5. ОБНАРУЖЕНИЕ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЙ ИЗОЛЯЦИИ В СЕТЯХ ДО 1 кВ
Основными способами отыскания мест повреждения изоляции в сетях до 1 кВ с изолированной нейтралью является поочередное отключение питающих линий на подстанции и наложение на сеть тока повышенной частоты.
Отключение линий вызывает простой оборудования. Часто на заводах имеются линии, которые вообще нельзя отключать. Этим способом невозможно найти поврежденный участок, если питание его осуществляется параллельными линиями или ухудшение изоляции произошло в нескольких местах сети на одной фазе. Кроме того, на поиск повреждения уходит много времени и найти поврежденную линию при непродолжительных замыканиях на землю также не удается.
Способ наложения на сеть тока повышенной частоты использован в устройстве для отыскания повреждений изоляции в сетях с изолированной нейтралью, разработанном Союзхимпромэнерго. В этом устройстве (рис. 18) в сеть подается напряжение от генератора звуковой частоты 0,8—1,2 кГц. Поврежденную линию отыскивают специальными электроизмерительными клещами, чувствительными только к токам частотой 1 кГц. Они изготовлены на базе электроизмерительных клещей типа Ц-30.
Рис. 18. Схема прибора Союзхимпромэнерго для отыскания участка сети с поврежденной изоляцией
От клещей Ц-30 использованы корпус, трансформатор тока 77, микроамперметр РА и диоды VI и V2. Промежуточный трансформатор Т2 является важнейшей частью прибора. Он выполняется на альсиферовом кольцевом магнитопроводе марки ТЧК-55П диаметром 36 мм, высотой 7,5 мм с магнитной проницаемостью 50—60.
На магнитопровод Т2 намотаны две обмотки по 1000 витков проводом ПЭЛ-0,12. Для уменьшения паразитных связей между обмотками каждая из них наматывается на половине магнитопровода? Трансформатор Т2 на альсиферовом магнитопроводе тщательно экранирован и благодаря низкой магнитной проницаемости плохо трансформирует токи частотой 50 Гц и сравнительно хорошо — токи частотой 1 кГц. Поэтому прибор почти не реагирует на токи нагрузки в линии.
Для увеличения чувствительности прибора к частоте 1-кГц параллельно обмоткам трансформаторов 77 и Т2 подключен конденсатор С1 емкостью 0,02 мкФ. Обмотки трансформаторов 77 и Т2 и конденсатор С1 образуют колебательный контур, настроенный на резонансную частоту 1 кГц. Колебательный контур преграждает доступ составляющей напряжения частотой 50 Гц на вход полупроводникового усилителя.
Необходимую чувствительность прибора обеспечивает трехкаскадный усилитель на транзисторах с коэффициентом усиления — 4000—6000. Источником питания усилителя является сухой элемент типа ФБС напряжением 1,4 В. Это важно в целях экономии места. Регулятор чувствительности позволяет установить наиболее выгодный режим работы усилителя при разных уровнях сигнала. Транзисторы значительно хуже работают на частотах ниже 100 Гц, поэтому после усилителя еще больше ослабляется сигнал промышленной частоты.
Трансформатор Т2, усилитель и элемент питания размещаются в корпусе электроизмерительных клещей. Трансформатор Т2 находится под микроамперметром на месте переключателя пределов измерення. В отверстие сердечника трансформатора Т2 вставляется регулятор чувствительности — регулируемый резистор R1 СГ 10-05, при этом шток регулируемого резистора выходит в отверстие верхней крышки. Элемент ФБС располагается рядом с трансформатором Т2. Полупроводниковый усилитель смонтирован в рукоятке клещей на текстолитовой планке толщиной 2—3 мм. В ней сверлят отверстия для транзисторов и устанавливают контактные лепестки, что обеспечивает легкую замену любой детали. На этой же планке находится кнопочный выключатель, шток которого выведен через отверстие на верхнюю крышку прибора. Для включения головных телефонов в торце рукоятки имеются гнезда.
Поиск участка с пониженной изоляцией начинают от подстанции. Генератор звуковой частоты С (рис. 19) подключают к земле и шинам подстанции через искусственную нейтральную точку, собранную с помощью трех бумажных конденсаторов (каждый емкостью 5— 10 мкФ). Номинальное напряжение конденсаторов 400 В для сетей 220 и 600 В для сетей 380 В. Конденсатор имеет малое сопротивление для тока частотой 1 кГц и большое для тока частотой 50 Гц. Если при работающем генераторе в сети произойдет однофазное замыкание на землю, то генератор при такой схеме включения и указанной емкости конденсатора не выйдет из строя, так как конденсатор ограничит ток частотой 50 Гц. При однофазном замыкании на землю можно включить генератор через один конденсатор между поврежденной фазой и землей. Генератор должен иметь мощность не менее 15 Вт. Такие генераторы имеются на многих предприятиях для отыскания трасс кабелей.
Максимальный ток генератора 2—4 А устанавливается на месте. Этот ток протекает через конденсатор, шины подстанции, соответствующую фазу линии к цеховой сборке и к месту повреждения изоляции. От места повреждения изоляции к генератору он проходит через землю. На рис. 19 путь тока замыкания на землю показан пунктиром.
Рис. 19. Схема устройства отыскания мест повреждения изоляции сети
Включив G, электроизмерительными клещами поочередно охватывают находящиеся под напряжением линии (кабель) подстанции. Каждую фазу проверяют отдельно. Для линий с хорошей изоляцией контур цепи тока генератора не замкнут и клещи ничего не покажут (положение /). Когда клещами будет охвачена фаза линии с пониженной изоляцией, для которой замкнут контур тока с частотой 1 кГц (положение//), стрелка прибора отклонится и в наушниках появится звук.
Обнаружив поврежденную линию на подстанции, - можно пройти с клещами в цех, который питается этой линией. Генератор остается включенным на подстанции. Если в цехе проложено несколько кабелей, то, охватывая их поочередно, можно найти и определить соответствующую силовую сборку. На силовой сборке повторяются те же операции, что и на подстанции. При снижении изоляции непосредственно у электродвигателя, например в магнитном пускателе, на одном из присоединений стрелка прибора отклонится и таким образом будет найден поврежденный участок в цехе (положение III). Нарушение изоляции может произойти в нескольких точках сети. В этом случае на подстанции прибор покажет отклонения на нескольких линиях.
Описанный способ позволяет быстро и точно находить поврежденный участок сети без снятия напряжения. Можно найти замыкания на землю с большими переходными сопротивлениями (до нескольких сотен Ом).
В Союзхимпромэнерго нашло также применение автоматическое устройство, которое позволяет непрерывно контролировать состояние изоляции сети с изолированной нейтралью, автоматически без снятия напряжения и отключения электроприемников отыскивать линии с поврежденной изоляцией, при необходимости селективно воздействовать на отключение линии, имеющей повреждение. Данное устройство применяется также и для определения трассы кабелей, находящихся под напряжением. Устройство обеспечивает быстрое нахождение и отключение поврежденных участков сети и, таким образом, поддерживает высокий уровень сопротивления изоляции.
При повреждении изоляции сети и наличии однофазного замыкания на землю чувствительный орган блока 1 включает блок 2, при этом ток частотой 1 кГц проходит через место повреждения изоляции на землю (рис. 20). Одновременно включается блок 3, и его реле-искатель поочередно подключает к блоку 4 датчики повреждений, установленные на контролируемых линиях.
Рис. 20. Структурная схема устройства отыскания мест повреждения
Сигнал повреждения, полученный блоком поиска от датчика, поступает в блок 4, отстроенный от частоты 50 Гц, и по цепи обратной связи передается в блок 3. Реле-искатель фиксирует поврежденную линию. Одновременно включается узел сигнализации и учета, показывая номер линии, имеющей замыкание на землю, при этом появляются звуковой и световой сигналы, а счетчик учета регистрирует очередное повреждение. После устранения повреждения в сети блок 1 отключается и устройство возвращается в исходное положение.
Технические характеристики устройства приведены ниже.
Напряжение контролируемой сети, кВ До 1
Время отыскания поврежденной линии, с Не более 45
Количество контролируемых линий До 24
Напряжение питания, В 220
Выходная мощность генератора частоты 1 кГц, Вт 25
Напряжение выхода генератора, В ..... , 4—50
Габариты, мм 410Х250Х
Х310
Масса, кг 18
Устройство состоит из отдельных блоков, имеющих разъемы и смонтированных на двух шасси, расположенных одно над другим. Блоки легко снимаются, что облегчает доступ к элементам схем. Ручки управления устройством выведены на лицевую панель, на которой имеется шкала с нумерацией контролируемых линий, освещаемая в период, отыскания повреждения. На боковой стенке имеется электрический соединитель для подключения 24 датчиков повреждения. На задней стенке расположены ручки управления ГЗЧ и гнезда для подключения внешней нагрузки, а также выведен кабель для подключения устройства к контролируемой сети. Датчики повреждений представляют собой малогабаритные манжетные трансформаторы тока нулевой последовательности, надеваемые на кабель без отключения его от сети.
Применение устройства увеличивает надежность электроснабжения и улучшает условия электробезопасности при эксплуатации сетей с изолированной нейтралью.
Более совершенно комбинированное устройство для контроля изоляции пробивных предохранителей с отысканием места однофазного замыкания на землю в сетях до 1 кВ с изолированной нейтралью, представляющее собой сочетание описанных выше приборов. Это комбинированное устройство позволяет:
осуществлять непрерывный контроль состояния искровых промежутков пробивных предохранителей, установленных в нейтрали трансформатора или фазе, и выдавать сигнал при пробое предохранителя;
контролировать общий уровень сопротивления изоляции сети и выдавать сигнал при появлении однофазного замыкания на землю или снижении общего уровня сопротивления изоляции ниже 30 Ом;
отыскивать место однофазного замыкания на землю без отключения оборудования.
Структурная схема этого устройства приведена на рис. 21 и состоит из узла подключения к поврежденной сети УППС, согласующего фильтра СФ, узла контроля уровня изоляции УКУИ, узла контроля пробивных предохранителей УКПП, генератора звуковой частоты Г, электроизмерительных клещей ЭК.
Стационарный блок контроля СБК монтируется на подстанции. Электроизмерительные клещи и генератор частоты 1 кГц находятся у обслуживающего персонала. Измерительные преобразователи тока УКПП крепятся к кронштейнам, на которых укреплены пробивные предохранители. Кронштейн одновременно является проводником, заземляющим одну из обкладок пробивного предохранителя. От каждого измерительного преобразователя тока к СБК прокладывается двухжильный кабель. Для связи контролируемых сетей с СБК используются защитные предохранители или трехполюсные автоматические выключатели. Питание устройства осуществляется от отдельной розетки напряжением 220 В.
Каждое срабатывание указательного реле УКПП свидетельствует о повреждении искрового промежутка пробивного предохранителя. Если при ручном возврате указателя в исходное положение не происходит повторного срабатывания реле, то это свидетельствует о прекращении протекания тока через пробивной предохранитель. Однако в этом случае необходимо провести внутренний осмотр его. Если при возврате указателя происходит повторное срабатывание реле, то это является следствием пробоя пробивного предохранителя.
Рис. 21. Структурная схема комбинированного устройства для контроля изоляции сети
При появлении однофазного замыкания на землю на какой-либо секции при отключенном автоматическом выключателе данной секции в УППС следует установить вилку электрического соединителя в соответствующую розетку, после чего включается автоматический выключатель, при этом УКУИ подключается к поврежденной сети через согласующий фильтр. Исполнитель-реле УКУИ сработает, и одновременно к питающей сети подключится генератор Г.
При включении сетевого переключателя начинает работать генератор и ток частотой 1 кГц будет проходить по замкнутому на землю проводу. Поиск места повреждения осуществляется в описанном выше порядке.
Важное значение в обеспечении надежной и безопасной работы электрооборудования имеет отыскание мест однополюсного замыкания на землю в сетях постоянного тока. Как показывает анализ фактов нарушения электрической прочности изоляции, единичный пробой, например, в схеме электропривода вызывает ряд других пробоев. Особенно отрицательно это сказывается на реверсивных схемах, когда участок с повреждением изоляции неустойчив, при этом участок с хорошей изоляцией подвергается импульсной нагрузке, в результате чего после пробоя изоляции на одном полюсе часто возникает пробой и на втором. Это приводит к образованию КЗ, поэтому участок с поврежденной изоляцией должен быть быстро обнаружен и отключен от общей сети, а само повреждение устранено.
Отыскание мест однополюсных замыканий на землю осуществляется чаще всего последовательным отключением присоединений от распределительных шин. При таком методе на поиск повреждения затрачивается много времени и непроизводительно используется труд обслуживающего персонала.
Известен ряд способов отыскания замыканий в цепях постоянного тока, однако ни один из них широкого распространения не получил. Анализ показал, что наиболее точным, простым с точки зрения технической реализации и удобным в эксплуатации является метод наложения сигнала звуковой частоты на сеть постоянного тока, при этом устройство должно обеспечивать отыскание непосредственно места однополюсного замыкания на землю в сетях до 220 В без отключения потребителей от источника питания и нарушения работы вторичных цепей при значении активного переходного сопротивления в месте замыкания на землю от 0 до 1 кОм. Кроме того, устройство должно быть снабжено прибором, позволяющим оценивать состояние изоляции каждого полюса относительно земли без отключения потребителей.
Учитывая потребность практики в подобных устройствах, в Союзхимпромэнерго разработано устройство, структурная схема которого (рис. 22) содержит следующие узлы: компенсатор емкости контролируемой сети КЕ, генератор звуковой частоты С, узел согласования преобразователей УСП, блок поиска поврежденного присоединения (поврежденной линии) БП, формирователь импульсов ФИ, узел индикации У И, измерительные преобразователи тока ТА1 и ТА2, искатель места повреждения с разъемным трансформатором тока ЭК.
В Союзхимпромэнерго изготовлено и находится в эксплуатации другое устройство для определения участков с пониженной изоляцией в оперативных сетях постоянного тока напряжением 220 В без отключения потребителей.
Рис. 22. Структурная схема устройства селективного контроля изоляции сети постоянного тока
Рис. 23. Схема устройства для определения участков с пониженной изоляцией
Устройство выполнено в виде настенного шкафа размером 710X500X250 мм. Оно состоит из генератора G (рис. 23), усилителей 1, 2, .., п, указателей Kl, К2,... .., Кп, измерительных преобразователей тока ТА1, ТА2, ТАп, разделительного конденсатора С1 и блока питания БП. На лицевой панели расположены органы управления устройством и индикаторного табло. Имеется схема проверки работоспособности устройства.
Переменное напряжение частотой 175 Гц с выхода генератора через разделительный конденсатор накладывается на сеть постоянного тока. Через сопротивления изоляции Rl, R2, R3, Rn, С2, СЗ, С4, Сп протекают токи утечки, которые наводят ЭДС во вторичных обмотках измерительных преобразователей тока.
При снижении сопротивления изоляции ниже заданного уровня пороговый элемент усилителя, подключенного к измерительному преобразователю, включит указатель, который укажет поврежденный участок. Устройство подключается к сети через разделительный конденсатор С1. Это позволяет исключить снижение сопротивления изоляции сети постоянного тока. Устройство надежно и просто в эксплуатации.
Значительные трудности возникают при определении места в сетях наружного освещения, особенно когда место КЗ скрыто в ветвях деревьев, арматуре и т. п. На предприятии «Киевгорсвет» разработано и внедрено переносное устройство для отыскания места устойчивого КЗ в разветвленных сетях наружного освещения.
Устройство (совместно с электроизмерительными клещами, выполняющими роль индукционного токоискателя) применяется в качестве указателя однофазного КЗ в сети с газоразрядными источниками света. Оно может использоваться при производстве работ по фазировке электросети.
Рис. 24. Схема устройства для отыскания места КЗ
Принцип работы устройства следующий (рис. 24). При включении переключателя S1 на элементы устройства подается переменное напряжение 220 В. Если к зажимам 3—2 подключен испытываемый участок, то ток, протекающий по нему, будет ограничен емкостным сопротивлением конденсатора С1. При емкости конденсатора С, =70 мкФ ток в испытываемом участке сети устанавливается 6—6 А. В качестве С/ используется батарея конденсаторов, применяемых обычно для компенсации реактивной мощности в сетях наружного освещения. Напряжение между зажимами 3—2 при этом составляет от 0 (в случае наименьшего удаления места КЗ от устройства) до 25—30 В (в случае наибольшего удаления места КЗ при выполнении сети алюминиевым проводом сечением 16 мм2 и более).
Напряжение срабатывания реле К2 устанавливается равным 25—30 В. При КЗ на испытываемом участке напряжение на обмотке реле К2 оказывается ниже порога срабатывания и реле К2 не включается. Через размыкающие контакты реле Kl.t и ограничительный резистор R1 подключается к сети и загорается сигнальная лампа HI, что свидетельствует о наличии КЗ (необходимо иметь в виду, что в сетях с лампами накаливания устройство может давать ложные показания о наличии КЗ).
При отсутствии (или устранении) КЗ напряжение на обмотке реле К2 превышает пороговое напряжение, при этом реле К2 включается и через замкнувшиеся контакты реле К2.1 включается реле К1. Одновременно реле К1 самоблокируется через контакты К.1.2. Разомкнувшиеся контакты реле К1-3 разрывают цепь питания обмотки реле К2 и линии, подключенной к зажимам 3—2. Через замкнувшиеся контакты реле К1.1 и ограничительный резистор RI к сети подключается и загорается сигнальная лампа Н2, что свидетельствует об отсутствии КЗ на линии. Резистор R2 обеспечивает разряд конденсатора С1.
В качестве реле К1 и К2 используются реле ПЭ-20УЗ. Обмотка реле К2 перемотана таким образом, чтобы обеспечивалось срабатывание реле при напряжении 25—30 В. В качестве сигнальных применяются неоновые лампы ТН-0,3.
