей изобретения является:

автоматический и непрерывный контроль состояния изоляции сети постоянного тока как на каждом присоединении, так и во всей сети;

обеспечение возможности поиска мест ухудшения изоляции на присоединении, его ответвлениях, его электрических цепях;

обеспечение возможности автоматического и непрерывного контроля за всеми местами ухудшения изоляции сети постоянного тока, если их появится не одно, а несколько, а также возможности их целенаправленного последовательного поиска;

обеспечение возможности получения точных значений токов утечки на «землю» по каждому присоединению, с выдачей бесконтактной и беспроводной сигнализации на щит управления оператору о повреждении конкретного присоединения;

обеспечение возможности поиска мест ухудшения изоляции на присоединениях без отключения их от источника питания сети постоянного тока;

обеспечение поиска мест ухудшения изоляции без внесения в сеть постоянного тока дополнительных помех, мешающих работе устройств релейной защиты и автоматики;

исключение влияния помех, которые имеют место в сети постоянного тока, вызванных электрическими процессами, происходящими в ней, на измерение токов утечки на «землю»;

предоотвращение развития неисправностей и возникновение аварийных режимов в сети постоянного тока и в устройствах-потребителях постоянного тока, возникающих вследствии ухудшения изоляции сети, путем непрерывного слежения за состоянием изоляции и изменениями ее состояния.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции, содержащем мостовую схему с измерительным прибором, включенным в ее диагональ, и датчики тока утечки на «землю», установленные на каждом присоединении сети постоянного тока, используются:

дифференциальные датчики постоянного тока для измерения токов утечки по каждому присоединению, которые содержат кольцевой разъемный магнитопровод, на котором имеется по одному витку «плюсового» и «минусового» проводов присоединения, и обмотка, подключенная к измерительной схеме, измерительную схему, узел сравнения измеренного тока утечки с безопасной величиной, реагирующий на изменение тока утечки в сторону увеличения от заданной безопасной величины, интерфейс, радиопередающий модулятор-демодулятор, для формирования сообщения с номером (названием) присоединения, величиной и знаком тока утечки;

миллиамперметр для измерения тока утечки по всей схеме постоянного тока, который установлен в диагонали мостовой схемы, содержащий узел сравнения измеренного тока утечки с безопасной величиной, реагирующий на изменение тока утечки в сторону увеличения от заданной безопасной величины, интерфейс, радиопередающий модулятор-демодулятор для формирования сообщения с номером(названием) щита постоянного тока, величиной и знаком тока утечки;

переносной дифференциальный датчик постоянного тока для измерения токов утечки по каждому ответвлению присоединения, по каждой электрической цепи ответвления, который содержит кольцевой разъемный магнитопровод,

предназначенный для установки в заранее приготовленные витки «плюсового» и «минусового» проводов присоединения, с обмоткой, подключенной к измерительной схеме, на выход которой подключен измерительный прибор, для считывания информации оператором, с интерфейсом, радиопередающим модулятором-демодулятором, для формирования сообщения с номером (названием) переносного датчика и величиной и знаком тока утечки на щит управления, для наблюдения за процессом поиска места ухудшения изоляции («земли»);

переносной дифференциальный датчик постоянного тока для измерения токов утечки по каждой разнесенной электрической цепи (т.е. «плюсовой» провод удален от «минусового» на какое-то доступное расстояние) ответвления, который содержит два разъемных магнитопровода, предназначенных для установки в заранее приготовленные витки «плюсового» и «минусового» проводов присоединения, с обмотками, которые включены на разность сигналов, которая поступает на вход измерительной схемы, на выход которой подключен измерительный прибор, для считывания информации оператором, с интерфейсом, радиопередающим модулятором-демодулятором, для формирования сообщения с номером (названием) переносного датчика, величиной и знаком тока утечки на щит управления, для наблюдения за процессом поиска места ухудшения изоляции («земли»);

приемное устройство и адаптер для связи с компьютером для организации бесконтактной и беспроводной сигнализации на щит управления оператору о состоянии изоляции как всей сети, так и отдельных присоединений.

Устройство контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции поясняется чертежами, где на:

Фиг.1 представлена схема устройства контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции;

Фиг.2 представлена схема дифференциального датчика тока утечки, установленного на присоединении, для измерения тока утечки через изоляцию присоединения;

Фиг.3 представлена схема переносного дифференциального датчика тока утечки, используемого для установки на ответвлении, для измерения тока утечки через изоляцию ответвления;

Фиг.4 представлена мостовая схема, в диагональ которой включены вольтметр и миллиамперметр, и предназначенная для контроля изоляции всей сети постоянного тока;

Фиг.5 представлена схема переносного дифференциального датчика тока утечки, предназначенного для поиска мест ухудшения изоляции в разнесенной электрической цепи;

Фиг.6 представлена схема, поясняющая работу устройства контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции, в случае появления одного места ухудшения изоляции (одной «земли»);

Фиг.7 представлена схема, поясняющая работу устройства контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции, в случае появления нескольких мест ухудшения изоляции (нескольких «земель»);

На фиг.1 изображена схема устройства контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции, которая содержит:

мостовую схему, состоящую из постоянных резисторов («плеч») R1 и R2, подстроечных резисторов Rп1 и Rп2, «плечей», образованных сопротивлениями изоляции сети между «+» и «землей» - Rиз.с+, изоляции сети между «-» и «землей» - Rиз.с-; в диагональ моста включен показывающий вольтметр V, и миллиамперметр mA, имеется узел сравнения тока утечки с безопасной величиной 3, интерфейс 4, радиопередающий модулятор-демодулятор 5;

дифференциальные датчики постоянного тока, установленные на присоединениях Пр.1 и Пр.2, содержащие кольцевой разъемный магнитопровод 1, предназначенный, для установки в заранее приготовленные витки «плюсового» и «минусового» проводов присоединений Пр.1 и Пр.2, с обмоткой W, которая подключена к измерительной схеме 2; дифференциальные датчики постоянного тока, кроме того, содержат узел сравнения тока утечки с безопасной величиной 3, интерфейс 4, радиопередающий модулятор-демодулятор 5;

переносной дифференциальный датчик постоянного тока, установленный на ответвлении Отв.1 присоединения Пр1, содержащий кольцевой разъемный магнитопровод 1, предназначенный для установки в заранее приготовленные витки «плюсового» и «минусового» проводов ответвления Отв.1 присоединения Пр.1, с обмоткой W, которая подключена к измерительной схеме 2, на выход которой подключен измерительный прибор 9 (цифровой) для считывания информации оператором; дифференциальный датчик постоянного тока, кроме того, содержит интерфейс 4, радиопередающий модулятор-демодулятор 5;

переносной дифференциальный датчик с двумя разъемными магнитороводами, содержащими обмотки W+ и W-, один из которых предназначен для установки в заранее приготовленный виток «плюсового» провода электрической цепи Эл.ц.1, питающей нагрузку Rн1-1, а другой предназначен для установки в заранее приготовленный виток «минусового» провода той же электрической цепи Эл.ц.1; обмотки W+ и W- включены на разность сигналов (разность вторичных токов), переносной дифференциальный датчик постоянного тока, кроме того, содержит измерительную схему 2 (измерительная схема включена в дифференциальную цепь - цепь по которой протекает разность вторичных токов обмоток магнитопроводов), на выход которой подключен измерительный прибор 9 (цифровой) для считывания информации оператором; интерфейс 4, радиопередающий модулятор-демодулятор 5;

приемное устройство 6;

адаптер 7 для связи приемного устройства с компьютером 8. Присоединение Пр.1 питает нагрузку Rн1 по ответвлению Отв.1, а нагрузку Rн1-1 по разнесенной электрической цепи Эл.ц.1, присоединение Пр.2 питает нагрузку Rн2.

На фиг.2 изображена схема дифференциального датчика постоянного тока для измерения тока утечки присоединения, который содержит:

разъемный магнитопровод 1, с замыкающим язычком 10, обмоткой W, измерительную схему 2, узел сравнения тока утечки с безопасной величиной 3, интерфейс 4, радиопередающий модулятор-демодулятор 5. Причем разъемный магнитопровод дифференциального датчика постоянного тока проходит через витки «плюсового» и «минусового» проводов, питающих нагрузку.

Дифференциальный датчик постоянного тока вставляется в заранее приготовленные витки «плюсового» и «минусового» проводов присоединения с помощью язычка 10 разъемного магнитопровода 1. При ухудшении изоляции присоединения («замыкании на землю») возникает ток утечки I ут.=(I+)-(I-), что вызывает соответствующее изменение магнитного поля (магнитного потока) в разъемном магнитопроводе 1. Это изменение магнитного поля (магнитного потока) наводит э.д.с. (электродвижущую силу) в обмотке W, появление э.д.с. порождает вторичный ток в контуре обмотки W (в контур обмотки W включена измерительная схема 2), пропорциональный току утечки, к обмотке W подключена измерительная схема 2. Измерительная схема 2 фиксирует появление вторичного тока в обмотке W, обрабатывает и усиливает вторичный ток и формирует из него цифровой сигнал, величина которого равна току утечки. Цифровой сигнал измерительной схемы 2 поступает на узел сравнения тока утечки с безопасной величиной 3 (узел сравнения с «уставной» срабатывания для данного присоединения). Если измеренная величина тока утечки превышает безопасную величину (ток утечки превышает «уставку» срабатывания для данного присоединения), то узел сравнения 3 запускает интерфейс 4, который формирует сообщение с номером присоединения, величиной и знаком тока утечки, которое в цифровом коде и передает радиопередающий модулятор-демодулятор 5.

На фиг.3 изображена схема переносного дифференциального датчика постоянного тока для измерения тока утечки ответвления, которая содержит:

разъемный магнитопровод 1, с замыкающим язычком 10, обмоткой W, измерительную схему 2, на выход которой подключен измерительный прибор 9 (цифровой) для считывания информации оператором, интерфейс 4, радиопередающий модулятор-демодулятор 5. Причем разъемный магнитопровод дифференциального датчика постоянного тока проходит через витки «плюсового» и «минусового» проводов, питающих нагрузку.

Переносной дифференциальный датчик постоянного тока вставляется в заранее приготовленные витки «плюсового» и «минусового» проводов присоединения с помощью язычка 10 разъемного магнитопровода 1. При ухудшении изоляции присоединения («замыкании на землю») возникает ток утечки I ут.=(I+)-(I-), что вызывает соответствующее изменение магнитного поля (магнитного потока) в разъемном магнитопроводе 1. Это изменение магнитного поля (магнитного потока) наводит э.д.с.(электродвижущую силу) в обмотке W, появление э.д.с. порождает вторичный ток в контуре обмотки W (в контур обмотки W включена измерительная схема 2) пропорциональный току утечки, к обмотке W подключена измерительная схема 2. Измерительная схема 2 фиксирует появление вторичного тока в обмотке W обрабатывает и усиливает вторичный ток и формирует из него цифровой сигнал, величина которого равна току утечки. Цифровой сигнал измерительной схемы 2 одновременно поступает на измерительный прибор 9 (цифровой) и на интерфейс 4. Цифровой сигнал измерительной схемы 2 запускает интерфейс 4, который формирует сообщение с номером присоединения, величиной и знаком тока утечки, которое в цифровом коде и передает радиопередающий модулятор-демодулятор 5. Одновременно с этим оператор ведущий поиск места ухудшения изоляции имеет возможность руководствоваться показаниями измерительного прибора 9 (цифрового), на котором он видит величину тока утечки, и вести поиск самостоятельно.

На Фиг.4 изображена мостовая схема, состоящая из постоянных резисторов («плеч») R1 и R2, подстроечных резисторов Rп1 и Rп2, «плечей», образованных сопротивлениями изоляции сети между «+» и «землей» - Rиз.с+, изоляции сети между «-» и «землей» - Rиз.с-. В диагональ моста включен показывающий вольтметр V, и миллиамперметр mA (цифровой), мостовая схема также содержит узел сравнения тока утечки с безопасной величиной 3, интерфейс 4, радиопередающий модулятор-демодулятор 5.

При ухудшении изоляции в какой-либо точке сети постоянного тока уменьшается сопротивление Rиз с+ или Rиз с- и нарушается баланс моста, то есть в его диагонали появляется падение напряжения, что и регистрируется вольтметром V. Одновременно с этим через миллиамперметр mA протекает ток утечки. Ток утечки, измеренный миллиамперметром mA, в виде цифрового сигнала поступает в узел сравнения тока утечки с безопасной величиной 3 (узел сравнения с «уставной» срабатывания для всей сети данного щита постоянного тока). Если измеренная величина тока утечки превышает безопасную величину (ток утечки превышает «уставку» срабатывания для данного присоединения), то узел сравнения 3 запускает интерфейс 4, который формирует сообщение с номером присоединения, величиной и знаком тока утечки, которое в цифровом коде и передает радиопередающий модулятор-демодулятор 5.

На фиг.5 изображена схема переносного дифференциального датчика, предназначенного для измерения тока утечки в разнесенной электрической цепи, с двумя разъемными магнитороводами 1, содержащими обмотки W+ и W-, один из которых предназначен для установки в заранее приготовленный виток «плюсового» провода электрической цепи, питающей нагрузку Rн, а другой предназначен для установки в заранее приготовленный виток «минусового» провода той же электрической цепи. Обмотки W+ и W- включены на разность сигналов. Переносной дифференциальный датчик постоянного тока, кроме того, содержит: измерительную схему 2, на выход которой подключен измерительный прибор 9 (цифровой), интерфейс 4, радиопередающий модулятор-демодулятор 5.

Переносной дифференциальный датчик постоянного тока разъемным магнитопроводом 1 с обмоткой W+ вставляется в заранее приготовленный виток «плюсового» провода разнесенной электрической цепи а разъемным магнитопроводом 1 с обмоткой W- вставляется в заранее приготовленный виток «минусового» провода присоединения с помощью язычка 10. При ухудшении изоляции присоединения («замыкании на землю») возникает ток утечки I ут.=(Iперв+)-(Iперв-), что вызывает соответствующее изменение магнитных полей (магнитных потоков) в разъемных магнитопроводах 1. Эти изменения магнитных полей (магнитных потоков) наводят вторичные токи I втор+, I втор- в обмотках W+ W- соответственно, которые включены на разность токов. Таким образом, по дифференциальной цепи протекает разность сигналов вторичных токов (I втор+)-(I втор-), которая и поступает в измерительную схему 2. Измерительная схема 2 фиксирует появление разности вторичных токов, в дифференциальной цепи и обрабатывает и усиливает вторичный ток (ток разности), формируя из него цифровой сигнал, величина которого равна току утечки. Цифровой сигнал измерительной схемы 2 одновременно поступает на интерфейс 4, запуская его, и на измерительный прибор 9 (цифровой). Интерфейс 4 формирует сообщение с номером присоединения, величиной и знаком тока утечки, которое в цифровом коде и передает радиопередающий модулятор-демодулятор 5. Одновременно с этим оператор ведущий поиск места ухудшения изоляции имеет возможность руководствоваться показаниями измерительного прибора 9, на котором он видит величину тока утечки, и вести поиск самостоятельно.

На фиг.6 изображена схема, поясняющая работу устройства контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции в процессе появления одиночной земли в сети постоянного тока на каком-либо присоединении. Если Rн1<Rн2, то в этом случае ток I+>I- и разность этих токов будет протекать по участку цепи от «земли» присоединения, и далее через «землю» мостовой схемы, Rп2, mA мостовой схемы, V мостовой схемы, Rп1. Именно эту разность токов и зафиксируют как дифференциальный датчик постоянного тока присоединения, так и миллиамперметр мостовой схемы.

В дифференциальном датчике постоянного тока измерительная схема 2 зафиксирует разность токов (ток утечки на «землю»), узел сравнения тока утечки с безопасной величиной 3 выполнит сравнение и при превышении безопасной величины тока утечки даст сигнал на формирование сообщения, интерфейсу 4, и отправке сообщения радиопередающему модулятору-демодулятору 5. Сообщение состоит из величины тока утечки, знака и номера (названия) присоединения.

В мостовой схеме миллиамперметр mA зафиксирует ток утечки на «землю», узел сравнения тока утечки с безопасной величиной 3 выполнит сравнение и при превышении безопасной величины тока утечки даст сигнал на формирование сообщения, интерфейсу 4, и отправке сообщения радиопередающему модулятору-демодулятору 5. Сообщение состоит из величины тока утечки, знака, и номера (названия) щита постоянного тока или батареи. Выдаваемые по радиоканалу сообщения принимаются приемным устройством 6 и через адаптер 7, передаются в компьютер 8, который и выдает оператору сводку ухудшения изоляции сети постоянного тока.

На фиг.7 изображена схема, поясняющая работу устройства контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции в процессе появления двойной земли в сети постоянного тока на каких-либо присоединениях. Если Rн1-1<Rн2-1, то в этом случае ток I+1>I-1 и разность этих токов будет протекать по участку цепи от «земли» присоединения 1 до места разветвления на «землю» присоединения 2 и на «землю» мостовой схемы.

Дифференциальный датчик постоянного тока присоединения 1(ПР1) и зафиксирует эту разность (ток утечки на «землю» присоединения 1) посредством измерительной схемы 2, узел сравнения тока утечки с безопасной величиной 3 выполнит сравнение и при превышении безопасной величины тока утечки даст сигнал на формирование сообщения, интерфейсу 4, и отправке сообщения радиопередающему модулятору-демодулятору 5. Сообщение состоит из величины тока утечки, знака и номера (названия) присоединения 1(ПР1). Если Rн1-2>Rн2-2, то в этом случае ток I+2<I-2 и разность этих токов будет протекать по участку цепи от места разветвления до «земли» присоединения 2. Дифференциальный датчик постоянного тока присоединения 2 и зафиксирует эту разность (ток утечки на «землю» присоединения 2) посредством измерительной схемы 2, узел сравнения тока утечки с безопасной величиной 3 выполнит сравнение и при превышении безопасной величины тока утечки даст сигнал на формирование сообщения интерфейсу 4 и отправке сообщения радиопередающему модулятору-демодулятору 5. Сообщение состоит из величины и знака тока утечки и номера (названия) присоединения 2. По участку цепи от места разветвления через «землю» мостовой схемы Rп2, mA мостовой схемы, V мостовой схемы, Rп1, R2 протекает разность токов утечек на землю присоединений 1 и 2. Именно эту разность токов утечек присоединений 1 и 2 (Iут.3=Iут.1-Iут.2) и зафиксирует миллиамперметр мостовой схемы, а далее узел сравнения тока утечки с безопасной величиной 3 выполнит сравнение и при превышении безопасной величины тока утечки даст сигнал на формирование сообщения интерфейсу 4 и отправке сообщения радиопередающему модулятору-демодулятору 5. Сообщение состоит из величины и знака тока утечки и номера (названия) щита постоянного тока или батареи.

Выдаваемые по радиоканалу сообщения принимаются приемным устройством 6 и через адаптер 7 передаются в компьютер 8, который и выдает оператору сводку ухудшения изоляции сети постоянного тока.

В процессе отработки макета устройства в качестве разъемного кольцевого магнитопровода использовались токоизмерительные клещи от вольтамперфазоиндикатора ВАФ-1М, в качестве измерительной схемы - цифровой переносной мультиметр MY64 фирмы «MASTECH» на пределе измерения 0-20 мА, с интерфейсом RS232C, и SMS-модемом М20 фирмы «Simens»; в качестве приемного устройства микропроцессорный контроллер М90 фирмы «KLINKMANN». Одновременно с этим для отработки устройства использовался магнитный мультивибраторный датчик постоянного тока, выполненный по схеме, разработанной институтом проблем управления Российской академии наук (ИПУРАН).

Выполнение устройства контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции с применением дифференциальных датчиков постоянного тока позволяет измерить ток утечки на землю по любому присоединению, ответвлению, электрической цепи дифференциальным методом. Использование дифференциального метода, который заключается в измерении разности токов, протекающих в «плюсовом» и «минусовом» проводах, питающих нагрузку присоединения, позволяет использовать датчики постоянного тока с малыми пределами измерения, например от 0 до 20 mA, тогда как в самом присоединении по «плюсовому» и «минусовому» проводу могут протекать токи до 20 А и выше. Таким образом, при таких больших токах нагрузки за счет дифференциального метода на малых пределах измерения измеряются малые токи утечки на землю. Необходимо также отметить, что появление всевозможных помех и возмущений, которые, как правило, возникают как на «плюсовом», так и на «минусовом» проводе одновременно, не вызовет ложную работу датчика с выдачей ложного сообщения, так как эти помехи и возмущения взаимно компенсируются и будут сведены к нулю на входе измерительной схемы.

Следует также отметить, что применяя дифференциальные датчики постоянного тока для измерения тока утечки на «землю» как разности токов «плюсового» и «минусового» проводов, отпадает необходимость в создании в сети постоянного тока циркуляции дополнительных токов, переменных или импульсных, которые требовались для выявления как поврежденных присоединений, так и мест ухудшения изоляции (замыкания на «землю»).

Выполнение устройства контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции с применением для измерения токов утечки дифференциальных датчиков постоянного тока, в конструкции которых предусмотрены кольцевые разъемные магнитопроводы, предназначенные для установки в заранее приготовленные витки «минусового» и «плюсового» проводов, позволяет производить измерения бесконтактным путем, не внося в электрическую схему сети постоянного тока никаких изменений и дополнительных элементов. Причем в этом случае измерительная схема одновременно работает на двух принципах:

принципе фиксации величины изменения тока утечки в процессе кратковременного и скачкообразного его возрастания в момент замыкания на «землю» (в момент скачка тока утечки он трансформируется на вход измерительной схемы);

принципе измерения величины тока утечки «на землю» в процессе всего времени существования замыкания на «землю» (магнитное поле разности токов «плюсового» и «минусового» проводов изменяет параметры входной обмотки измерительной схемы).

Измерительная схема работает одновременно на двух принципах (режимах) измерения, которые резервируют и дополняют друг друга, что повышает надежность и точность измерений.

Таким образом, кольцевой магнитопровод может одновременно работать и как импульсный трансформатор, и как элемент схемы измерения, который под воздействием магнитного поля разности токов «плюсового» и «минусового» проводов изменяет свои параметры.

Импульсный принцип работы схемы позволяет зафиксировать кратковременные нарушения изоляции с последующим возвратом к нормальному состоянию, которые часто предшествуют повреждению и его дальнейшему развитию. Такая работа предлагаемого устройства позволит принимать заблаговременные меры для исключения серьезного повреждения и его дальнейшего развития.

Выполнение устройства контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции с применением интерфейса и радиопередающего модулятора-демодулятора для формирования и передачи сообщений позволяет исключить большое количество проводных соединений, что обеспечивает:

надежную работу устройства без каких либо коммутаторов, протяженных кабелей, объединенных в сложную электрическую схему;

обеспечить быстрый монтаж, наладку и ввод в работу устройства контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции без значительных материальных затрат (после расстановки датчиков на присоединениях устройство практически готово к работе);

обеспечить быстрое оперативное изменение схемы устройства контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшение изоляции, вследствии каких-либо изменений сети постоянного тока (появление новых присоединений и ликвидация старых в сети постоянного тока), которое будет заключаться в переносе датчиков с одного присоединения на другое.

Выполнение устройства контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции с применением радиопередающих датчиков с автономным питанием (внутренние батарейки) позволит исключить предварительный опрос датчиков всех присоединений (что занимает определенное время), подавляющее большинство которых исправно и сразу же выдать на щит управления оператору сигнализацию (сводку) о поврежденных присоединениях и о величине этих повреждений (которые оцениваются по величине тока утечки на «землю»). Предложенное устройство контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции позволит:

обеспечить автоматический и непрерывный контроль состояния изоляции сети постоянного тока, как на каждом присоединении, так и во всей сети;

обеспечить возможность поиска мест ухудшения изоляции на присоединении, его ответвлениях, его электрических цепях;

обеспечить возможность автоматического и непрерывного контроля за всеми местами ухудшения изоляции сети постоянного тока, если их появится не одно, а несколько, а также возможности их целенаправленного последовательного поиска;

обеспечить возможность получения точных значений токов утечки по каждому присоединению, с выдачей бесконтактной и беспроводной сигнализации на щит управления оператору;

обеспечить возможность поиска мест ухудшения изоляции на присоединениях без отключения их от источника питания сети постоянного тока;

обеспечить поиск мест ухудшения изоляции без внесения в сеть постоянного тока дополнительных помех, мешающих работе устройств релейной защиты и автоматики;

исключить влияние помех, которые имеют место в сети постоянного тока, вызванных электрическими процессами, происходящими в ней, на измерение токов утечки на «землю»;

предоотвращать развитие неисправностей и возникновение аварийных режимов в сети постоянного тока и в устройствах-потребителях постоянного тока, возникающих вследствии ухудшения изоляции сети, путем непрерывного слежения за состоянием изоляции и изменениями ее состояния;

своевременно выводить в ремонт устройства-потребители постоянного тока (например, устройства релейной защиты и автоматики) после получения сообщения о появлении «земли», не допуская присутствия в сети «земли» даже на время поиска этой «земли», что существенно повышает надежность работы как всей сети постоянного тока, так и устройств-потребителей постоянного тока;

повысить надежность работы электроустановок электростанций и подстанций, в составе которых работают сети постоянного тока за счет предоотвращения и оперативного устранения неисправностей сетей постоянного тока, возникающих за счет ухудшения изоляции (замыкания на «землю»);

исключать развитие повреждений в сети постоянного тока в аварии и технологические нарушения электроустановок за счет появления как одиночной, так и двойной «земли» в сети постоянного тока, которое может привести к ложной работе устройств релейной защиты и автоматики путем своевременного вывода в ремонт присоединения сети постоянного тока сразу же после появления в их цепях замыкания на «землю»;

организовать постоянное автоматическое слежение (мониторинг) за состоянием изоляции как всей сети постоянного тока, так и за состоянием изоляции каждого из присоединений, не отвлекая внимания дежурного оператора на проверки исправной сети, а привлекая его внимание только в случае возрастания тока утечки на «землю» с выдачей полной картины (сводки сообщений) по всем щитам и присоединениям с ухудшающейся изоляцией;

повысить производительность труда при монтаже, наладке, техническом обслуживании и эксплуатации устройства контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции;

выполнять поиск мест ухудшения изоляции как на ответвлениях присоединений, так и в электрических цепях ответвлений, присоединений и устройствах-потребителях (устройствах релейной защиты и автоматики), где «плюсовые» и «минусовые» провода разнесены на некоторое расстояние;

сократить время поиска повреждений;

исключить пробные отключения и переключения в сети постоянного тока, которые выполняются в настоящее время для поиска поврежденных присоединений и мест ухудшения изоляции (замыканий на «землю»);

организовать получение информации о состоянии изоляции сети постоянного тока через операторов сотовой связи, с подстанций без постоянного дежурного персонала и телефонной связи;

организовать мониторинг за состоянием изоляции особоответственных и наиболее часто повреждаемых электрических цепей устройств релейной защиты и автоматики (например, электрических цепей газовой защиты автотрансформаторов).

Источники информации

1. Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций.

Авторы: Гильчер О.А., Гольберг А.Е., Колесников Л.Ф. и др.

Под редакцией Э.С. Мусаэляна. - М.: Энергия 1979 г., с.97-98.

2. Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №983592, М. Кл. 3 G 01 R 31/08, опубликов. 23.07.81.

3. «Устройства электробезопасности» Автор: Кораблев В.П., - М.: Энергия, 1979 г., с.32, Серия: «Библиотека электромонтера».

Устройство контроля изоляции сети постоянного тока и поиска мест ухудшения изоляции, содержащее мостовую схему с измерительным прибором, включенным в ее диагональ, и датчики тока утечки на «землю», установленные на каждом присоединении сети постоянного тока, отличающееся тем, что содержит дифференциальные датчики постоянного тока для измерения токов утечки по каждому присоединению, которые содержат кольцевой разъемный магнитопровод, на котором имеется по одному витку «плюсового» и «минусового» проводов присоединения, и обмотка, подключенная к измерительной схеме, измерительную схему, узел сравнения измеренного тока утечки с безопасной величиной, реагирующий на изменение тока утечки в сторону увеличения от заданной безопасной величины, интерфейс, радиопередающий модулятор-демодулятор, для формирования сообщения с номером (названием) присоединения, величиной и знаком тока утечки, миллиамперметр для измерения тока утечки по всей схеме постоянного тока, который установлен в диагонали мостовой схемы, содержащий узел сравнения измеренного тока утечки с безопасной величиной, реагирующий на изменение тока утечки в сторону увеличения от заданной безопасной величины, интерфейс, радиопередающий модулятор-демодулятор, для формирования сообщения с номером (названием) щита постоянного тока, величиной и знаком тока утечки, переносной дифференциальный датчик постоянного тока для измерения токов утечки по каждому ответвлению присоединения, по каждой электрической цепи ответвления, который содержит кольцевой разъемный магнитопровод, предназначенный для установки в заранее приготовленные витки «плюсового» и «минусового» проводов присоединения, с обмоткой, подключенной к измерительной схеме, на выход которой подключен измерительный прибор для считывания информации оператором, с интерфейсом, радиопередающим модулятором-демодулятором для формирования сообщения с номером (названием) переносного датчика, величиной и знаком тока утечки на щит управления для наблюдения за процессом поиска места ухудшения изоляции («земли»), переносной дифференциальный датчик постоянного тока для измерения токов утечки по каждой разнесенной электрической цепи (т.е. «плюсовой» провод удален от «минусового» на какое-то доступное расстояние) ответвления, который содержит два разъемных магнитопровода, предназначенных для установки в заранее приготовленные витки «плюсового» и «минусового» проводов присоединения, с обмотками, которые включены на разность сигналов, которая поступает на вход измерительной схемы, на выход которой подключен измерительный прибор для считывания информации оператором, с интерфейсом, радиопередающим модулятором-демодулятором для формирования сообщения с номером (названием) переносного датчика, величиной и знаком тока утечки на щит управления для наблюдения за процессом поиска места ухудшения изоляции («земли»), приемное устройство и адаптер для связи с компьютером для организации бесконтактной и беспроводной сигнализации на щит управления оператору о состоянии изоляции как всей сети, так и отдельных присоединений.