Способ и устройство контроля изоляции системы электроснабжения с изолированной нейтралью

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля сопротивления изоляции многофазных разветвленных сетей переменного тока с изолированной нейтралью, находящихся под напряжением. Техническим результатом является осуществление избирательного контроля утечки или замыкания фазы на землю в разветвленной системе электроснабжения с изолированной нейтралью, выявление элемента с поврежденной изоляцией до появления аварийного режима. Устройство контроля изоляции сети электроснабжения с изолированной нейтралью содержит высоковольтные провода подключения, контактор измерительной цепи, контактор заземления. Параллельно контактам контактора заземления подключен диодный мост с модулятором поискового тока. При этом обеспечивается возможность подключения фазы сети электроснабжения через коммутационный переключатель, токоограничивающий конденсатор, контакт контактора измерительной цепи и контакт контактора заземления к контуру заземления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля сопротивления изоляции многофазных разветвленных сетей переменного тока с изолированной нейтралью, находящихся под напряжением. Предлагаемое устройство может быть использовано там, где есть изолированные от земли силовые сети переменного тока, например на нефтепромыслах, на судах, в шахтах, метрополитене.

При эксплуатации разветвленной системы электроснабжения с изолированной нейтралью частым является нарушение изоляции, вызванное различными факторами, такими как трещины в опорных, проходных и штыревых изоляторах, неправильная работа ограничителей напряжения, разрядников. Определить такие нарушения сложно, т.к. происходит неполный пробой изоляции поврежденного элемента и по истечении небольшого промежутка времени изоляционные свойства могут восстановиться. Этот процесс может возникать с различной периодичностью, поэтому поиск подобного повреждения путем обхода линий электропередачи затруднен. При возникновении повреждений изоляции на двух фазах в различных точках системы электроснабжения образуется двойное замыкание на землю, которое создает опасность поражения электрическим током находящегося в этой зоне обслуживающего персонала, особенно вблизи заземленных объектов. Этот режим может быть длительным из-за нечувствительности к нему межфазной токовой защиты. Как правило, при таком нарушении ток идет по наиболее проводящей среде, например, в условиях месторождения нефти он будет протекать по нефтепроводу. Для своевременного выявления этих нарушений в системе электроснабжения необходимо проводить мониторинг состояния изоляции.

Известно устройство контроля сопротивления изоляции и защиты электротехнической установки (патент РФ №2157039, МПК Н02Н 3/16, G01R 27/18, 11.11.1999), содержащее измерительную цепь, состоящую из выпрямителя на диодах, последовательно соединенных светоизлучателя оптопары, регулировочного и ограничительного резисторов, источника постоянного напряжения, выполненного на параметрическом стабилизаторе напряжения, и исполнительного элемента в виде электромагнитного реле напряжения, включенного через выходной элемент оптопары. Недостатком известного устройства является низкое входное сопротивление измерительных цепей, постоянно подключенных к контролируемой сети, кроме того, работа этого устройства недостаточно надежна, поскольку зависит от колебаний напряжения в контролируемой сети.

Известен способ контроля сопротивления изоляции разветвленных сетей постоянного и переменного тока (патент РФ № 2028638, МПК G01R 31/02, G01R 27/18, дата публикации 09.02.1995, выбран в качестве прототипа способа), основанный на наложении переменного напряжения с периодически изменяющейся частотой на контролируемую сеть, измерении величины тока, обратно пропорциональной величине сопротивления изоляции. В устройстве, реализующем данный способ, датчики тока снабжены дополнительной обмоткой, в цепи замыкания на землю которой установлены компенсирующие индуктивности, источник контрольного напряжения выполнен в виде генератора качающейся частоты. Измерение токов утечки производят в точках нижних экстремумов величины тока по частотной координате. Недостатком способа является низкая точность измерения, обусловленная трудностью выбора такого частотного диапазона генератора и величин индуктивностей, которые соответствовали бы наблюдающемуся на практике большому разбросу распределенных емкостей различных присоединений одной электрической сети.

Известно устройство для поиска поврежденного участка в сетях постоянного и переменного тока (патент РФ № 2052826, МПК G01R 27/18, G01R 31/28, дата публикации 20.01.1996), содержащее вспомогательный источник контрольного переменного напряжения, разделительный конденсатор, сумматор, компенсирующий конденсатор и ключ. В датчиках тока отходящих участков сети введена компенсирующая обмотка, включенная встречно основной, регулируемое сопротивление подключено параллельно компенсирующему конденсатору. Недостатком данного устройства является необходимость предварительной (перед включением его в работу) настройки регулируемых элементов в цепях дополнительных обмоток на нулевую величину выходного сигнала датчика, при подключении к сети эквивалентного контролируемому присоединению элемента, но с заведомо нормальным сопротивлением изоляции. Такие действия весьма трудно реализовать на практике, что снижает точность результатов.

Известно устройство контроля замыкания фазы на корпус в трехфазных сетях с изолированной нейтралью (патент РФ №2370782, МПК G01R 31/02, 30.05.2008), выбранное в качестве прототипа, содержащее три выпрямительных диода, аноды которых через резисторы подключены к контролируемой сети, а катоды объединены в узел и соединены с анодом динистора, катод которого связан с одним выводом катушки электромагнитного реле, второй вывод которого подключен к корпусу. Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает избирательности в определении фазы, замкнувшейся на корпус (частично или полностью).

Технической задачей изобретения является осуществление избирательного контроля утечки или замыкания фазы на землю в разветвленной системе электроснабжения с изолированной нейтралью, выявление элемента с поврежденной изоляцией до появления аварийного режима.

Технический результат достигается в устройстве контроля изоляции сети электроснабжения с изолированной нейтралью (далее – устройство контроля), содержащем высоковольтные провода подключения, контактор измерительной цепи, контактор заземления параллельно контактам, которого подключен диодный мост с модулятором тока, выполненное с возможностью подключения фазы сети электроснабжения через коммутационный переключатель, токоограничивающий конденсатор, контакт контактора измерительной цепи и контакт контактора заземления к контуру заземления. Устройство контроля содержит блоки сравнения напряжений, подключенные к фазам. Устройство контроля может быть выполнено мобильным, в цельном защищенном корпусе, позволяющем перевозить его до места производства работ на автомобиле. В отличие от известных систем устройство контроля не использует генератор для формирования дополнительного тока, а модулирует сам поисковый ток, протекающий к месту повреждения, что обеспечивает надежность его поиска, позволяет выявить элемент с поврежденной изоляцией до появления аварийного режима и позволяет устранить нарушение изоляции в плановый срок.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг. 1 - устройство контроля изоляции сети электроснабжения с изолированной нейтралью;

Фиг. 2 – схема управления.

Устройство контроля изоляции сети электроснабжения с изолированной нейтралью содержит: высоковольтные провода подключения 1 и 2, выключатель 3, схему 4 управления (фиг. 2), коммутационный переключатель 5, токоограничивающие конденсаторы 12, 13, 18, блоки сравнения напряжений 10 и 11, подключенные к фазам «А», «С», контакты 15 контактора 16 измерительной цепи, тумблер 23 включения контактора 16, тумблер 24 включения контактора 25 заземления с контактами 26, сигнальные лампы 6, 7, 8, 9, 17, 22, 29, выносную кнопку 14 включения контактора 16 измерительной цепи, амперметр 19, трансформатор тока 20, токовое реле 21, модулятор 28, защитные резисторы 30 и 32, ограничитель напряжения 31.

Параллельно контактам 26 контактора 25 заземления подключен диодный мост 27 с модулятором 28 тока. Устройство контроля выполнено с возможностью подключения фазы сети электроснабжения через коммутационный переключатель 5, токоограничивающий конденсатор 18, контакт 15 контактора 16 измерительной цепи и контакт 26 контактора 25 заземления к контуру заземления.

Мониторинг состояния изоляции и выявления ее скрытых дефектов в распределительной сети 6(10) кВ выполняется поочередно на первой и второй секции шин (СШ1, СШ2) подстанции. Рассмотрим на примере распределительной сети 6 кВ. Выбирается высоковольтная линия электропередачи с коммутационным аппаратом, который можно без потери электроснабжения отключить от сети (вывести в ремонт). Отключение от сети необходимо для безопасного подключения устройства контроля к системе электроснабжения в случае, если нет свободного коммутационного аппарата на секции подстанции. Возможно, и без коммутационного аппарата подключить устройство контроля, так как у него есть свой коммутационный аппарат.

К фазам «А» и «С» отключенной линии устройство контроля подключается высоковольтными проводами 1 и 2. Кроме того, устройство контроля подключается к контуру заземления. Кабель питания схемы управления 4 присоединяется к сети переменного тока 220 В. Затем включается коммутационный аппарат высоковольтной линии и на устройство контроля подается напряжение 6 кВ.

Первоначально переключатель 5 находится в среднем положении (положение «0»). В этом положении по уровню свечения сигнальных ламп 6-9 можно провести предварительную оценку состояния изоляции. Эта функция обеспечивается блоками 10, 11 сравнения напряжений, подключенными к проверяемым фазам через конденсаторы 12 и 13, которые выполняют роль делителей напряжения (напряжение на фазах «А» и «С» 6(10) кВ, в то время как схема измерения блоков 10 и 11 работает при низких напряжениях порядка 30-50 В).

Поскольку блоки 10, 11 сравнения напряжения подключены к контуру заземления подстанции, то в случае, если на какой-либо фазе произойдет пробой изоляции на землю, к блоку противоположной фазы будет приложено линейное напряжение, в результате чего этот блок включит аварийную сигнальную лампу:

– пробой на фазе «А» – блок 11 включит лампу 7 («ЛКС»);

– пробой на фазе «С» – блок 10 включит лампу 6 («ЛКА»);

– пробой на фазе «В» – блоки 10 и 11 включат лампы 6 и 7.

Если фазное напряжение обеих фаз «А» и «С» находится в нормальных пределах (3-4 кВ), блоки 10 и 11 сравнения напряжения включают сигнальные лампы 8 («ЛЗА») и 9 («ЛЗС»), что свидетельствует об отсутствии дефектов на линии.

Если в положении «0» нарушений не зафиксировано, устройство переводится в режим поиска скрытых дефектов изоляции, например пробоя и выгорания изоляции разрядника, кабельной муфты и т.п. В сети электроснабжения создают контролируемое нарушение изоляции, как описано ниже. Переключатель 5 переводится в положение «А». При помощи выносной кнопки 14 включается контактор 16 измерительной цепи, который замыкает нормально открытый контакт 15, при этом загорается сигнальная лампа 17 («ЛЗ»), что сигнализирует о включенном контакторе 16 измерительной цепи. Через конденсатор 18 и нормально замкнутые контакты 26 контактора 25 заземления в сети создается контролируемое искусственное нарушение изоляции с ограничением поискового тока в диапазоне 0,5-2 А.

При этом прямого замыкания на землю не происходит – ток ограничен конденсатором 18. Тем самым создается перенапряжение фаз «С» и «В» относительно фазы «А», подключенной к земле через конденсатор 18. Путем размыкания и повторного замыкания контактов 15 контактора 16 измерительной цепи (3-4 раза) при помощи кнопки 14 имитируется процесс, когда в сети появляются коммутационные перенапряжения (выключение/включение трансформаторов, кратковременный пробой фазной изоляции и др.).

В случае наличия повреждений изоляции на фазах «В» или «С» в системе возникает межфазный линейный ток промышленной частоты 50 Гц, отличный от емкостного. В случае пробоя на землю ток вырастет с емкостного значения 0,1-0,2 А до 0,5-2 А – величина поискового тока зависит от емкости системы электроснабжения. Величина поискового тока задается конденсатором 18 и выбирается исходя из следующего соображения: с одной стороны, этот ток при пробое твердой изоляции необходим для визуально подтверждения места дефекта, чтобы увидеть горение дуги; с другой стороны, необходимо ограничить объем разрушения оборудования в месте дефекта.

Наличие поискового тока можно наблюдать на амперметре 19, подключенном к контуру заземления через трансформатор тока 20. В случае появления в схеме аварийного тока срабатывает токовое реле 21 и загорается аварийная сигнальная лампа 22 («ЛК»). В случае пробоя на фазе «С» также загорается аварийная сигнальная лампа 6. В случае пробоя на фазе «В» загораются аварийные лампы 6 и 7.

При появлении аварийного тока выносная кнопка 14 отжимается и путем замыкания тумблера 23 «Контактор» включается контактор 16 измерительной цепи, замыкает контакты 15 на постоянной основе, загорается сигнальная лампа 17. Тумблером «Модулятор» 24 включается контактор 25 заземления, размыкает нормально замкнутый контакт 26 и через диодный мост 27 питание подается на модулятор 28, при этом загорается сигнальная лампа 29.

Модулятор 28 начинает формировать (модулировать) ток с частотой из диапазона 500-1500 Гц. Выбор частоты определяется отсутствием гармоник на этой частоте в электрической сети 50 Гц, например значение частоты может быть установлено 1024 Гц. Таким образом, формируют модулированный ток с ограничением его величины до места повреждения изоляции.

Поисковый ток протекает к месту нарушения изоляции и может быть обнаружен поисковыми приборами (приборы, применяемые для поиска трасс кабельных линий, повреждений на них с использованием поисковых генераторов. От генератора на жилы кабеля подаются сигналы с помощью поискового прибора отслеживается его трасса, например: Волна; Зонд; Сталкер 75-12; SEBA и т.д.). С помощью переносного прибора для поиска и локализации мест повреждений в системе электроснабжения определяется место повреждения изоляции на фазе «С» или «В».

Если в положении «А» нарушений не зафиксировано, переключатель 5 переводится в положение «С» и производятся действия, аналогичные поиску скрытых дефектов в положении «А».

Если аварийные лампы загорелись в положении переключателя «0», проводятся действия, описанные ниже.

Загорелась лампа 6 – имеется пробой на фазе «С» – переключатель 5 переводится в положение «А», выполняются действия по поиску скрытых дефектов в положении «А».

Загорелась лампа 7 – имеется пробой на фазе «А» – переключатель 5 переводится в положение «С», производятся действия, аналогичные поиску скрытых дефектов в положении А.

Загорелись лампы 6 и 7 – имеется пробой на фазе «В» – переключатель 5 переводится в положение «А» или «С», производятся действия, аналогичные поиску скрытых дефектов в положении «А».

В случае неполного нарушения изоляции (фазное напряжение около 4 кВ, пробоя на землю нет) в подключенной сети загораются следующие сигнальные лампы:

– нарушение на фазе «А» – загорается лампа 7, лампа 9 начинает часто мигать, лампа 8 – реже, лампа 6 не светится;

– нарушение на фазе «С» – загорается лампа 6, лампа 8 мигает чаще, лампа 9 – реже, лампа 7 не светится;

– нарушение на фазе «В» – загораются лампы 6 и 7, лампы 8 и 9 мигают чаще.

В случае неполного нарушения изоляции проводятся действия по поиску места повреждения, аналогичные пробою на землю.

Резистор 30 включен в схему в целях обеспечения безопасности и защищает модулятор от перенапряжения. Ту же функцию выполняет ограничитель напряжения 31, который срабатывает при превышении уровня по напряжению 800 В. Резистор 32 разряжает конденсатор 18 при отключении установки.

После завершения работы на 1СШ, аналогично производится мониторинг на СШ2.

Внедрение описанной методики с применением разработанного устройства позволит эффективно эксплуатировать распределительные сети, повысить надежность электроснабжения, выявлять скрытые нарушения изоляции в распределительных сетях 6(10) кВ без вывода электрооборудования в ремонт и предотвращать их развитие до момента возникновения аварийных ситуаций.

1. Устройство контроля изоляции сети электроснабжения с изолированной нейтралью, содержащее высоковольтные провода подключения, контактор измерительной цепи, контактор заземления, параллельно контактам которого подключен диодный мост с модулятором поискового тока, выполненное с возможностью подключения фазы сети электроснабжения через коммутационный переключатель, токоограничивающий конденсатор, контакт контактора измерительной цепи и контакт контактора заземления к контуру заземления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит блоки сравнения напряжений, подключенные к фазам.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к релейной защите высоковольтных линий электропередачи, которые работают в режиме с глухозаземленной нейтралью, в частности к распознаванию поврежденных фаз.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в кабельной промышленности для контроля и ремонта эмалевой изоляции проводов. Технический результат - увеличение точности обнаружения дефектных участков в изоляции провода и их протяженности с дальнейшим ремонтом, а также повышение эффективности ремонта.

Изобретение относится к области защиты подземных металлических сооружений от коррозии, вызванной блуждающими токами. Способ идентификации источника блуждающего тока заключается в следующем: отключают средства электрохимической защиты трубопровода и синхронно измеряют разности потенциалов «труба-земля» по меньшей мере в двух точках обследуемого участка трубопровода.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для локации дефектных гирлянд изоляторов на воздушных линиях электропередачи высокого напряжения.

Изобретение относится к области электротехники, а именно средствам обработки информации в электротехнике, и может быть использовано для определения места обрыва на воздушной линии электропередачи (ЛЭП).

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей и повышение достоверности способа локации повреждений.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для решения технической проблемы, касающейся определения мест повреждений разветвленной воздушной линии электропередачи (ЛЭП) в виде появления гололеда на проводах с точностью до участка ЛЭП.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для решения технической проблемы, касающейся определения мест повреждений разветвленной воздушной линии электропередачи (ЛЭП) в виде появления гололеда на проводах с точностью до участка ЛЭП.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к средствам обработки информации в электротехнике, и может быть использовано для определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи (ЛЭП).

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для диагностики состояния и пространственного положения следующих элементов: грозозащитного троса, силовых проводов, элементов конструкции опоры, подвесного зажима и анкерного крепежа грозозащитного троса, крепежа изоляторов, гирлянды изоляторов, гасителей вибрации и другого оборудования.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании устройств контроля и измерения сопротивления изоляции сетей переменного тока с изолированной нейтралью.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании и применении устройств и систем измерения сопротивлений изоляции в сетях постоянного тока с изолированной нейтралью, находящихся под напряжением.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании устройств контроля изоляции сетей постоянного оперативного тока. В сети постоянного тока периодически осуществляют тестовое воздействие путем подключения к полюсам высокоточного резистора, при этом измеряют величины напряжений на полюсах и дифференциальные токи присоединений сети до и после каждого тестового воздействия.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным системам контроля, и применяется при контроле сопротивления изоляции электрических цепей электро- и радиотехнических изделий, отключенных от источника питания.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения сопротивления изоляции электрических сетей переменного тока, находящихся под напряжением и изолированных от земли.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство содержит резистор, соединенный с нейтралью одним выводом, резистивный датчик тока, источник стабилизированного напряжения постоянного тока, шунтирующий конденсатор C1, RC-фильтр на 50 Гц, блок гальванической развязки, электронный делитель напряжения, дифференциальный усилитель, блок питания и блоки индикации и сигнализации.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство состоит из источника измерительного стабилизированного напряжения постоянного тока, фильтра RC, состоящего из последовательно соединенных резистора и конденсатора, одного диод, шунтирующего конденсатор С1, блока гальванической развязки, усилителя напряжения сигнала с регулируемым коэффициентом усиления, блока питания, электронного делителя напряжения, блока индикации и блока сигнализации.

Изобретение относится к технике электрических измерений. Устройство содержит источник испытательного напряжения (ИИН), эталонный резистор (ЭР), зарядный ключ (ЗК), испытуемый объект (ИО), разрядный ключ (РК), разрядный резистор (РР), выходные выводы, к которым подключают ИО, двухканальный цифровой измеритель с запоминающим устройством с двумя информационными (ЦИ) и двумя управляющими входами, устройство отображения информации (УОИ), генератор тактовых импульсов (ГТИ) и блок управления (БУ) с выходами «Пуск» и «Установка нуля».

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для измерения емкости между фазами и корпусом (или землей) в любых трехфазных электросетях, например в судовых.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите синхронных генераторов, и может быть использовано на электрических станциях для защиты синхронных генераторов от замыкания обмотки возбуждения на землю в одной точке, а также для контроля сопротивления изоляции.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к автоматизированным системам контроля, и применяется для контроля сопротивления изоляции шин питания гальванически развязанных источников постоянного тока относительно корпуса и между собой. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности определения значений сопротивления изоляции относительно корпуса, а также возможность контроля изоляции шин нескольких гальванически развязанных источников постоянного тока как относительно корпуса, так и между собой как в выключенном, так и во включенном состоянии. Способ измерения сопротивления изоляции в цепях постоянного тока основан на подключении к полюсам цепи постоянного тока цепи резисторов, состоящей из двух последовательно соединенных резисторов с одинаковой величиной сопротивления. В место соединения резисторов включается измерительная цепь из последовательно включенных источника измерительного напряжения и измерителя тока. Далее определяется эквивалентное сопротивление цепи резисторов. В измерительную цепь включают источник измерительного напряжения с одним значением напряжения, величина которого может быть равна нулю, затем с другим, отличным от нуля. Определяют значения измерительных токов для двух значений измерительных напряжений, вычисляют алгебраическую разность измерительных напряжений, делят ее на алгебраическую разность измеренных токов и из результата деления, взятого по модулю, вычитают значение эквивалентного сопротивления. Для измерения сопротивления изоляции между двумя гальванически развязанными источниками постоянного тока подключают между местами соединения двух цепочек резисторов с одинаковыми величинами сопротивлений, включенных между полюсами соответствующих источников постоянного тока, при этом вычитаемое эквивалентное сопротивление равно номинальному значению сопротивлений резисторов цепочек. Способ измерения сопротивления изоляции реализуется в устройстве, которое содержит цепочку из одинаковых резисторов, включенных последовательно, подключаемую к полюсам источника постоянного тока для измерения его сопротивления изоляции относительно корпуса, измерительную цепь, состоящую из последовательно включенных источника измерительного напряжения и датчика тока, а также коммутатора измерительного напряжения, имеющего вход управления, контроллера с аналоговым входом, подключенным к датчику тока, и выходом контроллера, имеющим электрическую связь с входом управления коммутатора измерительного напряжения. Дополнительно введены два коммутатора, каждый из которых имеет n+1 вход, один выход и вход управления, резистор, подключенный между n+1 входом первого коммутатора и n+1 входом второго коммутатора, устройство последовательного интерфейса. Кроме этого, введены n-1 дополнительных цепочек последовательно соединенных резисторов, измерительная цепь подключена между выходами введенных коммутаторов, а коммутатор измерительного напряжения своим выходом подключен параллельно источнику измерительного напряжения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля сопротивления изоляции многофазных разветвленных сетей переменного тока с изолированной нейтралью, находящихся под напряжением. Техническим результатом является осуществление избирательного контроля утечки или замыкания фазы на землю в разветвленной системе электроснабжения с изолированной нейтралью, выявление элемента с поврежденной изоляцией до появления аварийного режима. Устройство контроля изоляции сети электроснабжения с изолированной нейтралью содержит высоковольтные провода подключения, контактор измерительной цепи, контактор заземления. Параллельно контактам контактора заземления подключен диодный мост с модулятором поискового тока. При этом обеспечивается возможность подключения фазы сети электроснабжения через коммутационный переключатель, токоограничивающий конденсатор, контакт контактора измерительной цепи и контакт контактора заземления к контуру заземления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх