Правильная эксплуатация электроустановок немыслима без периодического, а чаще непрерывного контроля изоляции отдельных элементов распределительных устройств и линий электроустановок.
Согласно [55] он предусматривается: а) в установках на напряжение выше 1 кВ при малых токах замыкания на землю, б) в установках на напряжение до 1 кВ при изолированной нейтрали, в) в электроустановках постоянного тока с изолированной средней точкой.
Учитывая особую ответственность цепей управления, следует считать необходимым непрерывный контроль изоляции цепей оперативного тока, а у синхронных машин большой мощности (турбо- и гидрогенераторов, синхронных компенсаторов) контроль изоляции обмоток ротора машин. Контроль изоляции может выполняться как с помощью показывающих измерительных приборов, так и соответствующих реле, световой и звуковой сигнализации.
В ответственных цепях сетей на напряжение до 1 кВ и в сетях постоянного тока (цепи управления РУ электрических станций) контроль изоляции должен позволять оценивать сопротивление изоляции, а в необходимых случаях обеспечивать светозвуковую сигнализацию, действующую при снижении уровня изоляции за установленный допустимый.
Простейшее устройство контроля изоляции в установках постоянного тока работает по схеме с двумя вольтметрами, подключенными между полюсами постоянного тока и землей (рис. 8-44), или по схеме с одним вольтметром, но с переключателями (рис. 8-45).
Рис. 8-45. Схема контроля изоляции с одним вольтметром
При нормальном состоянии изоляции показания каждого из вольтметров равны половине напряжения между полюсами, а при неравенстве утечек (неодинаковое качество изоляции положительного и отрицательного полюсов) один из вольтметров будет показывать напряжение, меньшее половинного, другой — большее; при глухом заземлении одного из полюсов вольтметр, подключенный к нему, покажет нуль, а другой — полное напряжение.
Устройства с двумя вольтметрами просты, но имеют следующие существенные недостатки.
Рис. 8-44. Схема контроля изоляции с двумя вольтметрами (rут+ — сопротивление утечки положительного полюса; rут- — сопротивление утечки отрицательного полюса)
Они не позволяют в любой момент времени оценить (измерить) сопротивление изоляции относительно земли, не обеспечивают действия сигнализации о снижении уровня изоляции.
Б. Зачастую они не препятствуют ложной работе реле защиты при замыкании на землю в оперативной цепи, как это явствует из рис. 8-46 (при замыкании на землю в точке 1 образуется ложная цепь, показанная на рис. 8-46 стрелками).
Для контроля изоляции здесь требуются приборы с высоким электрическим сопротивлением обмоток и в то же время с достаточно высокой чувствительностью. При недостаточно высоком сопротивлении вольтметров и большом сопротивлении промежуточного реле РП последнее сработает без импульса от реле защиты РТ и вызовет ложное обтекание током катушки отключения КО. Поэтому и нужны высокие сопротивления обмоток вольтметров; кстати при низких сопротивлениях обмоток сами вольтметры будут служить источником снижения изоляции сети.
Для контроля изоляции цепей оперативного тока в ответственных установках применяются схемы, позволяющие оценивать сопротивление изоляции и обеспечивать надлежащую сигнализацию. Одна из подобного рола схем контроля изоляции (ОРГРЭС) представлена на рис. 8-47.
На рис. 8-47 пакетный переключатель показан в положении для сигнализации. Поворот переключателя на 45 или 90° дает возможность измерить сопротивление изоляции каждого из полюсов. В этой схеме применено реле кодового или телефонного
Рис. 8-46. Возникновение ложной цепи
1 — аварийное замыкание; 2 — сопротивление утечки
Рис. 8-47. Схема контроля изоляции ОРГРЭС
1, 2, 3, 4 — контакты пакетного переключателя КФ; 5 — реле; 6 — омметр
типа с большим сопротивлением обмоток и малым током трогания.
Сопротивления rl, г2, гЗ одинаковы, по 1000 Ом каждое, причем одно из них (г2) выполнено в виде потенциометра. Омметром служит высокоомный магнитоэлектрический вольтметр с двусторонней шкалой, проградуированной в килоомах или в мегомах (рис. 8-48).
На рис. 8-48, поясняющем схему рис. 8-47, видно, что при одинаковом сопротивлении изоляции полюсов точки О и 00 имеют одинаковый потенциал и сигнальное реле не срабатывает. При ухудшении изоляции одного из полюсов потенциалы в точках О и 00 перестают быть равными друг другу и через реле протекает ток, а при резком ухудшении изоляции этот ток станет достаточным для срабатывания реле сигнализации.
Омметр присоединяется одним концом к земле, а другим к потенциометру, имеющему сопротивление г2 при нормальном состоянии изоляции к его средней точке.
Прибор можно проградуировать в омах или килоомах, пользуясь формулой
(8-1)
где RB — сопротивление вольтметра; U — напряжение оперативного тока; Ua — напряжение на зажимах вольтметра; иначе
т. е. сопротивление изоляции всей системы постоянного оперативного тока Raз равно сопротивлению параллельного соединения утечек обоих полюсов.
При измерении сопротивления изоляции сети относительно земли устройство используется как мостик сопротивлений.
Предварительно находят такое положение переключателя и движка потенциометра с сопротивлением г2, при котором стрелка на шкале прибора будет стоять против нуля. Затем переводят переключатель в другое положение и находят Ras.
Рис. 8-48. Поясняющая схема к рис. 8-47
Рис. 8-49. Определение положения движка потенциометра
Заземление обмоток возбуждения на корпус машины хотя и не представляет непосредственной опасности для ротора машины, тем не менее должно быть обнаружено вовремя, так как всякое замыкание на землю в другой точке той же обмотки грозит аварийными последствиями: сильной вибрацией ротора из-за несимметрии магнитных потоков, опасностью повреждения дугой стали ротора и, наконец, недопустимым нагревом обмотки ротора. Простейшей схемой для обнаружения замыкания на землю в одной точке могла бы быть схема (рис. 8-51) с высокочувствительным реле и автоматическим переключением обмотки реле с одного полюса на другой.
Более совершенной была бы схема (рис. 8-52) со вспомогательным источником переменного тока и конденсатором.
Принципиальным недостатком схемы, приведенной на рис. 8-52, является ограничение ее чувствительности емкостью цепей возбуждения по отношению к земле, что делает такую схему малопригодной для мощных турбо- и гидрогенераторов. Поэтому разработаны специальные схемы сигнализации о замыкании на землю обмотки ротора в одной точке, в которых также используется вспомогательный источник переменного тока и конденсатор. Об этой схеме и специальной защите от замыкания на землю во второй точке цепи возбуждения см. работы [65 и 56 ].
Контроль изоляций сети переменного тока в сетях с глухозаземленной нейтралью не предусматривается, так как в таких сетях замыкание на землю одной из фаз является однофазным коротким замыканием, которое немедленно автоматически отключается.
В сетях низкого напряжения с изолированной нейтралью простейшей схемой контроля изоляции является схема с вольтметрами (рис. 8-53).
В нормальных условиях работы вольтметры будут показывать фазные напряжения, при металлическом замыкании на землю одной из фаз вольтметр, включенный на поврежденную фазу, покажет нуль, а другие вольтметры — линейное напряжение.
В сетях высокого напряжения вольтметры контроля изоляции включаются через трансформаторы напряжения.
Рис. 8-52. Схема контроля изоляции обмотки ротора генератора со вспомогательным источником переменного тока (U)
По соображениям, изложенным в гл. 6, для присоединения вольтметров контроля изоляции должны применяться лишь трехфазные четырех- или пятистержневые трансформаторы или комплект из трех однофазных трансформаторов напряжения; при этом обмотка высшего напряжения соединяется в звезду с заземлением нулевой точки.
Рис. 8-51. Схема контроля изоляции обмотки ротора генератора ОР — обмотка ротора
Рис, 8-53, Схемы контроля изоляции сети переменного тока:
а - с тремя вольтметрами; б - с одним вольтметром
Рис. 8-54. Схема контроля изоляции сети переменного тока с тремя однофазными трансформаторами напряжения Р — разъединитель
При использовании трансформатора напряжения как для контроля изоляции, так и для измерительных приборов он должен иметь две вторичные обмотки: соединенную звездой (с фазным напряжением 100/v3 В) и обмотку для контроля изоляции с соединением в открытый треугольник, с фазным напряжением 100/3 В (рис, 8-54, 8-55).
Рис. 8-55. Схема контроля изоляции сети переменного тока с одним трехфазным четырех- или пятистержневым трансформатором напряжения
Н — реле напряжения; Р — разъединитель
