Способ определения сопротивления изоляции сети и сопротивлений изоляции присоединений сети переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 в

Авторы патента:

Галкин Игорь Александрович (RU)

Разумов Роман Вадимович (RU)

G01R27/18 - для измерения сопротивления на землю

Владельцы патента RU 2756380:

Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ЭКРА" (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании устройств контроля и измерения сопротивления изоляции сетей переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В. Техническим результатом является повышение надежности оборудования за счет уменьшения напряжения на входах трехфазного выпрямительного моста. Заявленный способ включает снижение напряжения с помощью двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора, обмотки которого соединены по схеме «звезда», подсоединение первичных обмоток к фазам сети переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В, а вторичных обмоток - к входам трехфазного выпрямительного моста, осуществляют гальваническое объединение сети переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В с входами трехфазного выпрямительного моста, путем подсоединения общего вывода первичных обмоток к общему выводу вторичных обмоток двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора. 4 ил.

Известен способ определения поврежденного фидера изолированных от земли силовых электрических сетей переменного тока 6-10-35 кВ (www.bresler.ru, ОФП «Бреслер-01071.081»), заключающегося в инжекции тока в контур нулевой последовательности. Определение поврежденного фидера происходит посредством четырех алгоритмов:

- по максимальному действующему значению основной гармоники сигнала тока;

- по направлению мощности сигнала тока;

- по сумме высших гармоник сигнала тока;

- по величине инжектируемых гармоник сигнала тока.

Чем больше критериев выбора поврежденного присоединения, тем сложнее выбрать правильный.

Недостатком известного аналога является то, что устройство, выполненное на основе данного способа малонадежно, так как в каждом конкретном случае требуется найти свой алгоритм определения поврежденного фидера, который не всегда ярко выражен.

Известен способ контроля состояния изоляции в трехфазной электрической сети (RU2478975C1, опубликовано 10.04.2013), которое основано на одновременном измерении напряжений трех фаз сети относительно земли на секции шин распределительного устройства и токов трех фаз в начале каждой отходящей от секции шин линий.

Недостатком данного способа является сложность его осуществления, заключающаяся в большом количестве элементов для выявления присоединений с замыканием на землю.

Известен способ контроля состояния изоляции фидеров трехфазной сети переменного тока с изолированной нейтралью (RU2400764С1, опубликовано 27.09.2010), которое определяет угол сдвига фазы между током и напряжением нулевой последовательности, где текущую величину сопротивления изоляции каждого контролируемого фидера рассчитывают по зависимости

где R – сопротивление изоляции фидера;

– напряжение нулевой последовательности в В;

– ток нулевой последовательности в мА;

φ – угол сдвига фазы между током и напряжением нулевой последовательности.

Недостатком данного способа является сложность его реализации, обусловленная тем, что необходимо определить не только ток и напряжение нулевой последовательности, но и угол сдвига фаз между ними.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ определения сопротивления изоляции сети и сопротивлений изоляции присоединений сети переменного тока с изолированной нейтралью (RU2614187C1, опубликовано 23.03.2017).

Данный способ определения сопротивления изоляции сети переменного тока с изолированной нейтралью и сопротивлений изоляции присоединений сети переменного тока с изолированной нейтралью заключающийся в том, что измеряют средние значения напряжения между положительным и отрицательным полюсами трехфазного выпрямительного моста, собранного на полупроводниковых диодах по схеме Ларионова и подключенного к фазам сети переменного тока, а также между положительным и отрицательным полюсами трехфазного выпрямительного моста и «землей», производят выравнивание напряжений на фазах сети путем включения параллельно полюсам трехфазного выпрямительного моста двух последовательно соединенных первого и второго резистора, общая точка которых соединена с «землей», одновременно измеряют среднее значение тока через провод, соединяющий общую точку первого и второго резистора с «землей», измеряют средние значения дифференциальных токов, протекающих по присоединениям сети с помощью датчиков дифференциальных токов для измерений средних значений токов, после подключения сначала к одному из полюсов трехфазного выпрямительного моста третьего резистора, один из выводов которого подсоединен к общей точке первого и второго резистора, а потом к другому полюсу трехфазного выпрямительного моста четвертого резистора, один из выводов которого подсоединен к общей точке первого и второго резистора, а значения сопротивлений изоляции всей сети в целом и сопротивления изоляции присоединений определяют из выражений:

где – полное сопротивление изоляции i- го присоединения;

R – полное сопротивление изоляции всей сети;

– среднее значение напряжения на положительном полюсе выпрямительного моста относительно «земли» при подключении к нему третьего резистора;

– среднее значение напряжения на отрицательном полюсе выпрямительного моста относительно «земли» при подключении к нему четвертого резистора;

U – среднее значение напряжения между положительным и отрицательным полюсами выпрямительного моста;

– среднее значение дифференциального тока i-го присоединения, вызванного подключением к положительному полюсу выпрямительного моста третьего резистора;

– среднее значение дифференциального тока i-го присоединения, вызванного подключением к отрицательному полюсу выпрямительного моста четвертого резистора;

– среднее значение тока через провод, соединяющий общую точку первого и второго резистора с «землей», при подключении к положительному полюсу выпрямительного моста третьего резистора;

– средний ток через провод, соединяющий общую точку первого и второго резистора с «землей», при подключении к отрицательному полюсу выпрямительного моста четвертого резистора.

Недостатком прототипа является то, что при измерении сопротивления изоляции в сети переменного тока более 1000 В данным способом возникают значительные трудности, связанные с гальванической изоляцией элементов выпрямительного моста, соединенных с сетью переменного тока более 1000 В, от корпуса устройства («земли»). Кроме этого, при данном способе, устройства измерения напряжений, токов, а также ключи и диоды должны быть высоковольтными, что усложняет выполнение измерений.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего устранить недостатки известного способа.

Техническим результатом является повышение безопасности измерения за счет уменьшения напряжения на входах трехфазного выпрямительного моста, а также на диодах, резисторах и управляемых ключах, возникающих при измерении напряжений и токов, в конечном итоге в определении сопротивлении изоляции сети и присоединений напряжением 6-10-35 кВ.

Технический результат достигается тем, что в способе определения сопротивления изоляции сети переменного с изолированной нейтралью и сопротивлений изоляции присоединений сети переменного тока с изолированной нейтралью, при котором измеряют средние значения напряжения между положительным и отрицательным полюсами трехфазного выпрямительного моста, собранного на полупроводниковых диодах по схеме Ларионова, а также между положительным и отрицательным полюсами трехфазного выпрямительного моста и «землей», производят выравнивание напряжений на фазах сети путем включения параллельно полюсам трехфазного выпрямительного моста двух последовательно соединенных первого и второго резистора, общая точка которых соединена с «землей», одновременно измеряют среднее значение тока через провод, соединяющий общую точку первого и второго резистора с «землей», измеряют средние значения дифференциальных токов, протекающих по присоединениям сети с помощью датчиков дифференциальных токов для измерений средних значений токов, после подключения сначала к одному из полюсов трехфазного выпрямительного моста третьего резистора, один из выводов которого подсоединен к общей точке первого и второго резистора, а потом к другому полюсу трехфазного выпрямительного моста четвертого резистора, один из выводов которого подсоединен к общей точке первого и второго резистора, а значения сопротивлений изоляции всей сети в целом и сопротивления изоляции присоединений определяют из выражений:

где – полное сопротивление изоляции i-го присоединения;

R – полное сопротивление изоляции всей сети;

– среднее значение напряжения на положительном полюсе трехфазного выпрямительного моста относительно «земли» при подключении к нему третьего резистора;

– среднее значение напряжения на отрицательном полюсе трехфазного выпрямительного моста относительно «земли» при подключении к нему четвертого резистора;

U – среднее значение напряжения между положительным и отрицательным полюсами трехфазного выпрямительного моста;

– среднее значение дифференциального тока i-го присоединения, вызванного подключением к положительному полюсу трехфазного выпрямительного моста третьего резистора;

– среднее значение дифференциального тока i-го присоединения, вызванного подключением к отрицательному полюсу трехфазного выпрямительного моста четвертого резистора;

– среднее значение тока через провод, соединяющий общую точку первого и второго резистора с «землей» при подключении к положительному полюсу трехфазного выпрямительного моста третьего резистора;

I – средний ток через провод, соединяющий общую точку первого и второго резистора с «землей» при подключении к отрицательному полюсу трехфазного выпрямительного моста четвертого резистора.

Снижают напряжение на входах трехфазного выпрямительного моста путем подключения его входов к выходам вторичных обмоток двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора, входы первичных обмоток двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора подсоединяют к фазам сети переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В, причем первичные и вторичные обмотки двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора соединены по схеме «звезда», одновременно производят гальваническое объединение сети переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В с входами трехфазного выпрямительного моста, путем подсоединения общего вывода первичных обмоток к общему выводу вторичных обмоток двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора.

Сущность изобретения поясняется схемой, приведенной на фиг. 1, и осциллограммами на фиг. 2 - 4.

На фиг. 1 изображены сеть переменного тока с изолированной нейтралью напряжением более 1000 В - 1, сопротивление 15 и емкость 29 фазы А, сопротивление 14 и емкость 28 изоляции фазы В и сопротивление 13 и емкость 27 изоляции фазы С относительно «земли», трехфазный выпрямительный мост 2, выполненный по схеме Ларионова, двух первых последовательно соединенных резисторов 3 и 4, подсоединенных к полюсам трехфазного выпрямительного моста 2, миллиамперметра 5, подсоединенного между общей точкой резисторов 3, 4 и «землей», двух вторых резисторов 7 и 8, соединенных с полюсами трехфазного выпрямительного моста 2 с помощью управляемых ключей 9 и 10, вольтметра 11 для измерения напряжения между полюсами трехфазного выпрямительного моста 2, вольтметра 12 для измерения напряжения между положительным полюсом трехфазного выпрямительного моста 2 и «землей», вольтметра 6 для измерения напряжения между отрицательным полюсом трехфазного выпрямительного моста 2 и «землей», датчиков дифференциальных токов 18, 19 для измерения средних значений дифференциальных токов, протекающих по присоединениям 16 и 17, нагрузки присоединений 23 и 24, сопротивлений 25 фазы А, 30 фазы В и 32 фазы С изоляций присоединения 16 и сопротивлений 26 фазы А, 31 фазы В и 33 фазы С изоляций присоединения 17, двухобмоточный понижающий трехфазный трансформатор 20, первичные обмотки 21 и вторичные обмотки 22, которого соединены по схеме «звезда». Входы первичных обмоток 21 подсоединены к фазам сети переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В, а выходы вторичных обмоток 22 подсоединены к входам трехфазного выпрямительного моста 2, причем общий вывод первичных обмоток 21 подсоединен к общему выводу вторичных обмоток 22.

С помощью заявляемого способа измеряют средние значения напряжения между положительным и отрицательным полюсами трехфазного выпрямительного моста с помощью вольтметра 11. Измеряют средние значения напряжений между «землей» и положительным полюсом трехфазного выпрямительного моста с помощью вольтметра 12, а также измеряют среднее значение тока в проводе, соединяющем общую точку резисторов 3, 4, 7, 8 и «землю», с помощью миллиамперметра 5, измеряют средние значения дифференциальных токов с помощью датчиков дифференциальных токов 18, 19 (например, датчики дифференциальных токов типа ДДТ производства ООО НПП «ЭКРА») для измерения средних значений токов, протекающих по присоединениям сети 16 и 17 после подключения к положительному полюсу трехфазного выпрямительного моста 2 резистора 8. Измеряют средние значения напряжения между «землей» и отрицательным полюсом трехфазного выпрямительного моста 2 с помощью вольтметра 6, а также измеряют средние значение тока миллиамперметром 5, измеряют средние значения дифференциальных токов с помощью датчиков дифференциальных токов 18, 19 для измерений средних значений токов, протекающих по присоединениям сети 16 и 17 после подключения к отрицательному полюсу трехфазного выпрямительного моста 2 резистора 7.

На фиг. 2 представлена осциллограмма напряжения на положительном выводе трехфазного выпрямительного моста 2 относительно «земли» при последовательном замыкании и размыкании сначала управляемого ключа 9, а затем управляемого ключа 10. Видно, что за цикл измерений напряжение на полюсе изменяется в зависимости от положения управляемых ключей 9 и 10.

На фиг. 3 и 4 представлены осциллограммы напряжения на выводе вторичной обмотки 22 двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора 20, фазы A, при величине сопротивлений резистора 15 соответственно 10 кОм и 1 кОм, при хорошей изоляции на остальных фазах.

Видно, что средние значения напряжения за цикл измерений при замыкании и размыкании управляемых ключей 9 и 10 отличаются от нулевых значений, а также при значительном снижении сопротивления изоляции изменяется форма кривой напряжения.

Заявляемый способ успешно прошел испытания в условиях полигона ООО НПП «ЭКРА». Для проверки способа применялись двухобмоточный понижающий трехфазный трансформатор 20 (например, НАМИТ -10), устройство контроля изоляции в сети переменного тока напряжением до 1000В «ЭКРА-СКИ-АС», изготовленное по способу определения сопротивления изоляции сети и сопротивлений изоляции присоединений сети переменного тока с изолированной нейтралью (RU2614187C1), датчики дифференциальных токов 18, 19 (например, датчики типа ДДТ-25 производства ООО НПП «ЭКРА»). Заявляемый способ позволил определить сопротивления изоляции сети переменного тока с изолированной нейтралью и сопротивлений изоляции присоединений сети переменного тока с изолированной нейтралью напряжением более 1000 В.

В таблицах 1 и 2 приведены значения, измеренные с помощью заявляемого способа значения сопротивлений изоляции сети и присоединения сети переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В при различных величинах, подключенных к фазам сети резисторов 13, 14, 15 относительно «земли».

Таблица 1

Показания «ЭКРА-СКИ-АС», о сопротивлении изоляции всей сети, кОм	Величина сопротивления резистора 15, подключенного к фазе А, кОм	Величина сопротивления резистора 14, подключенного к фазе В, кОм	Величина сопротивления резистора 13, подключенного к фазе С, кОм
90-110	100	> 1000	> 1000
45-55	100	100	> 1000
30-35	100	100	100

Таблица 2

Показание «ЭКРА-СКИ-АС», о сопротивлении изоляции присоединения 16, кОм	Величина сопротивления резистора 25, подключенного к фазе А, кОм	Величина сопротивления резистора 30, подключенного к фазе В, кОм	Величина сопротивления резистора 32, подключенного к фазе С, кОм
90-110	100	> 1000	> 1000
45-55	100	100	> 1000
30-35	100	100	100

Способ определения сопротивления изоляции сети переменного тока с изолированной нейтралью и сопротивлений изоляции присоединений сети переменного тока с изолированной нейтралью, согласно которому измеряют средние значения напряжения между положительным и отрицательным полюсами трехфазного выпрямительного моста, собранного на полупроводниковых диодах по схеме Ларионова, а также между положительным и отрицательным полюсами трехфазного выпрямительного моста и «землей», производят выравнивание напряжений на фазах сети путем включения параллельно полюсам трехфазного выпрямительного моста двух последовательно соединенных первого и второго резисторов, общая точка которых соединена с «землей», одновременно измеряют среднее значение тока через провод, соединяющий общую точку первого и второго резисторов с «землей», измеряют средние значения дифференциальных токов, протекающих по присоединениям сети, с помощью датчиков дифференциальных токов для измерений средних значений токов, после подключения сначала к одному из полюсов трехфазного выпрямительного моста третьего резистора, один из выводов которого подсоединен к общей точке первого и второго резисторов, а потом к другому полюсу трехфазного выпрямительного моста четвертого резистора, один из выводов которого подсоединен к общей точке первого и второго резисторов, а значения сопротивлений изоляции всей сети в целом и сопротивления изоляции присоединений определяют из выражений:

где – полное сопротивление изоляции i-го присоединения;

R – полное сопротивление изоляции всей сети;

I – средний ток через провод, соединяющий общую точку первого и второго резисторов с «землей» при подключении к отрицательному полюсу трехфазного выпрямительного моста четвертого резистора,

отличающийся тем, что снижают напряжение на входах трехфазного выпрямительного моста путем подключения входов трехфазного выпрямительного моста к выходам вторичных обмоток двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора, а входы первичных обмоток двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора подсоединяют к фазам сети переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В, причем первичные и вторичные обмотки двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора соединяют по схеме «звезда», одновременно производят гальваническое объединение сети переменного тока с изолированной нейтралью более 1000 В с входами трехфазного выпрямительного моста путем подсоединения общего вывода первичных обмоток к общему выводу вторичных обмоток двухобмоточного понижающего трехфазного трансформатора.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике транспортных средств с системой питания на постоянном токе. Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерений сопротивления изоляции сети постоянного тока, повышении электробезопасности эксплуатации и повышении помехозащищенности.

Способ контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети с изолированной нейтралью // 2747909

Изобретение относится к электроизмерительной технике и релейной защите и предназначено для повышения безопасности в электрических сетях переменного, постоянного и двойного рода тока с изолированной нейтралью. Сущность: способ основан на измерении тока утечки от вспомогательного источника тестового напряжения в форме периодической последовательности импульсов вида где U1, U2 - постоянные напряжения, U1>U2; τ - временной интервал, Т - период следования импульсов тестового напряжения, .

Устройство автоматического контроля сопротивления изоляции сети питания постоянного тока // 2747043

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике транспортных средств с электрической тягой на постоянном токе. Технический результат: повышение точности измерений сопротивлений изоляции шин сети постоянного тока, повышение электробезопасности эксплуатации и повышение помехозащищенности.

Система контроля сопротивления изоляции электрических сетей с глухозаземленной нейтралью // 2737349

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для эксплуатационного пофидерного контроля сопротивления изоляции кабельных линий под рабочим напряжением в трехфазных сетях с глухозаземленной нейтралью. Технический результат - повышение надежности, достоверности, оперативности и точности контроля.

Способ контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети // 2732790

Изобретение относится к электроизмерительной технике и релейной защите систем электроснабжения и позволяет повысить быстродействие измерения сопротивления изоляции и надежность защиты электрической сети. Способ основан на измерении тока утечки от вспомогательного источника тестового напряжения в форме периодической последовательности импульсов вида где U1, U2 - постоянные напряжения, U1>U2, τ - временной интервал, T - период следования импульсов тестового напряжения, ; измерении тока утечки I1 в интервале времени и тока утечки I2 в интервале Т-T0<t≤Т, где T0 - период напряжения питающей сети, , путем усреднения падения напряжения на измерительном сопротивлении за период питающей сети вычисления сопротивления изоляции по формуле где rт - внутреннее сопротивление источника, сравнения полученного значения с уставкой R0.

Устройство для контроля качества электрической изоляции // 2730535

Изобретение относится к технике электрических измерений. Сущность: устройство содержит источник испытательного напряжения, эталонный резистор, зарядный ключ, испытуемый объект, разрядный ключ, разрядный резистор, двухканальный цифровой измеритель с запоминающим устройством, устройство отображения информации, генератор тактовых импульсов, блок управления с выходами «Заряд», «Разряд», «Пуск» и «Установка нуля», два масштабных преобразователя, органы управления цифровым измерителем, размыкающий блок-контакт и замыкающий блок-контакт зарядного ключа, замыкающий блок-контакт разрядного ключа, дифференцирующий элемент, два пиковых детектора, нуль-компаратор, световой индикатор, счетчик времени, два блока умножения напряжений, два цифровых индикатора, блок деления напряжений.

Способ контроля сопротивления изоляции в электрической сети с изолированной нейтралью // 2725898

Изобретение относится к электроизмерительной технике и релейной защите систем электроснабжения и позволяет повысить быстродействие измерения сопротивления изоляции и надежность защиты. Технический результат изобретения заключается в повышении быстродействия и надежности контроля электрического сопротивления изоляции и защиты электрической сети.

Способ и устройство контроля для выборочного определения емкости утечки подсистемы в незаземленной системе электропитания // 2699948

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, в частности к контролю систем электропитания. Предложены способ и устройство (10) контроля для выборочного определения емкости (Се) утечки подсистемы в незаземленной системе (2) электропитания, которая состоит из основной системы (4) и по меньшей мере одной подсистемы (6).

Устройство для измерения сопротивления изоляции // 2698505

Изобретение относится к области измерения электрических величин, а именно к электроизмерительной технике, и может быть использовано для измерения сопротивления изоляции кабелей, конденсаторов и других объектов. Устройство для измерения сопротивления изоляции содержит источник опорного напряжения, к которому подключен один вывод измеряемого сопротивления изоляции, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя.

Способ измерения сопротивления изоляционного покрытия трубопровода // 2697009

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для оценки сопротивления изоляционного покрытия подземных трубопроводов в процессе их электрометрического обследования. Для уменьшения продолжительности и трудоемкости трассовых работ при определении технического состояния изоляционного покрытия трубопровода предлагается в способе измерения сопротивления изоляционного покрытия трубопровода, основанном на измерении поляризационного потенциала трубопровода, измерение сопротивления изоляционного покрытия осуществить, отключив станции катодной защиты, подключив к двум входам устройства измерения первое разрядное сопротивление (R1), и через заданное время разряда трубопровода (t) фиксируют измеренный поляризационный потенциал (U1).

Способ контроля сопротивления изоляции в электрической сети двойного рода тока // 2757068

Изобретение относится к электроизмерительной технике и релейной защите. Техническим результатом является повышение безопасности в электрических сетях двойного рода тока с изолированной нейтралью. Способ заключается в измерении тока утечки от вспомогательного источника тестового напряжения в виде периодической последовательности импульсов, тестовое напряжение подключают через звезду резисторов к фазам контролируемой сети, измеряют ток утечки путем измерения падения напряжения u(t) на измерительном сопротивлении, включенном последовательно с источником тестового напряжения, формируют задержанный по отношению к падению напряжения на измерительном сопротивлении на интервал Т/2 сигнал, вычитают задержанный сигнал из падения напряжения на измерительном сопротивлении, преобразуют полученный при этом сигнал uи(t) путем коррекции в сигнал uк(t), вычисляют скользящее среднее значение сигнала uк(t) на интервале, равном периоду Тc напряжения контролируемой сети, вычисляют сопротивление изоляции. 7 ил.